ancoragens de tubulações brahim lasmar

--..--

fi

~:--i

·..•i-'\

v,--->";

,,\.---~/

<P...,«ãfletee re~istra a- experiência do

autor e da ,quip~",.". ~com quem t~b-a1Fla

t'longos anos »> <P

\ I· d v-r ·.•• c um o a0"0 ~rrativa de casos

de acidentes.

/

~~~~

~~(fl::A"

1A"f:"' '~~,'iJ ~'o

. Cç.~r

,;"': f.'V"'.....•u',' ",~ ,.'.

IBRAHIM LASMARdrL (li'O q,Ú ,~~ {).

ANCORAGENS DETUBULAÇÕES COM JUNTA

ELÁSTICA

83ARES ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE "ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTALCapitulo Nacional da AIDIS

Reservados todos os direitos de tradução e adaptaçãoCopyright © 2003 by Associação Brasileira

de Engenharia Sanitária e Ambiental

83 ARES ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE"ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL .Capitulo Nacional da AIDIS

Av. Beira Mar, 216 - 13° andar20021-060 - Rio de Janeiro - RJ - Brasil

Te!. (21) 2210-3221 - Fax (21) 2262-6838e-mail: [email protected]

Editoração: Henrique CarliCapa: Luiz Alberto Cunha Cruz e Silva

L363a

Lasmar, Ibrahim.Ancoragens de tubulações com junta elástica / Ibrahim Lasmar-

Rio de Janeiro: ABES : AIDIS, 2003.129p.; 14 X 21 cm.

ISBN

1. Ancoragem (Engenharia de estruturas) 2. Tubos. I. AssociaçãoBrasileira de Engenharia Sanitária e Ambienta!. Il. Capítulo Nacionalda AIDIS. III Título.

CDD 624.151363

Impresso no BrasillPrinted in BrazilDepósito Legal na Bibliografia Nacional conforme Decreto nO 1825,

de 20 de dezembro de 1907.

2

PREFÁCIO

As cidades são reféns do seu sistema de água. Se faltar qualquer dossistemas de infra-estrutura urbana, instala-se o caos. Se faltar eletricidade,o primeiro efeito insuportável que se notará é a falta de água: não haverásolução. Se faltar água, mesmo com eletricidade, será impossível viver emzonas urbanas.

Existirão no Brasil (2002) mais de 10.000 sistemas de abastecimentode água. Esse número não para de aumentar.

Em cada um deles vai-se buscar água cada vez mais longe, resultandoem tubulações mais longas, com pressões maiores.

As cidades também crescem em tamanho e as redes de distribuição deágua aumentam em todos os sentidos.

Os esgotos precisam ser bombeados até um destino final adequado,enfim, as tubulações sob pressão são cada vez mais importantes na medidaem que a população aumenta e se urbaniza.

A praticidade e a rapidez na implantação, na manutenção e no reparo,a intercambiabilidade, a diminuição de itens de estoque, enfim, uma sériede itens parece ter privilegiado a opção por tubos com "junta elástica", poistodos esses aspectos resultam em confiabilidade (continuidade deabastecimento com minimização de interrupções) e economias.

A necessidade de redução dos custos, os novos materiais, oaprimoramento dos materiais antigos, conduzem a diâmetros cada vezmenores, muitas vezes não adotados por insegurança técnica do projetista,do instalador e do operador, que, pelos mais diversos argumentos, terminampor superdimensionar os sistemas, trabalhando com pressões menores, semapresentar análises de custos convincentes.

Mas essas tubulações devem ser implantadas de forma econômica econfiável.

3

As falhas (ou deficiências) de ancoragem nas tubulações sãofreqüentemente confundidas com outras causas, pois muitos dos locais custama colapsar porque, por sorte, custam a se superpor esforços e situações que,muitas vezes, só ocorrerão com mais freqüência após alguns anos, iludindoos espíritos mais simples.

É ao pessoal que vai trabalhar com essas unidades dos sistemas deabastecimento de água (e eventuais outros usos de tubulações junta elástica)que se destina este livro, preenchendo lacuna da literatura técnica especializadapois, o que aqui aborda o EngO lbrahim, só aparece em outros livros deforma resumida e superficial, com vazio importante para a prática daengenharia no setor, em especial quando se usam tubulações com junta elástica,pois são as que requerem maiores cuidados nas "ancoragens"

Este trabalho, embora especializado, através de uma abordagem técnicabastante simples, organiza o assunto e apresenta explicações, métodos epadrões necessários aos projetos (cálculos, arranjos, desenho, detalhes, etc.),à construção e à conservação das unidades compostas por tubos. É umasíntese didática e uma memória técnica de anos de trabalho e experiência,que ficam aqui registrados para uso atual e para que não se perca esseaprendizado e esse acervo para as gerações futuras.

o autor, o Engenheiro lbrahim Lasmar é figura única, quer comotécnico quer como pessoa.

Ainda me lembro quando o conheci, nos idos de 1980, em umaapresentação no extinto DNOS sobre a implantação do denominado "ProjetoRio" na orla oeste da Baía de Guanabara e ele falou sobre a drenagem nasbacias a montante desse aterro nessa orla.

Logo notei que estava diante de uma pessoa extraordinária, um "tipoinesquecível" :

Como técnico, reúne teoria, experiência (formou-se em 1951 pelaatual EE-UFR] e desde então pratica engenharia de fato) e bom senso,resultando em sabedoria que transborda para os colegas. Também não háassunto que lbrahim não se interesse e tenha idéias criativas e úteis para dar.É um "dom" que ele tem: o de "engenheirar" todo o tempo.

Como pessoa, reúne conceitos que todos desejamos ter: é admiradopelos que dele se acercam, todos gostam e querem trabalhar com ele,

4

todos se referem a ele com um "quê" de admiração. Evidentemente que talconceito provém de suas qualidades: discreto, leal, afável, confiável, amigo,afetuoso, fora a folclórica elegância.

Mas é esse mesmo lbrahim em quem noto uma vaidade técnica que omotiva acima da remuneração e do dinheiro, e que o faz buscar uma soluçãomelho; para cada assunto e que o faz mostrar e ensinar humildemente o quesabe. E a vaidade boa, a que constrói e que deve ser estimulada por todosnós como sempre fez o lbrahim. A vaidade que o engenheiro sente ao veruma obra pronta e funcionando e saber que aquilo está lá em grande partepor seu labor e sua arte. Alguns chamam aos que assim se comportam de"vibrador". Pois todos nós que convivemos e aprendemos com o Ibrahimnos contagiamos um pouco com essa maneira de ser e para nós é maisimportante fazer o certo, mostrar o que sabemos, pois é disso que nosalimentamos, é com isso que vibramos.

Acho que foi isso que o fez escrever este livro: sabedor de que sabiamais sobre esse assunto que a maioria dos colegas, não quis deixar passar aoportunidade de transmitir esse cabedal e dedicou-se a colocar no papel oresumo de seus estudos, de suas experiências, de suas elocubrações.

Quem quer que precise se aprofundar neste tema, encontrará respostasou caminhos neste livro, sempre em abordagem simples e clara a que nosreferíamos pouco antes.

É um livro de profissional para profissional. De pai para filhos.

Obrigado lbrahim, por todos nós que vamos usar este livro com grandeproveito.

Miguel Fernández y Fernández *

* Engenheiro pela Escola Nacional de Engenharia. UFR]. 1970Pós graduado pelo Instituto de Hidrologia de Madrid, 1976

Professor de Hidráulica no curso de Engenharia Civil da PUC-Rio. 1983-93

Consultor/Presidente da AQUACON Engenharia.

5

AGRADECIMENTOSPelo Incentivo e Colaboração

Eng- Miguel Fernandez Y FernándezEng- Sandra Lacouth MottaEng- Marcia Regina Chehab LasmarArquit. Luiz Alberto da Cunha Cruz SilvaEng- Maria Teresa Andrade CordeiroCadista Roberto Ramos Soares

APOIO

AQUACON - Engenharia e Controle de Qualidade Ltda.EDRA DO BRASIL Indústria e Comércio Ltda.CEF - Caixa Econômica FederalPROMINAS BRASIL Equipamentos Ltda.

7

À minha esposa Yuonne,

Aos meus filhosLuiz Cesar, Márcia Regina e Denise

9

INTRODUÇÃO

o presente trabalho tem por finalidade suprir a falta de publicaçõestécnicas, contemplando todos os tipos e casos de ancoragens de tubulaçõesde junta elástica, com as respectivas normas e métodos de cálculo e projeto.

Alguns compêndios de hidráulica abordam o problema de maneiramuito simplista, a maior parte fazendo referência apenas a peças no planohorizontal e alguns, assim mesmo, tratando o assunto de forma errônea.

Trata-se de assunto de extrema importância, tanto no projeto, comona execução de obras hidráulicas, com tubulações sob pressão, já tendoocorrido inúmeros acidentes por falta de ancoragens satisfatórias. Pode-se dizer que, mais de 50% dos acidentes e colapsos dessas tubulações sãodevidas a falhas de ancoragem.

Há muitos anos calculando e projetando ancoragens de tubulações dejunta elástica, nos mais variados diâmetros e pressões atuantes, decidimosescrever este trabalho e divulgá-lo para servir de subsídio para colegasengenheiros hidráulicos ou estruturais de obras hidráulicas.

11

APRESENTAÇÃO DO AUTOR

IBRAHIM LASMAR, engenheiro civil e sanitarista, formado pelaEscola Nacional de Engenharia, da Universidade do Brasil, (atual UFRJ),em 1951, iniciou suas atividades na especialidade em abril de 1952, naComissão de Águas e Engenharia Sanitária do antigo Estado do Rio deJaneiro, onde, até 1969, exerceu as funções de engenheiro projetista, chefeda Seção de Projetos e Diretor Técnico. A partir daí, até a presente data,tem atuado como consultor e responsável técnico por projetos de hidráulicae saneamento para várias das principais empresas de consultoria e de execuçãode obras do Estado.

No exercício dessas atividades foi responsável pelo dimensionamentoe projeto de ancoragem de tubulações condutoras de água, sob pressão, dejunta elástica, dos mais variados diâmetros, extensões e pressões, totalizandouma extensão superior a 1200 km, conforme relação anexa.

13

PROJETOS DE TUBULAÇÕES COM JUNTA ELÁSTICACUJAS ANCORAGENS FORAM CALCULADAS E '

PROJETADAS PELO AUTOR. (CONT.)

PROJETOS DE TUBULAÇÕES COM JUNTA ELÁSTICA,CUJAS ANCORAGENS FORAM CALCULADAS E

PROJETADAS PELO AUTOR.PRESSÃO

PROJETOEXTENSÕES DIÂMETRO MÁX.DE

PRESSÃO(m) (mm) CÁLCULO

ANO 08S.

PROJETOEXTENSÕES DIÃMETRO MÁX.DE ANO 08S.

(rnca)

(m) (0101) CÁLCULOSISTEMA ADUTOR SERTÃO CENTRAL CABUGI

(mea)(RN)

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE AGUAS DE

Adutora de água tratada, tubulação de ferro dúcril

BOM JARDIM-RJ

• Adutoru Principal Trecho I - Recalque 27.500 500 150

Adutara por gravidade. em ferro fundido 4.200 150 125 1952 (I)- Adulara Principal Trecho II - Recalque 34.890 400 159

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE AGUA DE

- Adulara Principal Trecho III - Gravidade 61.950 3001150 255

VALENÇA-RJ

- Linha de Recalque EEAT.3 - Cx. Transição 1.060 250 236

Adutora r rccal ue. em ferro fundido 3.500 300 200 1958 I)- Subudutoru Angicos - Gravidade 2.500 250/200 19

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA DE

- Subadutoru Lajes - Gravidade 2.018 250 184

TRÊS RIOS - RJ

- Subudutoru Pedra Avelino - Gravidade 20.920 250 100

Linha de Recalque em Ferro Fundido 1.200 600 60 1963 (I)- Subadutoru Pedra Preta - Gravidade 25.573 100 216

SISTEMA DE AI3ASTECIMENTO DE AGUA DE

- Subadutora Jardim Angicos - Gravidade 14.560 100 258

ARARUAMA- RJ

- Subadutora Tapuio - Gravidade1996/97 (I)

15.144 75 69 1998 (I)

Adulara por gravidade. em ferro fundido 18.000 250 100 1964 (I) SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA DE

SISTEMA DE AI3ASTECIMENTO DE AGUA DEVALENÇA- RJ

VASSOURAS - RJza Adutora de Água Bruta. ferro fundido. por recalque

Adutora por recalgue, em ferro fundido 8.000 300 120 1966 (I)3.055 250 200 1998 (I)

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE AGUA DA


ALCANORTE - MACAU . RN

SAPUCAIA - RJ

Adutora por recakJue, em ferro fundido 21.000 500 145 1976/77 (I)Adutora de Água Tratada, para o bairro São J050. em


ferro dúctil por recalque 2.250 100 108

TERESÓPOLlS . RJ

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA DE1998 (I)

Adutora de Água Tratada por Recalque 3.400 900 70 1979 (I)RIACHAO DAS NEVES - BA


· Adutora de Água Bruta

GOlÂNIA-GO

Trecho por recalque 12.420 250 210

Subadutora Vila CristinalIpiranga 9.700 1100/800 80 1984/85 (I)Trecho por gravidade 1.100 200 78

Linha de Recalque IpirangalMendanha 1.600 500 70 1984/85 (I)• Adutora de água tratada 1.300 200 80SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA DE

1998 (I)

SISTEMA DE AI3ASTECIMENTO DE ÁGUA DESÃO GONÇALO - RJ

NOVA FRII3URGO - RJ

· Subadutora Trindade. em ferro dúctil, por gravidade 5.600 sooooo 85 1985 (I)Sub-sistema Granja Spinelli


· Adutora de Rccalque 3.521 300/250 157

NITERÓI- RJ

• Adutora de Água Tratada 8.853 300/250 224SISTEMA ADUTOR MÉDIO OESTE - RN

1997 (2)

· S- Linha Adutoru, em ferro dúctil. por gravidade 14.490 1.000/500 80 1986 (I)

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA DE LA

• Adutora Principal 61.830 300 188.5

PAZ. 130LfvIA (participação)

· Adutora Principal 45.424 2501150 195,0• Subadutoras

• Adutora Hampaturi - Pampahasi. ferro dúctil, por SISTEMA ADUTOR SERRA DE SANTANA - RN25.374 150ns 184.0 1999 (I)

gravidade 13.709 800 400 1989 (I)

2" ADUTORA DO SÃO FRANCISCO - SE. em ferro

• Adutoru Principal 37.666 350/300 163.0 1999• Subadutoras

(I)

dúctil

53.130 1501100 121.0 1999 (2)

• Adutora de Gravidade - Trecho 11 41.283 1.20011.100 108 1990/91 (2) SISTEMA ADUTOR LAGOA DO BOQUEIRÃO - RN


Adutora de Recalque

MANAUS-AM

Adutora de Gravidade 23.328 500 180 2001

Adutorus de água tratada da nova ETA de Ponta doSISTEMA ADUTOR ALTO OESTE

51.383 350/200 120 2001 (3)

lsmael:-Adutoru Principal

RN

· ETA· Alcixo -Ccroado - S. José 17.887 1.200/800 108Trecho J . Recalque 39.040 600

- ETA - Cidade Nova - Nova IsraelTrecho 2 - Recalque

170

19.534 1.000/600 94 1990/91 (I) 43.690 600/450

OBS. (I)

Trecho 3 - Recalque186

Implantada e em Operação (2) Em implantação (3) A implantar37.160 450 215

Trecho 4 - Gravidade 22.730 500/400 60Trecho 5 - Recalque 22.990 350/300 200

Subadutoras _Trecho 6 - Gravidade 41920 3001150 120

Subadutoras _Recalque 39.350 2001150 200

Gravidade 44.020 2001100OUS.' (I) Implamada e em Operação

100 2003 (3)(2) Em implaruação (3) Afmplantur

1415

PROJETOS DE TUBULAÇÕES COM JUNTA ELÁSTICA,CUJAS ANCORAGENS FORAM CALCULADAS E

PROJETADAS PELO AUTOR. (CONT.)

PROJETO 08S.EXTENSÕES(m)

DIÂMETRO(mm)

PRESSÂOMÁX.DE

CÁLCULO(mea)

ANO

SISTEMA ADUTOR SERTÃO CENTRAL CAB UGI(RN)Adulara de água tratada, tubulação de ferro dúctil• Adutcra Principal Trecho I . Rccalque- Adutora Principal Trecho II - Recalque- Adutora Principal Trecho 11I - Gravidade- Linha de Recalque EEAT.3 - Cx. Transição- Subadutora Angicos - Gravidade- Subadutora Lajes - Gravidade- Subadutora Pedra Avelino - Gravidade- Subadutora Pedra Preta - Gravidade- Subadutora Jardim Angicos - Gravidade- Subadutora Tapuio - Gravidade

27.50034.89061.9501.0602.5002.01820.92025.57314.56015.144

500 150400 159

3001150 255250 236

250/200 19250 184250 100100 216100 25875 69

1996/97 (I)1998 (I)

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA DEVALENÇA - RJ2- Adulara de Água Bruta, ferro fundido, por recalque 1998 (I)

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA DESAPUCAIA - RJAdutoru de Água Tratada. para o bairro São João. emferro dúctil por recalque

3.055

2.250

250 200

100 108 1998 (I)

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA DERIACHÃO DAS NEVES - BA- Adutora de Água Bruta

Trecho por recalqueTrecho por gravidade

- Adutora de água tratada

12.4201.1001.300

250 210200 78200 80 1998 (I)

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA DENOVA FRIBURGO - RJSub-sistema Granja Spinclli- Adutora de Recalque- Adutora de Água Tratada

3.5218.853

300/250 157300/250 224 1997 (2)

SISTEMA ADUTOR MÉDIO OESTE - RN- Adutara Principal- Adutara Principal- Subadutoras

61.83045.42425.374

300 188.52501150 195.0150n5 184.0 1999 (I)

SISTEMA ADUTOR SERRA DE SANTANA . RN- Adutora Princ ipal- Subadutcras

1999 (I)1999 (2)

37.66653.130

350/300 163.01501100 121.0

SISTEMA ADUTOR LAGOA DO BOQUEIRÃO - RNAdutara de RecalqueAdutora de Gravidade 23.328

51.383500 180

350/200 12020012001 (3)

SISTEMA ADUTOR ALTO OESTE - RN-Adutora Principal

Trecho J - RecalqueTrecho 2 - RecalqueTrecho 3 - RecalqueTrecho 4 - GravidadeTrecho 5 - RecalqueTrecho 6 - Gravidade

RecalqueGravidade

Subadutorus -Subadutoras -

39.04043.69037.16022.73022.9904192039.35044.020

600 170600/450 186

450 215500/400 60350/300 2003001150 120200/150 2002001100 100

ons, (I) Implantada e em Operação (2)2003 (3)

Em implunração (3) A implantar

16

ÍNDICE

CApiTULO I - CRITÉRIOS E PARÂMETROS DE CALCULO I 9I . I - Forças de Empuxo I91.2 - Pressões Intemas 2 I

1.2. I - Pressões de Serviço 2 I1.2.2 - Pressões de Projeto 23I .2.3 - Pressão de Ensaio 24

1.3 - Diâmetro da Tubulação 26I .4 - Parâmetros do Solo 29I .5 - Outros Parâmetros 3 O

CAPiTULO 2 - ESFORÇOS SOLlCITANTES .........•............................................. 322.1 - Curvas Horizontais 322.2 - Curvas Verticais 342.3 - Curvas Espaciais 362.4 - Reduções 372.5 - Extremidades Fechadas 382.6 - Tês 392.7 - Junções 402.8 - Válvula Fechada 40

CAPiTULO 3 - ESFORÇOS RESiSTENTES 4 I3. I - Força de Atrito Bloco/Solo............................................................... 4 I3.2 - Resistência Vertical do Terreno .. .. 413.3 - Resistência Passiva Lateral do Terreno 4 I3.4 - Coesão..................................................... . ... .. 423.5 - Empuxo Passivo do Terreno 42

CAPiTULO 4 - OUTROS ESFORÇOS 434.1 - Esforços Devidos à Atração da Gravidade 43

4. I . I - Peso do Bloco de Concreto: 434. I .2 - Peso do Tubo com Água 434.1.3 - Peso do Aterro 43

4.2 - Empuxo da Água 444.3 - Dilatação Térmica 44

CAPiTULO 5 - CONDiÇÕES DE EQUILfBRIO .4 55.1 - Condições Gerais 455.2 - Curvas Horizontais 48

5.2.1 - Curvas Horizontais ao Declive 485.2.2 - Curvas Horizontais ao Aclive 52

5.3 - Curvas Verticais , , ,.. , , 585.3. I . - Curvas Verticais ao Terreno 585.3.2 - Curvas Verticais ao Vazio .. 61

5.4 - Curvas Espaciais........................................... .. 635.4.1 - Curvas Espaciais ao Terreno e ao Declive 635.4.2 - Curvas Espaciais ao Vazio e ao Declive 645.4.3 - Curvas Espaciais ao Terreno e ao Aclive 675.4.4 - Curvas Espaciais ao Vazio e ao Aclive .. 67

5.5 - Reduções 69

17

5.5.1 - Reduções Horizontais 695.5.2 - Reduções Inclinadas em Declive 705.5.3 - Reduções Inclinadas ao Aclive 7 I

5.6 - Extremidades Fechadas 715.7 -Tês (junções 90°) 735.8 - junções (190°) 745.9 - Cruzetas 755. 10 - Válvulas Fechadas. Caixas de Válvulas 75

CApITULO 6 - ANCORAGENS ESPECIAIS 8 16. I - Tubulação Aérea 8 I

6. I . I - Ancoragem 8 I6.1.2 - Apoios 82

6.2 - Ancoragem por Envelopamento 846.3 - Emprego de Tubos de Aço 856.4 - Ancoragem de Tubulações em Declive 86

CAPITULO 7 - TUBOS SOLDADOS OU FLANGELADOS 897.1 - Tubulação de Diâmetro Constante 897.2 - Tubulação com Variação de Diâmetro 9 I7.3 - Extremidade , , 94

CAPITULO 8 - ExEMPLOS DE CALCULO 958. I - Curvas Horizontais ao Declive (item 5.2. I . Figura 17) 958.2 - Curvas Horizontais ao Aclive (item 5.2.2) 968.3 - Curvas Verticais ao Terreno (item 5.3.1 figo22) 978.4 - Curva vertical ao vazio (item 5.3.2 figo23) 998.5 - Curvas Espaciaisao Vazio e ao Declive(item 5.4.2 figo 25 e 26) 998.6 - Redução Horizontal (item 5.5.1 figo29) 1018.7 - junção a 45° (fig. 35. item 5.8) 1028.8 - Caixas de Válvulas (item 5.10, figo40) 103

CApITULO 9 - DOCUMENTAÇÃO FOTOGRÁFICA 104

CAP[TULO 10 - RECOMENDAÇÕES PARA PROJETOS DE ADUTORAS 1 14

CApITULO 1 1 - ACIDENTES OCORRIDOS OU EViTADOS 1 I 6I I . I - Apenas o engenheiro sofreu fratura emuma das pernas, I I 6I 1.2 - Três parafusos para evitar um acidente I 17I 1.3 - Travessia estrangeira não resiste I I 8I 1.4 - Caixas de ventosas também funcionam comoblocos de ancoragem!!! I 19I 1.5 - Tubulação aérea vai ao chão 120I 1.6 - Esqueceram de reaterrar a vala I 20I 1.7 - juntas elásticasx juntas rígidas 121I I .8 - Uso impróprio de juntas de desmontagem elásticas I 2 II 1.9- Por sorte, ninguérn saiu ferido 122I 1.10 - A pressa faz romper a tubulação 124

BIBLIOGRAFIA •..•.••.•........•..•.•........••..•..•...•....•....•.•••........•.....•..•....•...•..• I 25

18

CAPíTULO

CRITÉRIOS E PARÂMETROS DE CÁLCULO

I . I - Forças de Empuxo

As tubulações condutoras de líquidos sob pressão, com juntas elásticas(vedação com anel de borracha), ficam sujeitas a forças desequilibradas noslocais de mudança de direção ou de seção transversal, ou onde termina,como curvas, rês, reduções, válvulas fechadas, flanges ou tampas cegas.

FIGURA -1

J

f=j _--->kv2/29

h=:: ---.JF' !'---.,.---,~

p v

A força de empuxo resultante, em quaisquer desses locais é constituída,na realidade, pela soma de duas forças: uma estática, decorrente da pressãointerna e uma dinâmica devida à velocidade do fluxo.

Grandezas e unidades no Sistema Internacional de Medidas (MKS)

] : perda de carga - mca (rnerro de coluna de água)

19

Ibrahim Lasmar Ancoragem de tubulações com junto elóstico

h : altura, metrov: velocidade de escoamento, m/sg : aceleração da gravidade, ml S2

Il:massa específica da água, kgl m3

y : peso específico da água, N Im3

A: área da seção reta do tubo, rrr'p : pressão efetiva ou pressão dinâmica, mcaF : força de pressão, N (newton)

Observe-se que, mesmo para as maiores velocidades de escoamentoutilizadas, a parcela v2/2g é desprezível em face das grandes pressões queocorrem em adutoras e redes de abastecimento de água. Por exemplo:

Para V = 2,5m/ s, v2/2g = 0,30m

Deste modo, considerando apenas a pressão dada pela altura líquida,teremos:

F=yhA=pA

Para água:

y = Jl g = 1.000 kg l m' x 9,81 ml S2 = 9,81 X 103 N 1m3

Unidades práticas adotadas:

altura em metrosdiâmetro em centímetrosárea em em?pressão em dal-I/em?força em daN (decanewton)

Obtém-se:

p = 0,0981 h (dal-I/em")F = P A = 0,0981 h A (daN)

20

Ibrahim Losmar Capítulo I - Critérios e parômetros de Cólculo

Outras unidades de pressão usadas em hidráulica:

Pascal = 10-5 dal-I/em?Megapascal (MPa) = 10 dal-l/crrr'Bar =1 dal-I/em? =1O,19mcaAdotamos as unidades daN e daN/cm2, por serem aproximadamente

iguais às unidades ainda muito usadas kgf e kgf/cm2 (daN = 0,981kgf).

Os esforços resultantes do empuxo podem atingir valores extremamenteelevados e tendem a desencaixar os componentes da canalização, podendoprovocar sérios acidentes. Daí, a necessidade das respectivas ancoragens,visando equilibrar os empuxos.

Nos casos de pequenas deflexões executadas nas juntas, dentro doslimites preconizados pelos fabricantes, é possível dispensar ancoragensespeciais, porém, somente nos casos de tubulação enterrada.

Já houve casos de pequenas deflexões nas bolsas, mesmo sujeitas apequenos esforços, abrirem quando colocadas sob pressão, antes do reaterroda vala.

1.2 - Pressões Internas

Para o projeto e dimensionamento de uma tubulação operando sobpressão, temos a considerar as seguintes pressões:

1.2.1 - Pressões de Serviço

São as pressões que ocorrem ao longo da tubulação, em suas condiçõesnormais de operação, dadas em cada ponto, pela diferença de cotas entre acota piezométrica (Cp) e a cota do tubo, geralmente considerada como ageratriz inferior interna (GI):

p s= (Cp - GI) mca, sendo: Cp e GI, em metros

21

Ibrahim Lasmar Ancoragem de tubulações com junta elástico

P, = (Cp - GI)x 0,0981 daN / em'

Para o cálculo da cota piezométrica, temos a considerar os seguintes casos:

a) Tubulação operando sob recalque

Neste caso, a cota piezométrica pode ser dada, em cada ponto, por:

Cp = CPo - j X progres.

sendo: CPo = G10 + AMT e AMT =H g +JHg: altura geométrica (diferença de cotas entre os pontos final e inicial

da adutora), em metros (ou entre os NA nos reservatórios de jusante e demontante)

J: perda de carga total, em metrosAMT: altura mano métrica total, em metrosCIo: cota da GI no ponto inicial da tubulação, em metrosCpo: cota piezométrica no ponto inicial, em metrosj: perda de carga unitária, em mimprogres.:(Progressiva) distância total entre o ponto considerado e o

ponto inicia1, em metros

Os valores máximos das pressões de serviço serão aqueles calculados apartir da vazão máxima prevista para o sistema, com a estação elevatóriafuncionando com sua máxima capacidade.

As pressões mínimas ocorrerão quando da paralisação do bombeamento,transformando-se em pressões estáticas, com:

Cp = CPo = G10 + H g (constante)

b) Tubulação operando por gravidade

Neste caso, a cota piezométrica, em cada ponto, é dada por:

22

Ibrahim Losmar Capítulo I -Critérios e parâmetros de Cálculo

Cp = NA - j X progres. ,sendo NA o nível de água no

reservatório de montante

Estas pressões podem variar de um valor mínimo, com NA mínimono reservatório e vazão máxima, até o valor máximo, correspondente à pressãoestática, com um NA máximo no reservatório e vazão nula.

1.2.2 - Pressões de Projeto

Para o dimensionamento das ancoragens das tubulações, deverão serutilizadas as pressões de projeto ou de cálculo, dadas por:

Pc = (CPM - GI)x 0,0981 daN / cni'

em que CPM é a cota de pressão máxima em cada ponto, ao longoda tubulação.

As cotas de pressão máxima devem ser obtidas da envoltória de cargasmáximas, determinada em estudo de transientes hidráulicos. Estes estudossão imprescindíveis principalmente em linhas de recalque submetidas a altaspressões.

No caso da envoltória de cargas máximas ser aproximadamente paralelaà linha piezométrica de regime permanente, bem como nos casos em que forpossível avaliar com aproximação satisfatória a sobrepressão causada pelostransientes hidráulicos, pode-se adotar para as pressões de cálculo, os valoresdados por:

Pc = Ps x k , sendo, a pressão de serviço e k o coeficiente demajoração adotado.

Nas linhas de gravidade, raramente há necessidade de se fazer estudosdetalhados de transientes hidráulicos, a não ser quando da existência deválvulas de fechamento rápido na tubulação.

De qualquer modo, nas linhas de gravidade, as pressões máximas serãoas pressões estáticas, com o NA máximo no reservatório de montante.

23

Ibrahim Lasmar Ancoragem de tubulaçóes com junta elóstico

Assim, em cada ponto, ter-se-á:

P, = (NAmáx. - GI)X 0,0981 daN / cni'

Nos casos em que for previsível alguma pequena sobrepressão, ao longoda tubulação, eleva-se a linha de carga estática de um valor estimado H:

P; = (NAmáx. + H - GI)X 0,0981 daN / cni'

1.2.3 - Pressão de Ensaio

Normas técnicas diversas referem-se a Pressão de "Ensaio de Campo".Parece-nos conveniente fazer as seguintes considerações:

a) A norma americanaAWWA C600-49T (consultada a versão1976) preconiza dois tipos de ensaios:

Ensaio de pressão com finalidade de se pesquisar defeitos defabricação dos tubos, neste caso submetidos a uma pressão 50%acima da pressão normal de serviço.

Ensaio de vazamentos para verificar a qualidade do assentamento,especialmente das juntas, neste caso com uma pressão equivalente àpressão de serviço.

Quanto ao ensaio de pressão, parece-nos desnecessário fazê-Ia no campopara tubos ponta e bolsa, já que todos os tubos são submetidos na fábrica,individualmente, a pressões de ensaio bem superiores às respectivas classes

de pressão.

b) A norma brasileira NBR 9650, novo /96, se restringe à "Verificaçãoda Estanqueidade no Assentamento de Adutoras e Redes de Água",apresentando ambigüidade em seus dispositivos:

_ No item 3 - Condições gerais, sub item 3.2.1, alínea b: "a pressãode ensaio resultante no ponto mais elevado de cada trecho não deve ser

24

Ibrahim Lasmar Capítulo I - Critérios e parâmetros de Cólculo

inferior a 1,1 vezes a pressão de serviço do trecho".- Continuando a se referir a trechos, subdivide o ensaio em três etapas:

na etapa preparatória, item 3.4.2, estabelece que "a pressão máxima a seratingida é a pressão de ensaio no trecho, correspondente a 1,5 vezes a pressãode serviço máxima no trecho, quando esta não for superior a 1,0 MPa; enunca inferior a 0,4 MPa; pressão máxima de serviço no trecho acrescida de0,5 MPa, quando esta for superior a 1,0 MPa."

Na etapa final preconiza pressão de ensaio igual à "pressão máxima deserviço".

c) De qualquer modo, à pressão de "Ensaio de Campo" não há porquesobrepor nenhum acréscimo, nem mesmo os devidos a transientes hidráulicos,pela não concomitância dos fenômenos.

d) As considerações aqui apresentadas têm por objetivo alertar quantoao elevado aumento de custo das obras de ancoragem, nos casos em que seprescrever pressões de ensaio muito superiores as pressões de cálculo adotadascom bases nas condições previstas no item anterior deste trabalho.

Os projetistas, executores de obras e fiscalização poderão adotaralternativas para não elevar substancialmente o custo das ancoragens,utilizando aterros, reaterros e ancoragens provisórias, como já prescreve anorma brasileira e catálogos dos fabricantes. Na verificação dodimensionamento das ancoragens para atender às pressões de ensaio, pode-se, inclusive, adotar coeficientes de segurança abaixo dos usualmenterecomendados pelas normas (desde que positivos).

Outro caso que chama a atenção é o das "curvas desenvolvidas" emtubulações que devem ser enterradas, mesmo com as deflexões nas juntasdentro dos limites preconizados pelos fabricantes; se posta em carga semque seja a vala reaterrada (e compactada), todas as juntas podem se deslocar,exigindo que todo o trecho seja refeito (ver item 11.6, deste trabalho).

Finalmente entendemos que, de forma geral, na grande maioria doscasos, é mais econômico e factível reaterrar e compacta r toda a vala,verificando-se, posteriormente, durante os ensaios, por meios apropriados,a ocorrência de vazamentos (e não apenas excepcionalmente, como preconizao item 3.3.5.2 da NBR9650).

25

Ibrahim Lnsmar Ancoragem de tubulações com junto elástico

1.3 - Diâmetro da Tubulação

É critério generalizado, inclusive indicado em diversas publicações dehidráulica, o uso do diâmetro nominal da tubulação para o cálculo dosempuxos que atuam em conexões de junta elástica, curvas, reduções, tês,

etc.

É preciso considerar, porém, que, para tubulações de junta elástica, apressão interna incidirá sobre uma área calculada pelo diâmetro externo dotubo, conforme se mostra a seguir:

FIGURA -2

FI-

F3 - atuando em sentido contrário na mesma peça, se equilibramFI e F2 - tendem a separar as duas peças

FI = pAI

F2 = p(Ae - A;)

sendo:

Ai: área da seção internaA,: área da seção externaE : empuxo resultante das forças de pressão FIe F2

26

Ibrahim Lnsmar Capítulo I -Critérios e parômetros de Cálculo

Deste modo, a área a ser considerada é dada por:

1[ De2

Ae = --- sendo: De o diâmetro externo do tubo4

De um modo geral, os livros de hidráulica são omissos a este respeito,muitos calculando os empuxos pelos diâmetros internos. Encontramos oemprego do diâmetro externo no manual "Elaboração de Projetos deIrrigação", do "Bureau ofReclamation", na 8a Edição do Manual de Hidráulicade Azevedo Neto (1998) e no catálogo da Barbará, que apresenta uma tabelacom as áreas calculadas em função dos diâmetros externos.

É relevante observar, ainda, que os tubos de junta elástica maisutilizados, ferro dútil, aço, PVC DEFoFo, RPVC e PRFV possuem o mesmodiâmetro externo, para cada diâmetro nominal, variando, apenas as espessuras,em função da classe de pressão e, consequentemente, o diâmetro internoreal. Este, por sua vez, é geralmente superior ao diâmetro nominal, excetopara alguns diâmetros de tubos de PVC, de classe de pressão mais elevada.

Deste fato, resulta que a área e consequentemente o empuxocalculado em função do diâmetro externo fica, principalmente para ospequenos diâmetros, bem superior aos valores calculados, utilizando-seo diâmetro nominal.

Veja-se, por exemplo, o caso dos tubos de aço junta elástica, ferrodútil e PVC DEFoFo, que têm o mesmo diâmetro externo. Para o diâmetronominal 50 mm, a área calculada pelo diâmetro externo (66 mrn) é 74%maior do que aquela calculada com o diâmetro nominal.

Este percentual se reduz para 50% (DN 75 mrn), 39% (DN 100mm), 28% (DN 150 mm), 23% (DN 200 mrn), 20% (DN 250 mrn) e,paulatinamente, até cerca de 10% (DN 1200mm).

Já para os tubos PVC-PBA, o acréscimo de área e,Consequentemente, de empuxo, calculados pelo diâmetro externo, é 44% maior do que o calculado para o diâmetro nominal, para DN 50 mm,28% e 21 % respectivamente para os diâmetros 75 e 100 mm.

Os quadros anexos mostram as relações entre as áreas calculadas em

27

Ibrahim Losmar Ancoragem de tubulações com junta elóstica

função dos diâmetros externos e nominais, refletindo no cálculo das forças

de pressão.

Antes de atentar para este fato, o autor já havia calculado e projetadocentenas de blocos de ancoragem, considerando os diâmetros nominais, obrasexecutadas sem que tenha ocorrido nenhum acidente por falta de estabilidade.

Isto decorreu, certamente, dos coeficientes de segurança adotados noscálculos, bem como de outras forças resistentes não consideradas, tais comoo atrito dos tubos com o terreno, atrito dos anéis de borracha oferecendoresistência ao desencaixe do tubo.

Tabela I. I -Tubos de aço PB, ferro dúctil, PVCDEfOFD, RPVC e PRFV

DN De Ae/AN DN De Ae/ AN

50 66 1,74 450 480 1,14

75 92 1,50 500 532 1,13

100 118 1,39 600 635 1,12

125 144 1,33 700 738 1,11

150 170 1,28 800 842 1,11

200 222 1,23 900 945 1,10

250 274 1,20 1000 1048 1,10

300 326 1,18 1100 1151 1,09

350 378 1,17 1200 1255 1,09

400 429 1,15

Tabela 1.2 - Tubos de PVC PBA

DN De Ae/AN

50

75

100

6085

110

1,44

1,28

1,21

28

Ibrahim Losmar Capítulo I - Critérios e parômetros de Cólculo

I .4 - Parâmetros do Solo

Os parâmetros do solo onde deverá ser assentada a tubulação e quepossam interessar no cálculo são os seguintes:

a) Peso específico (y), em daN/rn'J

Quando constituído genericamente de areia e/ou argila,y, = 1.800 daN/m3

b) Coesão (c), em daNlm2

c) Ângulo de atrito interno (qJ '), em graus

Os valores aproximados do ângulo de atrito são:

Solo Ângulo de atritoAreia:Silte:Argila arenosa:Areia argilosa:Argila média:Argila rija:Argila mole:

33° a 37°30° a 35°26° a 30°27° a 31°18° a 25°23° a 28°12° a 20°

d) Tensão admissível horizontal (cadm y), em daNlcm2

e) Tensão admissível vertical (cradmH), em daNlcm2

Sempre que possível, esses parâmetros deverão ser determinados porensaios de laboratório, considerando trechos de características homogêneas,ao longo da tubulação. Os resultados desses ensaios podem conduzir adimensionamentos mais precisos, com menores coeficientes de segurança eresultando ancoragens mais econômicas.

Na ausência dos ensaios, deverão ser adota dos parâmetros médios,normalmente utilizados com base apenas nas características visuais dosolo e coeficientes de segurança mais rigorosos.

29

Ibrahim Lasmar Ancoragem de tubulações com junta elástica

Para a tensão admissível vertical, os parâmetros médios são os seguintes:

Solo a adm. v(daN/cm2

)

Argila moleArgila médiaArgila rija:Argila muito rijaArgila duraArgila ArenosaSaibroAreia FofaAreia medianamente compactaAreia compactaAreia muito compacta

0,25 a 0,500,50 a 1,001,00 a 2,002,00 a 3,503,50 a 6,001,00 a 1,502,00 a 3,000,50 a 1,001,00 a 2,002,00 a 4,00

> 4,00

A tensão admissível horizontal corresponde, aproximadamente, àmetade da vertical.

De qualquer modo, para as tensões admissíveis a adotar, tanto a verti-cal, como a horizontal, deve-se observar a possível variação entre a tensão doterreno natural e após a escavação para construção do bloco e posteriorreaterro e compactação.

1.5 - Outros Parâmetros

Outros parâmetros a considerar no dimensionamento são:

-Peso específico do concreto (y), podendo-se adotar:concreto simples: 2.400 daN/m3

concreto armado: 2.500 daN/m3

- Peso do tubo com água, em daNlm:Os pesos dos tubos são tabelados pelos fabricantes. O peso da água

neles contidos é dado por:

30

Ibrahim Losmar Capítulo I - Critérios e parômetros de Cálculo

p. água =D2

7r -- X 1.000 daN/m4

sendo D o diâmetro interno, em metros, podendo ser utilizado odiâmetro nominal.

***

31

CAPíTULO 2

ESFORÇOS SOLlCITANTES

Os esforços solicitantes, devidos à pressão interna, são determinadosde acordo com o formulário a seguir apresentado:

2.1 - Curvas Horizontais

As curvas horizontais em uma tubulação são aquelas localizadas emum plano horizontal ou inclinado, que tem sua projeção curva no planohorizontal e reta no plano vertical.

A força resultante, devida à pressão interna, é horizontal e tem a direçãoda bissetriz do ângulo interno da curva.

FIGURA- 3Er

a - deflexão horizontala > O - deflexão para a direita (caminhamento no sentido do fluxo)

a < O - deflexão para a esquerda (caminhamento no sentido do fluxo)

a: ângulo da curva (deflexão)

32

Ibrohim Lasmar Capítulo 2 - Esforços Solicitantes

fJ: 180o-a

E} = F2 + F2 +2FFcosfJ

E,2 = 2F2 (I+ cos fJ) = 2F2 (1- cos a)

E,2 = 2F2 x Zsen ' at:E, = 2F sen a/2

E, = 2pAe sen a/2

1LDe2

E, = 2p--sena/24

I Er = 1,571pDe2 sena/21 Empuxo resultante

Ângulo horizontal que o empuxo resultante forma com o eixo do trechode montante:

FIGURA - 4 Er

H, =90+a/2 , para a>O

33

Ibrohim Lasmar Ancoragem de tubulações com junto elóstico

FIGURA - 5

H,. =270+a/2 ,para a<O

o ângulo horizontal H, serve para locar o eixo do bloco de ancoragem,fazendo-o coincidir com a direção do empuxo.

2.2 - Curvas Verticais

São curvas situadas em um plano vertical, podendo ser de dois tipos:

a) Curva vertical ao terreno: curvatura voltada para cima, empuxo para baixo1) e 1

2: declividades dos trechos de montante e de jusante

aI = are tg 11a2 = are tg 12

FIGURA - 6

--

Ev

34

Ibrahim Lasmar Capítulo 2 - Esforços Solicitantes

(deflexão vertical)

f3 : ângulo vertical da resultante

b) Curva vertical ao vazio: curvatura para baixo, empuxo para cima

FIGURA -7

fJ = aI + a2 + 902 ' 180 > f3 > O

Empuxo resultante:

E, = 1,571pDe2 sena/2

Componentes horizontal e vertical:

E" = E, cosfJ {> Opara justante }

na direção do tubo< Opara montante

35

Ibrahim LosrnarAncoragem de tubulações com junta elóstica Ibrahim Losrnar Capítulo 2 - Esforços So/icitantes

e, = e, sen f3 {> Opara cima - ao vazio

< Opara baixo - ao terreno

2.3 - Curvas Espaciais.

São as curvas que possuem deflexões horizontal e verticalsimultaneamente. Ambas as projeções, horizontal e vertical, são curvas.

FIGURA - 8Er Ev

Deflexão horizontal: a.H

Deflexão vertical:

Ângulo espacial:

costr, = cos ai X cos a2 x coszr., + sen ai x sen a2

E; = 1,571pDe2 senzr; /2

E; = F(sen ai - sen a2)

resultante

componente vertical do Empuxo

F = pAe = 0,785 pDe2

36

ao vazio (para cima)

ao terreno (para baixo)

componente horizontal

Ângulo horizontal da resultante: formado entre a projeção horizontalda resultante e o eixo do trecho de montante:

para a; < O

F2fcos2 ai =cos ' a2)+ E,2cosrp = ~ I

2E"Fcos ai

H r = 180o-rp

H r = 180o+rp ,

sendo:

2.4 - Reduções

FIGURA- 9

para

li' pode atuar nos dois sentidos

F = p(Ael - Ae2)

F = 0,785p(De~ - Den

37


2.5 - Extremidades Fechadas

a) com cap

FIGURA - 10

E = pAe = 0,785 pDe2 De : diâmetro externo

b) comflanges

FIGURA -11

Di

E = pA; = 0,785 pD;2 == 0,785 p(DN)2 Di: diâmetro interno

38

Ibrahim Lasmar Capítulo 2 - Esforços Solicitantes

2.6 - Tês

FIGURA - 12

FIGURA - 13

a) Derivação a bolsa

E,. = 0,785 pDe2

b) Derivação aflange

E, = 0,785 pDi2 == 0,785 p(DN)2

39

Ibrahim Lasmar Ancoragem de tubulações com junta elóstica

2.7 - Junções

FIGURA -14

E, = E, sena

E2 = E, cosasendo:

E, = 0,785pDe2,

E, =0,785p(DN)2 ,

para derivação a bolsa

para derivação a flange

Obs.: nas junções padronizadas, ; no caso de tubos de aço juntaelástica, o ângulo da derivação pode variar.

2.8 - Válvula Fechada

E = 0,785 p(DN)2 ,

E = 0,785 pDe2 ,

para válvula flangeada

para válvula com bolsas

40

Capítulo 3

ESFORÇOS RESISTENTES

3. I - Força de Atrito Bloco/Solo

N = força vertical, normal à base do bloco, em daNk = tg qJ: coeficiente de atrito bloco/soloqJ: ângulo de atrito concreto/solo, da ordem de 30°

Para não ocorrer arrastamento da camada do solo, o valor de qJ a adotarnão deve ser maior do que o ângulo de atrito do próprio solo

3.2 - Resistência Vertical do Terreno

(J', ~ (J'admV do terreno, em daN/cm2

A: área da base do bloco, em em?

3.3 - Resistência PassivaLateral do Terreno

(J'L ~ (J'admH do terreno, em daN/cm2

A : área lateral do bloco, em contato com o terreno de apoio, em crrr'L

41


3.4 - Coesão

r, =c Ac: coesão do solo, em dal-l/m?A: área de contato fundo do bloco/solo, em m2

3.5 - Empuxo Passivo do Terreno

FIGURA - 15CT

E = (Pl + P2) (h - h )x2 2 1

P" = Yshn ~g(45 + <p' /2) j

B

E = Pl + P2 x HB daN2

ys ::peso específico do solo, em daN/m3H, h, e h2, em metrosB : largura do blocoep' : ângulo de atrito do solo

***

42

Capítulo 4

OUTROS ESFORÇOS

4.1 - Esforços Devidos à Atração da Gravidade

o peso dos corpos e componentes envolvidos no dimensionamentodas ancoragens funcionam, em determinadas condições, como esforçossolicita~tes e, em outras, como resistentes ou contribuindo para estes. Sãoos seguintes:

4.1.1 - Peso do Bloco de Concreto:

PB = YC V (daN), sendo:

V : volume do bloco, em m"

Yc: peso específico do concreto, em daN/m3 (adotado 2400 dal-l/rn")

4.1.2 - Peso do Tubo com Água

PT = q L (daN), sendo:

q peso do tubo com água, em daN /mL comprimento do trecho de tubo atuando sobre o bloco, em m

4.1.3 - Peso do Aterro

PA = Ys V (daN), sendo:

Ys : 1.800 daN/m3, peso específico de reaterro

V: volume do reaterro sobre o bloco

43

Ibrohim Lasmar Ancoragem de tubulações com junta elástico

4.2 - Empuxo da Água

Nos terrenos passíveis de inundação, bem como onde o bloco ou partedo mesmo possa vir a ficar abaixo do lençol freático, o empuxo da águadeverá ser considerado no dimensionamento do bloco, como uma forçavertical, sentido de baixo para cima, de valor Ea = 981 VM (daN) sendoVM o volume molhado em m3, isto é, a parte do volume do bloco que ficarabaixo do NA máximo.

4.3 - Dilatação Térmica

Tratando-se de tubos com junta elástica, com folga nas juntas paraabsorver as pequenas dilatações térmicas, mais sensíveis para os tubos vaziose aéreos, não há necessidade de considerar esse esforço no dimensionamentodas ancoragens.

***

44

Capítulo 5

CONDiÇÕES DE EQUILÍBRIO

5. I - Condições Gerais

No dimensionamento e projeto dos blocos de ancoragem, devem serconsideradas algumas condições gerais, referidas a seguir:

a) No projeto dos blocos deve ser deixado livre acesso às juntas, a fimde permitir a inspeção das mesmas, para observação de possíveis vazamentos,quando dos testes hidráulicos e colocação em operação.

b) A resistência devida à coesão do solo, geralmente de pequenainfluência para o equilíbrio do empuxo horizontal, não deve, normalmente,ser considerada, principalmente porque sempre pode ficar uma fina camadade terra solta no fundo da cava, o que praticamente anula a resistência devidaà coesão.

c) Se o bloco de ancoragem for enterrado, o peso do recobrimentonão deve ser incluído nos cálculos, para efeito de equilíbrio dos empuxos(horizontais ou verticais ao vazio), devido à possibilidade de que parte outodo o recobrimento seja removido se, no futuro, ocorrerem escavaçõesjunto ao bloco.

Se o bloco de ancoragem for projetado para resistir à força de empuxohorizontal pela combinação do atrito no solo com o empuxo passivo daterra, ao lado do bloco, o peso do recobrimento poderá ser incluído noscálculos.

d) Os blocos de ancoragem a.serem instalados em passagens públicas,áreas urbanizadas, em locais onde seja provável que venham a ser feitasescavações para instalação de outros serviços públicos, deverão ser projetadospara resistir às forças de empuxo horizontais, exclusivamente pelo atritosobre o solo que sustenta o bloco de ancoragem. Mesmo caso para tubulaçõesaéreas ou sem i-enterradas.

45

Ibrahim Lasmar Ancoragem de tubulações com junta elóstico

e) Se o solo das fundações estiver sujeito a ficar saturado de água,deverá ser levado em conta o empuxo da água, orientado para cima,correspondente ao volume do bloco situado abaixo do nível máximo dolençol freático.

O empuxo de água deverá ser considerado em todos os casos emque ele seja desfavorável ao equilíbrio: deslizamento horizontal, tombamentoe deslocamento vertical para cima. Não considerar para verificar o equilíbrioao deslocamento vertical para baixo (carga transmitida ao terreno), cujovalor máximo ocorrerá sempre quando o terreno estiver seco.

f) Nos casos onde o terreno não tenha capacidade de sustentação dobloco de ancoragem, deverão ser previstas fundações em estacas, inclusiveinclinadas, nos casos de empuxos horizontais. Tirantes também podem serutilizados, quando for o caso.

g) No caso das curvas compostas por mais de uma peça ou por peças edeflexões, o cálculo será feito pela resultante da curva "virtual", admitindo-se que o bloco compensará internamente as excentricidades daí provenientes.O projetista poderá a seu critério, elevar os coeficientes de segurança, ondejulgar conveniente fazê-lo, em função dessas" curvas desenvolvidas",dispensando-se o cálculo peça por peça, deflexão por deflexão em uma curva.

h) Para a determinação das cargas atuantes sobre o terreno, na base dobloco deverá ser considerado o peso do aterro sobre o bloco. No caso deblocos situados em via pública ou estrada, deverão ser considerados, também,o peso do pavimento e a carga rolante.

i) Para pequenos esforços atuantes, poderão ser dispensados blocos deancoragem, como nos seguintes casos:

- curvas verticais ao terreno, com tubulação enterrada, quando a cargatransmitida ao terreno, pelo próprio tubo, com comprimento da ordem de 50 em, for inferior à taxa admissível:

a = E" + PT + O 18 H < a50 De ' I - adm, sendo:

P T = peso de 50 cm de tubo com água, em daN

46

Ibrahim Lasmar- Capítulo 5 - Condições de Equilíbrio

De : em cmH : altura do aterro sobre o tubo, em metros

1 2a: emdaN/cm

_ curvas verticais ao vazio:

PT: peso de um comprimento L de tubo com água, sendo L a metadeda distância entre as duas juntas ou apoios a montante e a jusante da curvaconsiderada. Na falta de informação do campo, considerar L igual aocomprimento de um tubo mais dois metros.

- curvas horizontais:taxa transmitida ao terreno, por cerca de 50 em de tubo, inferior à

resistência admissível horizontal,no máximo 0,40 dal-I/em", caso não tenhahavido determinação por ensaio de laboratório.

- curvas horizontais ou verticais enterradas, desenvolvidas, com deflexõesmáximas admitidas pelos jàbricantes.

j) Considerando os dispositivos e critérios preconizados pela normaABNT - NBR 13211 - "Dimensionamento de Ancoragens para tubulação"julgou-se necessário fazer-se as seguintes observações e considerações a respeitodaquela publicação:

- não é apresentada a fórmula de cálculo do empuxo em curvashorizontais;

- não faz referência ao diâmetro da tubulação a ser adotado; parececonsiderar o diâmetro nominal;

- a força de atrito bloco de concreto I solo é desprezada explicitamentecomo resistência aos empuxos horizontais. Esta força de atrito é a única quedeve ser considerada para equilibrar os empuxos horizontais, para tubulaçõescom junta elástica instaladas em zonas urbanas, bem como em trechos aéreosou serni-enterrados (alínea "d" acima);

_considera como força atuante nas curvas horizontais o empuxo ativodo terreno que, na realidade, pode ser dispensado, face aos valores

47

Ibrahim Lnsmar Ancoragem de tubulações com junta elástica

preponderantes da força de atrito e do empuxo passivo, com respectivoscoeficientes de segurança.

5.2 - Curvas Horizontais

Para efeito de ancoragem, as curvas horizontais podem ser classificadasem dois tipos:

5.2.1 - Curvas Horizontais ao Declive

São aquelas em que o empuxo resultante está orientado para o terrenoem declive:

A..::::::,

~+.-+-=-

CORTE A-A Fo1. 13 12

CURVAS DE NIVEL PLANTA

Neste caso, não se pode considerar a resistência passiva ou o empuxolateral do terreno. O equilíbrio deverá ser garantido apenas pela força deatrito bloco/solo.

Este mesmo procedimento deverá ser feito nas zonas urbanizadas ouem qualquer local onde sejam previsíveis escavações junto ao bloco, paraquaisquer outras obras de serviços públicos.

o mesmo critério deve ser utilizado para as tubulações aéreas ou semi-enterradas, ficando o bloco parcialmente enterrado.

48

Ibrahim Lnsmar Capítulo 5 - Condições de Equilíbrio

Os blocos deste tipo podem ser representados, esquematicamente, pelaseguinte figura:

FIGURA-17

A r~B

L

PB =v .r. =ABH .reh = (h, + 0,20 + De/2) m

N = PB -Ea

h, ~ 0,25 m , de modo que o bloco fique enterrado pelo menos 20em, no caso de tubulação aérea

A, B, H em metrosV : volume do bloco, em m3

Yc: peso específico do concreto = 2400 daN/m3

PB: peso do bloco (daN)

Ea: empuxo de água (se houver)B : largura do bloco

F{/ = kN : força de atrito

k = tgrp , sendo qJ~ qi

a) Equilíbrio quanto à translação horizontal (deslizamento)

r, ~K.E"

49

Ibrahim Losmar Ancoragem de tubulações com Junto elástico

K = coeficiente de segurançaK = 1,5 (ver Bibl. 12.1 e 12.4), K = 1,2 (ver Bibl. 12.2)

tg rpN ? 1,5 E"

tg rp (PB - EJ? 1,5 E"

V? 1,5 E" + Eatgrpyc Yc (I) (volume mínimo do bloco)

b) Equilíbrio quanto à rotação (tombamento)

Duas são as condições a serem adoradas, a saber:

1. Momento equilibrante 2: 1,5 x momento de tombamento (M)

N X A / 2 ? 1,5 E" X h ,

A?3MN

1,5 : coeficiente de segurança

(lI)

2. Força resultante passando pelo terço médio da base, (condição paraque não haja tração negativa no terreno)

Me = - (excentricidade)

N

Tensões no terreno:

_ (1+ 6e)(5 - (511/ - A = .!!..- + 6M < (5ou (5 M - BA 2 - adlllV, N = PB

N(5 =-

11/ AB (tensão média)

(511/ =Yc H.10-4 daN/cm2 (no caso de E, =0)

A e B: em cm

50

Ibrahim Losmar Capítulo 5 . Condições de Equilíbrio

H: altura do bloco, em mYc : peso específico do concreto, em daN/m3

6e Al--?O--7e~-A 6

M Ae=-~- --7N 6

A? 6MN

(III)

Observa-se que, satisfeita esta condição, estará satisfeita a anterior.

o valor máximo da tensão sobre o solo, para e = A / 6 , será:

O" I = 20" e o valor mínimo O" 2 = zero.11/

Normas específicas de algumas empresas públicas de saneamentoadmitem a ocorrência de tensão negativa no terreno, de valor absolutolimitado a 115 da tensão positiva.

(51 = (51/1 ( 1+ ~ )

(52 = (511/ ( 1- ~ )

> O

< O

Esta condição é satisfeita quando

4MA?4e=-

Nsatisfazendo também a condição 11.

(IV)

Para A = 4e,apenas 116 do comprimento da base do bloco fica sempressão de contato com o terreno e o valor máximo da tensão sobre o solo

será igual a 2,50" 111 •

51

Ibrahim wsrnarAncoragem de tubulações com junta elástico

c) Equilíbrio quanto ao deslocamento vertical

Este equilíbrio é satisfeito desde que as pressões exercidas sobre o solosejam no máximo iguais à tensão admissível do solo, na direção vertical.

Para o bloco principal, que pode ser em concreto simples, a pressão

máxima sobre o solo será:

P8 ( 6e) PAa =- 1+- +-<0'm AB - A AB - admV

sendo PA

o peso do aterro

_ P8 (1 + 6 e ) O18H <0'- - +, , - O'admV

AB A

sendo H} a altura do aterro sobre o bloco, em m.

Para o dimensionamento da placa de apoio da tubulação, em concreto

armado, tem-se:

P2

: peso da base de concretoPT: peso do tubo com água, para L = BH

2altura do aterro sobre a placa

P~ : peso do aterro sobre a placa

5.2.2 - Curvas Horizontais ao Aclive

São aquelas em que o empuxo resultante está orientado para o terrenoem aclive. Pode-se considerar como tais os locais planos e até mesmo aquelesem declive suave e o bloco suficientemente enterrado, de modo que não hajaperigo de cizalhamento do terreno na direção da base do bloco.

Neste caso, o equilíbrio do empuxo horizontal pode ser garantido pelacombinação entre a força de atrito bloco/solo e a resistência passiva do terreno

Ibrahim Lasrnar Capítulo 5 . Condições de Equilíbrio

ou empuxo de terra sobre a face vertical do bloco, oposta ao sentido doempuxo, isto no caso do bloco totalmente enterrado.

FIGURA - 18

,\~ Eh

)14 13 12

CURVASDE NMlCORTE A-A

" 10 li

PLANTA

a) No caso da resistência passiva do terreno, na horizontal, teremos:

FIGURA-19

~r-.------------4

h

B : largura do bloco

N=P -E8 a

h = h, +0,20+ De/2q, : resistência passiva horizontal do terreno, em daN/cm2

- Equilíbrio ao deslizamento:

Fp + r, ;:=: l,SE"

qtBH + tgip . N ;:=: l,SE"

qt =qnd/llH

53

Ibrahim Lasmar Ancoragem de tubulações com junto elástico

v ~ 1,5Eh

tgrp. Ycqr.BH e,---+-tgO"·yc Y C

- Equilíbrio ao tombamento:

Fp Hj2 + N . A/2 ~ 1,5Eh X h

E" .h- Fp .H/2 je= ~ A 6

N

- Equilíbrio ao desLocamento uertical

Análogo ao caso do item 5.2.1

Caso Particular

Nos casos de pequenos esforços e terreno de resistência satisfatória, oequilíbrio ao empuxo horizontal pode ser obtido com um bloco apoiadodiretamente no terreno.

FIGORA - r9a

Ibrahim Lasmar Capítulo 5 - Condições de Equilíbrio

jJ= 180-a =90-aj22

R = 2pAsenaj2

Lj2 = asen jJ = acosaj2

R 2pAsenaj2O" = - = --"----!.--

Lh 2ahcosa/2

O"= pA X tg aj2 -7 a = pA tg a/2ah a n

O" = O"adm horizontal

Observações:

1 - A tensão admissível horizontal do solo deve ser, preferencialmente,determinada em ensaio de laboratório. No caso de se adotar um valorestimativo, baseado na natureza visual do solo, considerar um coeficiente desegurança mais conservador.

2 - Existem normas adotadas por empresas públicas de saneamentoque consideram 113 do empuxo equilibrado pela resistência passiva do terrenoeste com uma taxa não maior do que 0,40 daN/cm2 ..

3 - Eventualmente, nos casos de terrenos de maior resistência horizon-tal e, seguramente, no caso de terreno rochoso, pode-se considerar apenas aresistência passiva lateral do terreno para equilibrar o empuxo horizontal,desde que conduza à área de contato satisfatória.

Neste caso, o bloco pode ser substituído apenas por uma placa deconcreto armado, transmitindo o esforço ao terreno.

55

Ibrahim Lnsmar Ancoragem de tubulações com junta elástica

FIGURA - 20 ct 11 1

1I :il1 1 1 1 I t qt

1~\

1B

VISTA DE FRENTECORTE

[tH EhL~

J B

Equilíbrio:

q/ . BH ~ 1,5E"

1,5E"q/ = BH ::;(J"admH

X = (B)2 x~ = q/ . B2q/ 2 2 8 (momento para dimensionamento da placa)

Sempre que se usar a resistência passiva lateral do terreno, o blocodeverá ser concretado diretamente contra a face vertical do terreno, semforma e sem uso de reaterro, que pode sofrer alguma deformação, deslocandoo bloco. Eventualmente o vazio entre o bloco e a face vertical do terrenopode ser preenchida com concreto magro.

b) Outro critério de cálculo é considerar o equilíbrio produzido pelacombinação entre a força de atrito bloco/solo e o empuxo passivo do terreno:

56

Ibrahim Lnsmar Capítulo 5 - Condições de Equilíbrio

FIGURJX - 21CT


y = 2pI + P2 xH3(PI + P2)

(altura do centro de gravidade)

F = PI + P2 (h - h )B = Pl + P2 HBp 2 2 I 2

P = ysh[tg(45 + aj2)] (pressão do terreno)

sendo:

cp ângulo de atrito do solo, em grausY, peso específico do solo, em daN/m3

- Equilíbrio ao deslizamento:

F F_P+_a~E2 1,5 h

Fa = kN = tg-p . N

2 e 1.5 : coeficientes de segurança

57

Ibrahim LnsmarAncoragem de tubulações com junto elóstico

_ Equilíbrio ao tombamento:

Fp.Y + N .A/2;::: 1,SE".h

E".h-Fp.Y /e= ~ A 6

N

_Equilíbrio ao deslocamento vertical:

Análogo ao caso do item 5.2.1.

Obs.: Podem ocorrer casos em que somente a força F seja suficientep

para equilibrar o empuxo horizontal, adotando-se a mesma solução da obs.

3 do caso da alínea" a".

Em qualquer caso, o terreno deve ser bem compactado junto à face do

bloco oposta ao empuxo horizontal.

5.3 - Curvas Verticais

5.3.1. - Curvas Verticais ao Terreno

FIGURA - 22

58

~imLnsmarCapítulo 5 - Condições de Equilíbrio

ai = arctg 11

a2 = arctg 12

a=al -a2 <O

fJ = ai + a2 - 90 < O2

E, = 1,S71pDe2 sena/2

E" = E; cos{3

E, = E, sen{3

B: largura do bloco

a) Equilíbrio ao deslizamento:

r, > 1,SE"Ea : ernpuxo da água, se houver

tgrp.N? 1,SE"

PB

= 1,SE" - (Ev + PT)+ E,tgrp

V > 1,SE" _ Ev + PT + Eatgrpyc r. r.

(I)

E : em valor absolutov

Dependendo do valor de {3, o equilíbrio ao deslizamento pode serobtido pela força de atrito devida apenas à componente vertical Eu"

tgrp.Ev ;:::1,SE"

~>~E" - tgrp

59


Itgf3l2::~tgtp

180 1,5 f3 1,5- + are tg -- < < -are tg --tgrp tgip

Ex.: rp = 30°-"7 tgtp = 0,577

are tg 1,5 = 69°tgrp

- 111 < f3 < - 69

Tanto neste caso, como no caso de se encontrar Vnegativo na equação(1), o equilíbrio ao deslizamento está garantido, independente do volume epeso do bloco.

b) Equilíbrio ao tombamento

N = PB + E; + PT - E a E em valor absolutov

N .A/2 2:: 1,5E".11

A 2:: 3M/N

JM A 6M

e=-::;--"7A2::--N 6 N

c) Equilíbrio ao deslizamento vertical:

HJ altura do aterro sobre o bloco

60 61

Ibrahim Lasmar

5.3.2 - Curvas Verticais ao Vazio

Capítulo 5 - Condições de Equilíbrio

FIGURA - 23

hJ: mínimo suficiente para engastamento da armadura de tração

f3 = aI + a2 + 90 > O2

E, = 1,571pDe2 sena/2

E" = E, cosf3




tgm . N ~ I,SE"

b) Equilíbrio ao tombamento:

A~6MN

c) Equilíbrio ao deslocamento vertical

carga sobre o terreno:

a = PB + PT - Ev (1 ± 6e) + 0,18 H, <AR A - aadmV

HI : altura do aterro sobre o bloco

Obs.:

1 - A placa que envolve o tubo deve ser armada à tração, engastada nabase do bloco, para resistir à componente vertical Ev (por segurançadesprezando PT)'

2 - Nos casos de curvas com ventosas, dimensionar a caixa de ventosapara equilibrar o empuxo, referindo este fato no desenho e justificando,assim, dimensões aparentemente exageradas. Caso o peso da caixa mais o dotrecho de tubo com água não seja maior que Eu, projetar bloco de reforçoenvolvendo o tubo. (ver caso contado no ítern 11.4)

62


5.4 - Curvas Espaciais

Para efeito de ancoragem devem ser considerados 4 tipos de curvasespaclals:

- curvas espaciais ao terreno e ao declive- curvas espaciais ao vazio e ao declive- curvas espaciais ao terreno e ao aclive- curvas espaciais ao vazio e ao aclive

Nos dois primeiros casos (ao declive) só se deve considerar paraequilibrar a componente horizontal, a força de atrito bloco/solo. O mesmocritério deve ser utilizado nos locais urbanizados e onde houver a possibilidadede escavação para instalação de outros serviços públicos (esgoto, energia,telefone, gás, etc.)

Nos outros dois casos (ao aclive), podem ser considerados, paraequilibrar a componente horizontal, tanto a força de atrito como a resistênciapassiva ou empuxo passivo lateral do terreno, analogamente ao que foimostrado no caso das curvas horizontais.

5.4.1 - Curvas Espaciais ao Terreno e ao Declive

FIGURA-~

r Eh T

l 1 ~h,~~ __N ~ ~ __ ~~-o

B=LARGURA DO BLOCO P2

Dimensionamento do bloco exatamente igual ao das curvas horizontaisao declive (item 5.2.1)

63

Ibrahim wsmar Ancoragem de tubulações com junto elóstico

Apenas acrescentar no dimensionamento da base de apoio do tubo,a componente vertical Ev:

P2 + PT + E;(J" = BC + 0,18 H 2 ~ (J"adlllV

5.4.2 - Curvas Espaciais ao Vazio e ao Declive

FIGURA-~

f'r---""----;tiv713g:in.2ocm

1 1 h 20cmPt N '-- •••.••!=---I--,

.;..()---::::-- ±-_--! 1 hl

B=LARGURA DO BLOCO

No caso de P2 + P T ser maior do que Ev' a resultante vertical temsentido para baixo e tudo se passa como se fosse uma curva espacial aoterreno e ao declive, dimensionada como no caso do item 5.4.1, apenasconsiderando negativa a força Ev no cálculo da placa de apoio do tubo.

Em caso contrário, com Ev maior do que P2 + P r o tubo terá que serenvolvido por uma placa de concreto armado, funcionando à tração, engastadana base de apoio do tubo, que por sua vez, deverá ficar também engastadano bloco principal (suficiente para garantir o engastamento).

PB

= P; + P2 : peso do bloco, sendo P; = Yc . ABH

P2 = Yc . BCh,

N = PB + PT - E; - E a Ea

Ev

empuxo de água, se houver.

em valor absoluto

64


a) Equilíbrio ao deslizamento

tgtp . N ~ 1,5 E"

P +P -E -E > 1,5E"B T v a - tgrp

15E E -P EV ~ , " + v T +_atgrpyc r. r, volume mínimo

b) Equilíbrio ao tombamento:

Eh[Z1R N

IQ"----+ Fo

~

Resultante: R=E" +N

Posição da resultante:

Momento da resultante em relação a um ponto qualquer (Q), Nxigual à soma dos momentos das componentes.

x = ~ .A/2+ P2 (A + C/2)+ (PT - EJ(A + Z)- Ea .bN

b = posição da resultante do empuxo da água em relação ao ponto Q

65

Ibrahim LasmarAncoragem de tubulações com junto elástico

Excentricidade em relação à direção da resultante N:

M e..«N N

Condições para a resultante cair no 3° médio:

A+Cx-el ~---3


PB + P; > E; + E,sobre o terreno:

E a: empuxo de água, se houver carga

PA

peso do aterro

tensão médiasendo: Cím

L=A+CA+Ce = --- - (x - e I ) : excentricidade em relaçãoao ponto médio da base

2

Considerando as diferenças de altura do aterro, as cargas máxima e

mínima sobre o terreno serão:

Cíl = CíIll(l + ~) + 0,18 RI

a2 = a; (1 - ~ ) + 0,18 R 2

Hf e H2: alturas do aterro, respectivamente, sobre as partes mais alta

(H) e mais baixa (hl) do bloco.


5.4.3 - Curvas Espaciais ao Terreno e ao Aclive

FIGURA-27~

1N

B=LARGURA DO

Dimensionamento do bloco exatamente igual ao da curva horizontalao aclive (item 5.2.2).

Apenas acrescentar no dimensionamento da base da placa de apoio dotubo, a componente vertical E .v

P +P +E(J'= 2 r v +018H <BC ' 2 - (J'admV

5.4.4 - Curvas Espaciais ao Vazio e ao Aclive

FIGURA - 28~~~--------~~

1 1 Eh.;--Hllt -=;'3°c

:Pl N '---:!-_..J...--.-. h . 20cm

~_~-:-- __ --1-_-! l h 1

i x ~ 1 P2 C 1B= LARGURA DO BLOCO

H

Dimensionamento análogo ao item 5.4.2 considerando também aresistência passiva ou o empuxo passivo do terreno

67


teremos:

a) Considerando a resistência passiva

- Equilíbrio ao deslizamento

qr . BH + tgrp N ~ 1,5E"

qr . BH + tgrp (PB + PT - E" - Ea) ~ 1,5E"

V1,5E" qr· BH E" - PT e,~ - + +-tgrp r. tgrp r. r. r.

_ Equilíbrio ao tombamento e ao deslizamento vertical:

Solução análoga ao caso item 5.4.2, sendo:

M = E" . h- Fp • H/2

- Equilíbrio ao deslocamento vertical


Considerar as mesmas observações do item 5.2.2, alínea "a"

Considerar o empuxo ativo do terreno:

- Equilíbrio ao deslizamento

F F-P_+_a~15E2 15 ' ",

F, = tg rp. N

68

Ibrahim Lasmar Capítulo 5 - Condiçõesde Equilíbrio

- Equilíbrio ao tombamento

Solução análoga ao caso do item 5.2.2 (b), sendo

M=E h-F yh • p •



Mesma obs. do item 5.2.2, alínea "b".

5.5 - Reduções

5.5.1 - Reduções Horizontais

FIGURA - 29DN1/2+20cm(mínimo)

"'- ---II...J.l-.}-..j..-Jo...II--+---Y - DN2

B=LARGURA DO BLOCO

a) Equilíbrio ao deslizamento

V ~ 1,5E" _ PT + Eatgrp r. r. r.

b) Equilíbrio ao tombamento

N=P +P -EB T a

69



a = PB + PT (1± 6e)+0,18 HI ~ (jadmVAR A

5.5.2 - Reduções Inclinadas em Declive

FIGURA - 30 D-r-i DN1I2+20cm

(mínimo)

I : declividade do tubo (valor absoluto)

a = are tg I

E" = E,. cos a

E; = E, sen a

Condições de equilíbrio iguais às das curvas verticais ao terreno, mascom a placa vertical envolvendo a redução.

70

Ibrahim Lasmar

5.5.3 - Reduções Inclinadas ao Aclive

Capítulo 5 - Condições de Equilíbrio

FIGURA - 31

B=LARGURA DO BLOCO

Condições de equilíbrio iguais as das curvas verticais ao vazio.

5.6 - Extremidades Fechadas

Duas formas pode ter o bloco de ancoragem:

Tipo I

FIGURA - 32

B=LARGURA DO BLOCO

N = PB +PT - E;

M =E.hP T : peso do tubo com água, comprimento L

71


Tipo 11

FIGURA - 33

H

L.'------c---~B=LARGURA DO BLOCO !~-------

- Equilíbrio ao deslocamento horizontal

tgtp N :2':1,5 E"

Formato "1' ligeirament~ mais favorável, com a utilização de PT

- Equilíbrio ao tombamento:

A situação mais favorável será aquela em que x < A/2, maisprovavelmente no tipo 11, principalmente por P B ser bem maior do que PT

Excentricidade em relação à direção de N:

Me =-

1 N

Condição para que a resultante li + N caia no terço médio:

2x+e1 :::;-A3 \

Eventualmente, poderá ser considerada a resistência passiva vertical doterreno ou o empuxo passivo, para reduzir o tamanho do bloco.

72



( 6e) PAar = a 1±- +-m A AB

(caso I)

(caso 11)

Ae = x + e1 - - '. • id d 12 excentnci a e em re ação ao ponto médio da base

Obs.: No caso de extremidade fechada com flange, deve ser verificadaa necessidade de bloco de ancoragem, considerando a capacidade de resistênciado flange e respectivos parafusos, em função do esforço atuante e classe depressão do flange.

5.7 -Tês (junções 90°)

FIGURA - 34

r8

L1 A !

Mesmo tipo de ancoragem das curvas horizontais, com os mesmoscritérios de cálculo.

73


5.8 - Junções (:#=90°)

FIGURA - 35A

J0tj I 0' I

~ORTE A-A l b ll.o ••••

-E z : -u>;::-_,

PLANTA

E, = E,. sena

E2 = E,. cosa


3Deh'(míll.) = 20 +4


Nos casos onde se possa contar apenas com a força de atrito bloco/solo, o volume do bloco será determinado em função da resultante Er:

A placa de apoio da bolsa, para resistir à componente E2 deverá serarmada e engastada na base e no bloco principal.

Nos casos em que se possa considerar a resistência passiva lateral doterreno, utilizã-la apenas na face do bloco oposta à componente Ej para ocálculo do volume mínimo do bloco;

b) Equilíbrio ao tombamento e ao deslocamento vertical:

Considerar o tombamento na direção da resultante Er' direção na qualserão projetados o peso resultante do bloco e o peso do tubo, para sedeterminar a excentricidade e as taxas sobre o terreno, Dimensionamentoanálogo ao caso das curvas horizontais,

74


5.9 - Cruzetas

As cruzetas normais, com derivações de mesmo diâmetro e sem aexistência de válvulas de fechamento, não sofrem esforços que impliquemem escoramento.

Pode, no entanto, haver cruzetas de juntas elásticas, feitas em aço,com derivações de diâmetros diferentes.

Neste caso, os blocos de ancoragem são semelhantes aos dos tês ecurvas horizontais.

FIGURA - 36

CORTE A-A

~1~ 9=:::=~

E,. = 0,785 p(De: - Dei)

5.10 - Válvulas Fechadas. Caixas de Válvulas

Geralmente, todas as válvulas instaladas em uma tubulação, são colocadasdentro de caixas de válvulas, que funcionam, também, como blocos deancoragem, dimensionadas para resistir aos esforços solicitantes, devido àpressão interna na tubulação.

o formato, as dimensões e o peso da caixa são determinados para asmesmas condições de equilíbrio das curvas horizontais.

As válvulas deverão ser de preferência flangeadas, bem como as peçasde ligação, de modo que a ancoragem seja feita nas paredes da caixa, utilizando-se blocos de apoio e, quando necessário, reduções, luvas ou peças comflanges, embutidas nas paredes.

75

Ibrahim Lasmar Ancoragem de tubulações com junto elástico

A seguir, são apresentados alguns tipos mais comuns de caixas deválvulas, com as características dos esforços e das ancoragens.

Nos casos em que aparecem várias válvulas ou peças que necessitamancoragens, surgindo esforços em mais de uma direção e sentido, a ancoragemdeverá ser verificada para os esforços resultantes das forças atuantes, nas duas

direções.

Nos desenhos das caixas de válvulas, fazer sempre referência, se for ocaso, de que as mesmas também funcionam como blocos de ancoragem,justificando, assim, as dimensões aparentemente exageradas.

I - Válvula em trecho retilíneo

Neste caso, o esforço atuará quando a válvula estiver fechada

a) válvula no mesmo diâmetro do tubo

FIGURA - 37

E = 0,785 p(DN2)

E pode atuar nos dois sentidos, estando fechada, com a mesma pressãoou pressões diferentes nos dois lados

76


b) válvula de diâmetro menor que o da tubulação

FIGURA - 38

E = 0,785 p(DN2)

Neste caso, também pode-se usar uma extremidade BF como no casoanterior, deixando as duas reduções flangeadas livres dentro da caixa.

Em qualquer dos dois casos acima, a ancoragem está garantida, qualquerque seja o sentido do esforço.

Obs.: em ambos os casos acima mostrados, se for utilizada válvulacom bolsas, deverão ser utilizadas peças com bolsas embutidas nas duasparedes opostas ou, pelo menos, luvas, tubos ou tocos com bolsas apoiadasnas paredes:

FIGURA - 39

77

Ancoragem de tubulações com junto elástiCOIbrahim Lasmar

II _ Válvula em derivação (tê ou junção)

No caso de válvula flangeada, o esforço Eh atua no tê, estando a válvulaaberta; tudo se passa como sendo ancoragem de um tê horizontal. Com aválvula fechada, o esforço E" atua simultaneamente em sentidos opostos, notê e na válvula, equilibrando-se através do flange e parafusos. [0DeI

FIGURA - 40

Se a válvula for com bolsas, quando fechada, os esforços não seequilibram, haverá necessidade de um apoio na parede atravessada pela

derivação, como indicado no caso anterior.

No caso de junção, ancorar na parede da caixa, a componente na direção darede principal, com uso de peça apropriada (toco com flanges, luva, bolsa de tubo).

llI- Válvulas na derivação, com redução na rede principal

FIGURA - 41De2

1J;;U'-:t--A__=-=-H-::::;::-:1 DN~--+--+---'" --"

De,


E2 = 0,785 p(De~ - Dei)

IV - Válvulas na derivação e na rede principal

FIGURA - 42

EI = 0,785 p(DNI2)

E2 = 0,785 p(DNi)

V - Cruzeta com válvula na derivação

FIGURA - 43

..L 11---'" '1t--t-I_H~~lDN2

79

Ibrahim Lnsmar Ancoragem de tubulações com junta elóstica

A ancoragem pode ser feita usando tubos, embutidos no concretoou utilizando dois perfis I encostados no tubo principal e engastados nofundo da caixa.

No caso de válvulas nas duas derivações, repetir a ancoragem do outrolado da cruzeta.

NOTAS:

1 - Diversas outras combinações de peças podem aparecer, inclusivecom reduções e curvas, aplicando-se os critérios gerais mostrados nos itensanteriores.

2 - Verificar sempre a possibilidade de haver pressões nos dois lados daválvula fechada e, eventualmente, atuando apenas de um lado ou do outro.

3 - É necessário cuidado no emprego de juntas de desmontagem juntoàs válvulas, em instalações sujeitas a pressões elevadas. No caso de empregode juntas Gibault ou Dresser, há necessidade de ancoragem em ambos oslados, já que são juntas elásticas deslocáveis. Uma solução melhor é a l''':~;:,açãode juntas de desmontagem travadas axialmente ou juntas tipo Dresser/Hr r_

ness, estas para tubos de aço. Vários acidentes já ocorreram pelo usoinadequado de juntas Gibault ou Dresser em tubulações com água sob pressão.

***

80

Capítulo 6

ANCORAGENS ESPECIAIS

6. I - Tubulação Aérea

6.1.1 - Ancoragem

No caso de tubulações aéreas, apoiadas em pilaretes de concreto,aplicam-se os mesmos critérios e condições de equilíbrio mostradas no itemanterior, observando-se as seguintes situações:

a) Evitar curvas horizontais desenvolvidas, observando que qualquerdeflexão, por menor que seja, resulta em esforço horizontal, que terá que serequilibrado pelo pilarete, dimensionado como bloco de ancoragem.

b) A base de apoio da tubulação para curvas horizontais e espaciaisterá que ter altura suficiente para ficar enterrada, pelo menos, 20 em noterreno.

:) Para as deflexões verticais ao vazio, com pequenos esforços, aancoragem pode ser dispensada, desde que o peso do tubo com água, apoiadono pilarete, seja maior do que o empuxo vertical.

FIGURA - 44

Ev

81

Ibrahim Losmar Ancoragem de tubulações com junto elástico

q.L/2> r;

q: peso unitário tubo + água

6.1.2 - Apoios

Apesar de não se tratar especificamente de ancoragens, achamosinteressante incluir neste item, alguns critérios a serem observados nainstalação de tubulação aérea, com junta elástica.

Se forem utilizados pilaretes simples, apoiando apenas a bolsa, comomostrado no croquis do subi tem anterior, podem ocorrer os seguintes casos:

a) Pequena altura entre o tubo e o solo: se ocorrer rutura de um tubopróximo à ponta (tubo 1), quando este atingir o solo, a deflexão causada nabolsa pode ser pequena, não desembolsando o tubo 2 seguinte. Ver figura

45a.

b) Pequena altura entre o tubo e o solo: se ocorrer rutura mais próximoda bolsa, quando a ponta rompida do tubo 1 atingir o solo, a deflexão nabolsa pode ser tal que faça desembolsar o tubo 2, seguinte, mas semdesembolsar o tubo 3. Ver figura 45b.

c) Nos casos de grande altura entre tubos e solo, a rutura em qualquerposição de um tubo pode ocasionar grande deflexão na bolsa, ~esembol~andoo tubo 2 seguinte que, ao cair, desembolsa o tubo 3 e assim por diante,sucessivamente, produzindo o fenômeno denominado" efeito dominó".

FIGURA - 45

lt~~::tt~~L::rt(o)

lE%'~2:~~ll~jt(b)

R7

Ibrahim Losmar Capítulo 6 - Ancoragens Especiais

A solução mais usada para evitar esse problema é fazer-se um apoioduplo, em forma de "U", com uma perna apoiando a bolsa e a outra apoiandoa ponta do tubo seguinte.

FIGURA - 46

Uma solução alternativa é a utilização de pilare te simples junto à bolsa,mas com o tubo preso no pilarete através de alça metálica e chumbadorescapazes de resistir a uma força de arrancamento no mínimo igual ao peso deum tubo com água. A braçadeira deverá ficar ligeiramente frouxa, para permi tiro deslocamento dos tubos, por efeito da dilatação térmica.

Essa solução é a mesma utilizada para evitar deslizamentos de tubulaçõesaéreas instaladas em terrenos com grande declive e mesmo para tubosenterrados, se o ângulo do declive for superior ao ângulo de atrito entretubo e o solo.

FIGURA - 47

83

Ibrahim LasmarAncoragem de tubulações com junta elástica

6.2 - Ancoragem por Envelopamento

Em situações onde não haja espaço útil para blocos de ancoragemtradicionais, como saída de elevatória ou junto a construções, pode-se utilizarblocos envolvendo a tubulação, dimensionados para equilibrar a força F,horizontal ou inclinada, com respectivas componentes. A força de atritoentre o tubo e o concreto deve ser suficiente para evitar que aquele deslizedentro do bloco (dimensionamento como curva horizontal).

a) Saída de elevatória (ou transição de tubo flangeado para junta elástica)

FIGURA - 48

BLOCO

"-I11--+-- -+IIL-J---"=tDe

Alternativa para eliminar o bloco ver - item 6.3.

b) Caso geral

FIGURA - 49

F = 0,785 p(De2)

Ibrahim Lasmar Capítulo 6 -Ancoragens Especiais

6.3 - Emprego de Tubos de Aço

Uma solução mais econômica do que a do caso anterior, principalmenten~ ~aso de grandes pressões e esforços, é o emprego de tubos de aço soldado,utilizando como esforço resistente o atrito do tubo de aço com o terreno.

FIGURA - 50

TUBOS E CURVA DE AÇO SOLDADO

EPF (Extremidade Ponta Flange)

Fa ~ 1,5F 1,5 = coeficiente de segurança

1l De. L. (J'a ~ 1l/4 P De2 x 1,5

L~37,5 p. De{}a

p : pressão, em daNlcm2

De : diâmetro externo, em em~ : tensão de aderência aço/solo, em daN/~L : em metros

valores aproximados:

solo

argila moleargila médiaargila rijaareia soltaareia dura

1.250 a 2.3002.300 a 3.5003.500 a 3.6001.250 a 3.5003.500 a 5.000

85

Ibrahim wsmarAncoragem de tubulações com junto elástico

Se se desejar uma maior garantia de segurança, pode-se realizar o reaterro

com solo/cimento.

Outra alternativa é soldar placas de aço contornando o tubo em diversospontos, contando com a resistência passiva do terreno.

Observe-se que esta solução não pode ser adotada onde hajaprobabilidade de escavação e remoção do reaterro junto ao tubo, para a

execução de outras obras de infra-estrutura.

6.4 - Ancoragem de Tubulações em Declive

Uma tubulação enterrada, assentada em declive acentuado poderádeslizar, caso a componente do peso do tubo, paralela ao mesmo, seja maior

que o atrito entre o tubo e o solo.

Para evitar o escorregamento dos tubos, deve-se prever, se necessário,blocos de ancoragem colocados atrás das bolsas, sendo estas últimas orientadas

para o ponto alto da canalização.

ABRAÇADEIRACHUMBADANO BLOCO

~PBFa

L: comprimento do tuboPT: peso do tubo com águaa: inclinação do tubo/terrenoqJ, : ângulo de atrito tubo/solo

F = PT sena

N = PT cosa

Ibrahim Lasmar Capítulo 6 . Ancoragens Especiais

Condição de equilíbrio:

r, "? F

PT tg tp, cos a "? PT sen a

sen a ~ tg((l, cos a (1)

Condição para que o tubo não deslize no terreno.

=: essa condição não ocorra, haverá um empuxo resultante que deveráser equilibrado pelo bloco de ancoragem:

E=F-F a

Esta resultante se decompõe em:

E" = Esena

E" = Ecosa

(. O bloco será dimensionado analogamente à curva vertical ao terrenoItem 5.3.1)

v> 1,5E"tgtp , r.

E" +PT E___ :...+_a

Yc Yc

P d .1 o em os citar como exemplo característico o dos tubos de ferro dúctil:nv~ tos em folhas de polietileno, caso em que o coeficiente de atrito entre

tu o e o solo é da ordem de 0,25:

------------------------87

Ibrahim LosmarAncoragem de tubulações com junta elóstica

tgqJt = 0,25

Neste exemplo, a equação (1) mostra que o equilíbrio égarantido até inclinação do terreno em torno de 14 o ou 0,25 mim.

No caso particular de tubos aéreos em terrenos inclinados, a força que

tenderá fazer o tubo deslizar será:

Neste caso, o equilíbrio terá que ser garantido apenas ~el.os blocos deancoragem, dimensionados de forma análoga às curvas verticais ao terreno

(item 5.3.1), sendo:

***

Capítulo 7

TUBOS SOLDADOS OU FLANGELADOS

Nas tubulações contínuas, unidas por soldagem ou flangeadas, asancoragens das conexões podem ser dispensadas, desde que os tubos sejamdimensionados de modo a absorver os esforços pela resistência à tração dospróprios tubos. E o caso dos tubos de aço soldado, polietileno de altadensidade (PEAD), ferro dúctil ou PVC flangeados.

o problema não é tão simples, como pode parecer à primeira vista,pois as paredes dos tubos estarão sujeitas simultaneamente às tensões detração radial (devida à pressão interna) e longitudinal (devida aos empuxosnas extremidades do trecho).

Todos os tubos têm as suas paredes dimensionadas para resistir à pressãointerna, cuja tensão radial é dada pela expressão:

ar = P D/2e, onde:

(J : tensão radial, em daNlcm2r

p : pressão interna, em daNlcm2

D : diâmetro, em mme : espessura das paredes, em mm

A partir da tensão admissível do material, determina-se a espessura dasparedes do tubo, em função do diâmetro e da pressão interna. Essa espessurapoderá, algumas vezes, ser aumentada, em função da pressão de colapso,devida a subpressões ou cargas externas.

Deveremos considerar dois casos, a saber:

7.1 - Tubulação de Diâmetro Constante

Consideremos uma tubulação com duas curvas nas extremidades,sujeitas a força de pressão:

89

Ibrahim Lnsmar Ancoragem de tubulações com junta e/óstica

FIGURA - 52,e

F =pA.

F = p. 1[/4. Di2

As duas forças F, agindo em sentidos contrários,se equilibram,exercendo tração nas paredes do tubo, resultando na seguinte tensão de tração:

Far - 1[/4(De2 _ Di2)

P .1[/4. Di2a - ----=-----r---'------~r - n/4(De2 _ Di2)

p. Di2

De2 - Di2

sendo De = Di + 2e e desenvolvendo,

p. Di2a = -=-,------,vem: r 4e(Di + e )

sendo e < < Di' adotamos por segurança:

ar p. Di = ar4e 2

A tensão combinada será:

a = ta2 + a2'V r r

a = 1,12ar ~ aadm

ar =ü,87aadm

90

Ibrahim Lasmar Capítulo 7 - Tubos Soldados ou Flangelados

Em resumo, basta dimensionar a tubulação para pressão interna,adotando-se uma tensão de tração do material da ordem de 90% da tensãoadmissível, ou uma espessura 12% maior do que a calculada com a tensãoadmissível:

e ;? _1,_12---=--p_D_io.;

Quanto aos tubos flangeados, observe-se que, geralmente, eles jápossuem espessuras maiores do que as de suas classes de pressão e que osflanges e parafusos são dimensionados para resistir às respectivas classes depressão.

Os estudos apresentados acima são aplicáveis em todo trecho detubulação retilínea, de mesmo diâmetro, sujeita a esforços em suasextremidades (curvas, tês, extremidades fechadas, válvulas fechadas).

7.2 - Tubulação com Variação de Diâmetro

Problema especial, porém, ocorre no caso da existência de trechoretilíneo com variação de diâmetro, através de redução, mesmo sendo soldada.

FIGURA - 53

ej F2 ,e2 F3 F4

~~D2~~

FI = 1[/4. P DI2

F2 = 1[/4. P (D12 - D;)

91

Ibrahim Lasmar Ancoragem de tubulações com junta elástico

F3 = rc/4. p D~

A força de tração que vai atuar nas paredes do tubo, em todo o trechoé igual a Fj. Teremos os seguintes resultados:

- Trecho de diâmetro D j

(1)

Dimensionamento idêntico ao caso anterior.

- Trecho de diâmetro D2

a, pDI2 pDI24e2 (D2 + e2) = 4D2e2

As expressões acima mostram que a tensão de tração longitudinal ((J/)é bem maior do que a metade da tensão radial (o), que acontece no casoanterior e depende da relação entre os diâmetros.

Relacionando as duas tensões, teremos:

92

Ibrahim Lasmar Capítulo 7 - Tubos Soldados ou Flangelados

(J = ~(J (~J2r 2 r D

2

Tensão resultante:

resulta:

(J = a,

fazendo k=

(2)

As espessuras dos dois trechos são calculadas pelas equações (1) e (2).

Para DI = D2 ~ k = 1,12

Exemplo:

93

IbrahimLasmar Ancoragem de tubulações com junta elóstica

8.1 - Curvas Horizontais ao Declive (item 5.2.1, Rgura 17)

e1

=112 pDl Capítulo 8, 20"adlll

e2? k pD2 = 2,24 pD2 = e

1EXEMPLOS DE CÁLCULO

20" adm 20" adm

a E, V.i• Dtmmsões(cni) V PB M E(o) (daN) (rn") A B H (m') (daN) daN.m (m) (J

90 25152 27,7 620 300 150 279 66960 17606 0,26 0,5445 13612 15,0 500 250 120 15,0 36000 9528 0,26 0,4720 til?? 8 340 200 100 6,8 16320 4324 0,26 0,44

94 95

Observe-se que, neste caso, de DJ igual ao dobro de D2' a espessura dachapa para o tubo de menor diâmetro terá que ser a mesma calculada para o

de maior diâmetro.

7.3 - Extremidade

No caso de extremidades fechadas, com flanges, chapas planas ou calotas,as mesmas deverão ser dimensionadas para resistir aos esforços que nelas

atuam.

***

Considerando um tubo de ferro dúctil, DN 500 mm, De = 53,2cm,pressão de cálculo 8 daN/cm2, sem empuxo de água.

E" = 1,S71 P, De2 sena/2 = 3S.S70sena/2

ângulo de atrito rp = 30° ~ rp' (ver item 3.1)

F a= kN ?l,SEr

k = tg 30° = O,S77

N = peso do blocos, em m3

0,S77 PB

?l,SE --7 V ? 1,SE"r 0,S77 . 2400 (item 4.1)

V ? 0,0011 E"

M =E".h

h = h, + 0,20 + De/2 = 0,70 rn (ver Fig. 19, item 5.2.2)

H 1 = O,SO rn :altura do aterro sobre o bloco

Considerando 3 valores diferentes para o ângulo da curva, obtém-se osresultados do quadro abaixo:


8.2 - Curvas Horizontais ao Aclive (item 5.2.2)

Consideramos o caso da curva de 90° do quadro acima com:

E" = 25.152 daNH = 150 emB = 300 cmH = 0,50 m (altura do aterro sobre o bloco)

J

E = Oa

a) Utilizando a resistência passiva do terreno, com q[ = 0,40 daN/cm2

(Figura 19, item 5.2.2)

v ~ 1,5E" - q/ . BH = 14,25m3

0,577.2400

F = q xBH = 18000 daNp /

donde: A = 3,20 m, V = 14,4 m3 e N = 34.560 daN

_ E" . h - Fp • H/2 = 17606-13500 =- 0,12m < A/6e - N 34560

(;'J = 0,53 e (;'2 = 0,37

b) Utilizando o empuxo passivo do terreno (Figura 21, item 5.2.2):

mesma curva do caso anterior

hJ = 0,50 mh2 = 2,00 mB = 300 cmH= 150cm({J' = 30°Y,= 1.800 daN/m3

Ibrahim Lasmar Capítulo 8 -Exemplos de Cólculo

p = 1800 h [tg(45 + 15)]2= 5400 h daN/m2

PJ = 2700 daN/m2P2 = 10800 daN/m2

F = 30375 daNp

F F_P+_a~E2 15 h,

Fa ~ 1,5(25152 -15187) = 14.947 daN/m2

tgtp . PB ~ 14947~ V ~ 10,8m3

donde: A = 2,40 m, V = 10,80 m", N = 25.920 daN

y = 0,60

E" .h-Fp' y 17606-18225e = = =-002m

N 25920 '

Neste exemplo, como o momento de F é maior do que o momentop

de Eh, o equilíbrio ao tombamento está garantido, independendo do pesodo bloco.

8.3 - Curvas Verticais ao Terreno (item 5.3.1 figo22)

Sejam: DN = 500 mm, ferro dúctil, 100 daN/mDe= 532 mmP, = 8 daN/cm2

I, = 0,052412= 0,2500HJ = 1,00 m

aJ = 3,00°a = 14,040

2(altura do aterro sobre o bloco)

97

Ibrahim /.asmar Ancoragem de tubulações com junta elástico

a=-1l,04°-7 E, = 3420 daN

fJ = -81,48°

E; = -3380 (sentido para baixo)

JEv J = 3380 daN

Considerando 1m de tubo, PT", 296 daN

v ~ 1,5X 506 _ 3676 = -0,980,577 . 2400 2400

Tanto o valor encontrado para f3 como para V,mostra que o equilíbrioao deslizamento independe do volume do bloco.

Adotando A", 1,00 m, B", 0,80 m, h", 0,50 m, h , '" 0,20 m,E", 0,20 m, verificam-se as taxas de carga sobre o terreno ..

V", 0,208 m" -7 PB '" 500 daN

N '" 4175 daN

e = 506 x 0,50 = 0,06 m4175

(J2 '" 0,51 daN/cm2

Obs.: Valores menores da base (A x B) conduziriam a tensões superioresa I daN/cm2•

98

Ibrahim /.asmar Capítulo 8 - Exemplos de Cálculo

8.4 - Curva vertical ao vazio (item 5.3.2 figo23)

Sejam: DN", 500 mm, ferro dúctilr= 8 daN/cm2

11",0,2500

12",0,0524E", 3420 daNrH

1", 1,00 m

f3 '" 98,52 °

a '" 14,04°1

a2", 3,00°

resulta: Eh'" 506 daNE", 3380vPT", 294 daN

V~ 1,5x506 +3380-294=184m3

0,577 . 2400 2400 '

Adotando A", 2,40 m, B", 1,20 m, H", 0,80 m, h1 '" 0,60 m,h '" 1,00 m, E", 0,20 mV", 1,92 m" -7 PB '" 4608 daNN", 1522 daN

M = 506x1,00 daN.me'" 0,33(J1'" 0,28 dal-I/em", (J2 '" 0,19 daN/cm2

8.5 - Curvas Espaciaisao Vazio e ao Declive(item 5.4.2 figo25 e 26)

Sejam dados: DN", 500 mm, ferro dúctilDe '" 53,2 emE '" 1800 daNv

E" '" 2500 daNP

T'" 300 daN (1 m de tubo com água)

E '" °a

99

Ibrahim LasmarAncoragem de tubulações com junto elástico

H = 0,50 mep; = 250 (ângulo de atrito do solo)

F = kN = tgrp' N = 0,466 Na

> 1,5X 2500 + 1800 - 300 = 3,98 rn3

V - 0,466 .2400 2400

Adotando A= 2,60 m, C = 100 em, Z = 45 cm , h] = 40 em,H = 130 em (mínimo)

Resulta B = 1,10 com V = 4,16 m",

h = 0,41 + 0,20 + 0,532/2 = 0,866 rn

P = 8923 daN]

P = 1056 daN2

N = 8479 daNR = 8840 daN

x = 1,21 m

M = 2500xO,866 = 2165 daN / rn

e] = 0,26

A+CX -e <--I I 3 (R fora do 113 médio da base)

Fazendo A = 3,40 m, B = 1,20 m, mantendo as demais dimensões

V = 5,78 m3

P = 12730]

P = 11502

N = 12380e]=0,17mx = 1,64

100

Ibrahim Lasmar Capítulo 8 - Exemplos de Cálculo

L = A + C = 4,40 m

A+CX -e >--I I 3

e = 0,73 m(J' = 0,23 daN/cm2,m(J'] = 0,56 daN/cm2,

ok

(J'2 = 0,09 daN/cm2

8.6 - Redução Horizontal (item 5.5.1 figo 29)

Sejam: tubos de ferro dúctil K-7, com:DN] = 500 mm, De] = 532 mmDN2 = 350 mm, De2 = 378 mmP, = 100 mca = 9,81 daN/cm2

ep' = 30°E = 10790 daN (item 2.4, Fig. 9)Pr = 600 daN (2,5 m de tubo)V= 11,44 m '

Adotando A = 5,60 mB = 2,50 mD = 20 em

h = 130 emh] = 80 em

V = 11,67 m"

N = 28600 daN, (J' = 0,20 daN/cm2m

M = 14027

e = 0,49 m

(J'2 = 0,10 para H] = O

101


8.7 - Junção a 45° (fig. 35, item 5.8)

Seja uma junção DN 300 mm (De: 326 mrn), sujeita à pressãoP," 6,1 dal-I/em!

E: 5100 daNÉ : E : 3606 daN

/ 2P

T: 240 daN

V: 5,52 m3

Dimensões adotadas A : 2,80 mB: 2,20 mH:l,OOmV: 5,62 m3

a: 1,80b: 1,50h: 0,25 + 0,20 + 0,16: 0,61 m

FIGURA- 54

JJJ 2.20"><-----1~

P : 10080 daN/

P : 3440 daN2

N: 13760 daN

M = s, xhM = 5100xO,61 = 3110 -7 e: 0,23

L: 2,35 m(J/ : 0,35 (J2 : 0,09

102

Ibrahim LasmarCapítulo 8 - Exemplos de Cólculo

8.8 - Caixas de Válvulas (item 5. 10, figo40)

Considerando o caso de uma válvula DN200 rnrn, (De: 22,2 em),em uma derivação a 90° de uma tubulação DN ~ 200 mrn, pressão 144mca:

Pc: 14,13 daN/cm2

E: 5466 daNV ~ 5,92 m3 (desprezando o peso do tubo)

Teremos uma caixa com as dimensões da figo 55, já considerando ascotas do terreno e da GI:

V: 6,38 rn"N: 15310 daNM : 5466 ' 0,70 : 3826 daN":" 0,25

e = 1,275 - (x - el) = 0,40

(JI: 0,65 daN/cm2(J2 : 0,02 daN/cm2

FIGURA- 55

AE

0.'30

(,::j:tlp-.;::::t1l=a°"''' à!1.20

---")30

1'-~-_-_-_--,-1-._1-0~~~~~~~~~~~~~-Lla--'.:--

PLANTA -=ªi'1L·B6 E ~::.:lI~>-q":::E:EoN2~:r

'-----;-~.....:...:.T_-------.J 0.30l x=1.13 .I- -- ••••••

CORTE

10,

Ibrohim Lasmar Capítulo 9 - Documentação Fotográfico

Capítulo 9

DOCUMENTAÇÃO FOTOGRÁFICA

Foto n. ° 3 - Curva horizontal 22° 30', DN 500 mm, pressão I 10 mca.

Foto n.? I - Deflexão horizontal 6°, DN 500 mm, com luva,pressão 120 mca.

Foto ,'1.0 4 - Curva horizontal 45°, DN 400 mm, e deflexões compilaretes reforçados, pressão 135 mca.

Foto n. ° 2 - Deflexão horizontal 8°, DN 500 mm, com luva e JE,pressão 130 mca.

105

Ibrahim Losmar Ancoragem de tubulações com junta elóstica

Foto n.? 5 - Curva espacial ao terreno, DN 300 mm, pressão 140 mca.

106

Ibrahim Losmar Capítulo 9 - Documentaçõo Fotogrófica

Foto n.o 6 - Curvas horizontais, linha de recalque DN 250 mm,curva 35°; linha de gravidade, DN 400 mm, curva 11° 15',

pressão 180 mca.

107

Ibrohim LnsmarAncoragem de tubulações com Junto elóstica

Foto n.? 7 - De~exão horizontal, trecho aéreo, DN 400 mm,pressão 90 mca, pilarete com reforço.

10R

Ibrohim Lasmar Capítulo 9 - Documentação Fotogrófico

Foto n.° 8 - Curva vertical ao vazio, I 1° 15', DN 500 mm,pressão 115 mca.

Foto n.° 9 - Caixa de ventosa funcionando, também, como ancoragemde curva vertical ao vazio, 10°, DN 500 mm, pressão 95 mca.

109

Ibrahim Lnsmar Ancoragem de tubulações com junta elóstica

Foto n.° 10- Caixa de ventosa em curva vertical ao vazio, 16°,DN 500 mm, construída de tamanho menor que o projeto, colapsou,

exigindo bloco de reforço adjacente, pressão 140 mca. (ver ítem 11.4)

110

Ibrahim Lnsmar Capítulo 9 - Documentação Fotogrófica

Foto n.o 11 - Trecho aéreo sobre pilaretes, com alçasmetálicas de ancoragem, DN 500 mm.

111


Foto n.° 12 - Trecho aéreo, recalque DN 250 mm, gravidade DN 400 mm.

Foto n.o 13 - Saída de travessia em ponte com tubos ffangeados,transição para tubos junta elástica após curva 45°,

DN 500 mm, pressão 120 mca.

112

Ibrohim Lasmar Capítulo 9 - Documentaçõo Fotogrófico

Foto n.° 14 - Saída de travessia de ponte com tubos de aço soldado,transição para tubos junta elástica após curva 45°,

DN 500 mm, pressão I 10 mca.

113

Capítulo 10

RECOMENDAÇÕES PARA PROJETOS DE

ADUTORAS

Tendo sido encontradas, em diversos projetos de adutoras, situaçõesque dificultam e oneram as obras de ancoragem e, até mesmo, podem conduzira situações de risco, o Autor decidiu apresentar algumas recomendações aserem observadas na elaboração dos referidos projetos.

a) Nunca utilizar peças de juntas elásticas, inclusive juntas dedesmontagem tipo Gibault ou Dresser, em instalações sujeitas a pressõeselevadas, como barriletes de recalque e saídas de Estações Elevatórias.

Dar preferência sempre a tubos flangeados ou soldados, juntas rígidas,travadas axialmente, Dresser-Harness ou outras do mesmo tipo (ver itens6.2, 11.2, 11.9)

b) Abrandar, sempre que possível, as deflexões horizontais, dentro dafaixa de terreno destinada à locação da tubulação, reduzindo os empuxos erespectivas ancoragens.

c) Mesma recomendação para as curvas verticais, principalmente aquelasao vazio (concavidade para baixo), mesmo que isto acarrete maioresmovimentos de terra.

d) Evitar, se possível, curvas verticais com concavidades para baixoem pontos onde haja necessidade de curvas horizontais sujeitas a ancoragem- situação que conduz a blocos de ancoragem bem mais complicados (veritens 5.4 e 8.5).

e) Não utilizar curvas desenvolvidas em trechos aéreos, apoiados empilaretes, mesmo com deflexões permitidas nas juntas elásticas. Apesar deserem pequenos os empuxos horizontais nas deflexões, o momento resultanteem relação à base do pilarete pode fazê-lo tombar. Se houver necessidade dedeflexão horizontal, é preferível utilizar uma única peça e dimensionar opilarete como bloco de ancoragem (ver item 9, fotos nvs 4 e 7 e item 11.5)

114

Ibrohim Losmar Capítulo 10 - Recomendações paro Projetos de Adutoros

f) Nunca colocar em carga trecho em curva desenvolvida que devaficar enterrada, antes de realizar e compactar o reaterro, pois isto podeocasionar o deslocamento das juntas (ver item 11.6).

g) Nunca localizar ventosas ou descargas em pontos onde existam curvashorizontais que necessitem de ancoragem, pois as dimensões e forma dobloco podem interferir com a exata posição da ventosa ou descarga e respectivacaixa protetora. Além do mais, sendo definidos os locais das curvashorizontais, é mais fácil deslocar pontos de ventosa e de descarga, no perfilda adutora, mesmo com pequenos acréscimos de movimento de terra.

h) Utilizar, se necessário, caixas de ventosas para equilibrarem empuxosem curvas verticais ao vazio, mesmo que seja necessário aumentar dimensõese peso das caixas. Nos desenhos das caixas de ventosas informar sempre queelas funcionam também como blocos de ancoragem (ver item 9, foto n? 10e item 11.4)

i) Evitar, sempre que possível, tubulações com inclinações superioresa 20% em trechos aéreos ou a 25% em trechos enterrados, que exigemancoragens espeCIaIs.

j) Evitar, ao máximo, locar curvas horizontais que necessitemancoragens em trechos com inclinações referidas na alínea anterior, caso emque o bloco de ancoragem se torna bastante complexo, com dupla finalidade:equilibrar o empuxo horizontal e evitar o escorregamento da tubulação.

k) Evitar curvas horizontais com o vértice muito próximo de rodoviasou quaisquer construções, situação que pode inviabilizar a construção dasancoragens necessárias.

1) Não projetar trechos aéreos nas mesmas situações da alínea ante-nor.

***

115

CAPíTULO I I

ACIDENTES OCORRIDOS OU EVITADOS

11. 1 - Apenas o engenheiro sofreu fratura em uma daspernas.

Em 1970, participamos do projeto de um sistema de abasteci~entode água para uma cidade do Estado do Rio de Janeiro, com ~ captaçao emum rio e, anexa, uma estação elevatória de água bruta, dispondo de 3conjuntos de bombeamento, capacidade unitária 200 I/s, sendo um de reserva.

A partir da elevatória, seguia uma linha ,de recal~ue em ferro dútil,diâmetro GOOmm, que subia uma encosta ate a Esração de Trata~ento,localizada em um platô, cerca de 70m acima da captaçã~ . No. trajeto dalinha de recalque, havia duas espécies de plataformas horizontais, uma deuma ferrovia e a outra de uma rodovia.

Para que a tubulação passasse sob cada uma da~uelas vias, for.amprojetadas duas curvas de 45°, a primeira na chegada à pIsta, curva vert~calao vazio (ernpuxo para cima) e a segunda, na saída da pista, curva verticalao terreno (empuxo para baixo).

Na passagem sob a ferrovia, para combater o empuxo para cima, nacurva de 450, foi projetado um bloco de ancoragem com cerca de 10m3 de

volume.

A inauguração do sistema estava programada para ~m sá~ado: co~ apresença de autoridades estaduais e munici~ais. Na qUInta-feIra: a ~olte,recebemos um telefonema, solicitando nossa Ida ao local, com urgenCla, emvirtude de ter ocorrido um acidente sério.

Chegando na cidade, nas primeiras horas de sexta-feira, ficamos sabendoque, na pressa de concluir as obras e tendo faltado uma curva de 45°, aempreiteira colocara uma curva de 90°, justamente naquela de empuxo paracima, na chegada à ferrovia, mantendo o mesmo volume do bloco de con-

116

Ibrohim Losmar Capítulo I I - Acidentes Ocorridos ou Evitados

ereto, sem atinar que o empuxo estaria aumentado de 85%. No final daquinta-feira, estando os operários, orientados pelo engenheiro da empreiteira,completando o aterro e a limpeza junto ao bloco, o pessoal da operaçãoligou uma das bombas da elevatória de água bruta, pretendendo encher aETA, fazer os testes de operação na sexta-feira e inauguração do sistema nosábado, já para atender à cidade. Imediatamente, o engenheiro da obraobservando que o bloco começou a tremer, mandou que um operário fossecorrendo, mandando desligar a bomba; ato continuo, voaram o bloco, aferrovia e os trabalhadores que estavam em volta; por sorte, além de operárioscom escoriações generalizadas, apenas o engenheiro sofreu fratura em umadas pernas.

Durante a noite, a linha de recalque foi recolocada no lugar, com amesma curva de 90° e o pessoal da ferrovia estava providenciando suarecomposição.

Verificado o problema, dimensionamos outro bloco, com cerca de20m3

, que foi executado durante a sexta-feira, com acelerador de pega. Nosábado, por volta de meio-dia, o sistema foi inaugurado, com a entrada emoperação da estação elevatória de água bruta e iniciado o enchimento daEstação de Tratamento.

11.2 - Três parafusos para evitar um acidente.

Há cerca de 20 anos, o engenheiro que estava fiscalizando a implantaçãode uma estação elevatória de água, em uma cidade próxima do Rio de Janeiro,solicitou-nos acornpanhã-lo em uma visita à obra e dar parecer técnico sobrea instalação, já que o mesmo tinha receio de ocorrer algum acidente, quandoda inauguração, que estava próxima.

Comparecendo ao local, verificamos que se tratava de uma estaçãoelevatória, com três conjuntos de bombeamento, pressão da ordem de GOmca.A instalação consistia em um barrilete de sucção e outro de recalque,interligados pelos ramais contendo as bombas, com as seguintes peças, emordem: tê de saída do barrilete de sucção, uma junta Gibault, a bomba,uma válvula de retenção com flanges, outra junta Gibault, uma válvula degaveta com flanges, o tê de ligação ao barrilete de recalque.

117

Ibrahim LasmarAncoragem de tubulações com junta elóstico

Imediatamente informamos ao engenheiro que as juntas Gibault dosramais de recalque não suportariam os empuxos resultantes d~ pressão, :u.andoas bombas fossem postas em operação, por se tratarem de Juntas elásticas.

Para solucionar o problema que era urgente, sugerimos serem as juntasGibault atirantadas, instalando-se parafusos de aço presos em orelhas de açoadaptadas nos flanges opostos da válvula de ret~n.ção e da válvula de ga~eta.Dimensionamos três parafusos capazes de resistir aos esforços de traçao eque foram instalados em cada ramal de de.scarga, tr.anspassando as juntasGibault, ficando resolvido o problema e evitando acidente que certamente

ocorrena.

I 1.3 - Travessia estrangeira não resiste.

Em 1988/89, participamos do projeto de uma adutora por gravidade,em outro país, em tubos de ferro dútil, diâmetro 800mm, sujeita a pressões

de até 400mca.

Em determinado trecho da adutora, havia uma travessia aérea sobreum talvegue, para a qual uma empresa européia, especializada, dimensionoue projetou uma espécie de ponte, em treliça met~lica, para sustentar a ~d~tora.No referido projeto, certamente foram considerados o peso propno daestrutura, o peso da tubulação com água e a flecha máxima admissível no

meio da travessia.

Ocorreu, porém, que, quando posta a tubulação em carga, sob pressão,a flecha sofrida pela estrutura ocasionou uma deflexão na junta elástica emum ponto da tubulação próximo ao centro da travessia, o que resultou ~mum empuxo vertical, sentido para baixo, atuando sobre a estrutura da treliça.Esta força concentrada, aumentou a flecha, que, por sua vez acarretou aumentona deflexão na junta elástica, com o conseqüente aumento do empuxoconcentrado, novo aumento da flecha e assim sucessivamente, até que aestrutura não suportou a flecha excessiva e desabou, levando consigo a

tubulação.

Verificou-se assim um fenômeno de efeitos sucessivos, que raramentese poderia prever, mas que chama a atenção para todo o cuidado que se deveter, no dimensionamento e projeto de uma estrutura aérea para sustentartubulação com junta elástica funcionando sob pressão.

11 ~

Ibrahim Lasmar Capítulo Ii - Acidentes Ocorridos ou Evitados

Para se ter uma idéia mais precisa sobre o fenômeno, apresentamos oseguinte exemplo:

Seja uma travessia aérea, vão de 10m, construída em treliças ou vigasde aço, para suportar uma tubulação com junta elástica, diâmetro 800mm,sujeita a uma pressão de 100mca, peso tubo mais água de 718kg/m.Considerando uma flecha admissível de 3,33cm (1/300 de vão livre), aestrutura deveria ter um momento de inércia de 13.370cm4. A referidaflecha ocasiona uma deflexão de 0,760 no meio da travessia (inferior aos 2°admissíveis para junta elástica DN800mm). Aquela deflexão resulta em umempuxo de 738daN no meio da travessia, que aumenta a flecha em 0,55cm,a deflexão na junta passa a 0,89°, o empuxo vertical aumenta para 864daNe, assim, sucessivamente.

Neste exemplo, para que a flecha não venha a ultrapassar o seu valoradmissível, o momento de inércia da estrutura de apoio deveria ser aumentadoem, pelo menos, 18%.

I I .4 - Caixas de ventosas também funcionam comoblocos de ancoragem!!!

Em 1996/97 trabalhamos no projeto de um sistema adutor para umestado nordestino, inclusive no dimensionamento e projeto das ancoragens,caixas de ventosas e de descarga. Terminada a implantação do 1° Trecho dosistema, extensão 27,5km, diâmetro 500mm, pressão de até 150mca, fomossolicitados a orientar e acompanhar a operação de enchimento e testes.Acionada uma das bombas da estação elevatória de água tratada e quando oenchimento da adutora já havia atingido cerca de 24km, fomos solicitados asuspender o bombeamento, pois uma caixa de ventosa tinha sido lançadapara o ar, com um bom trecho da adutora.

Analisando o problema, verificamos que naquele ponto ( curva verti-cal ao vazio), o empuxo para cima era da ordem de 8000daN e que a caixade ventosa tinha sido projetada com peso suficiente para equilibrar aqueleempuxo. Durante a obra, porém, tanto a empreiteira como a fiscalizaçãoacharam que a caixa estava exageradamente grande e sem qualquer consultaao projetista, colocaram uma caixa de apenas 1500daN, prémoldada. Foi osuficiente para ocorrer o acidente.

119

Ibrahim Losmar Ancoragem de tubulações com junta elástica

Para uma solução rápida do problema, admitimos utilizar uma caixade ventosas igual á destruída, mas com contrapeso formado por uma tampapesada e um bloco de concreto sobre a tubulação, junto a caixa, Esta soluçãoestá mostrada na Foto na 10, do capítulo anterior.

Para evitar problema semelhante, verificamos todas as outras caixas deventosas e, em algumas tivemos que colocar sobrecarga.

A partir dessa ocasião, em todos os projetos de que participamos,fazemos questão de colocar nota nos desenhos, alertando que as caixas deventosas também funcionam como blocos de ancoragem.

I I .5 - Tubulação aérea vai ao chão.

Na mesma obra referida no item anterior, solucionado o problema dascaixas de ventosas, prosseguiu-se o enchimento da adutora, quando ocorreuoutro acidente, de menores proporções. Em um trecho da adutora, quedeveria ser enterrado, tinha sido projetada uma curva desenvolvida, utilizando-se as deflexões admitidas pela tubulação, solução esta que só pode ser admitidaem trechos enterrados.

Ocorreu que, em um trecho da curva desenvolvida, tendo sidoencontrado um terreno muito duro, preferiu-se fazer o trecho aéreo, apoiadosobre pilaretes prémoldados de concreto. Resultado: em uma das deflexõeshorizontais, apesar do empuxo ser pequeno, o momento resultante devidoao braço de alavanca entre o eixo do tubo e a base do pilarete, provocou otombamento do pilarete e da adutora.

Como solução, recolocada a adutora sobre o pilarete, o mesmo foireforçado, transformado em bloco de ancoragem de curva horizontal.

Percorrendo o restante da adutora, encontramos outras situaçõessemelhantes, cujos pilaretes também foram reforçados, conforme mostradonas fotos 4 e 7 do item anterior.

I I .6 - Esqueceram de reaterrar a vala.

Algum tempo depois, quando da inauguração de uma subadutora do

1'J()

Ibrahim Losmar Capítulo I I - Acidentes Ocorridos ou Evitados

sistema referido nos dois itens anteriores, diâmetro 100mm, verificamosque, em um trecho de curva desenvolvida, que deveria ser enterrada, atubulação foi posta em carga, antes do reaterro e compactação da vala.

Resultado: todas as deflexões nas juntas dos tubos se deslocaram, ficandoo trecho em zig-zag e vazando nas juntas.

Esvaziando o trecho, refeita a curva desenvolvida, reaterrada ecompactada a vala, o problema ficou resolvido.

A partir dessa época, em outras adutoras de cujo projeto eacompanhamento participamos, não ocorreu mais nenhum problema, poistanto os fiscais, engenheiros de obra e operários especializados foram alertadose solicitam revisões de projetos de ancoragens, quando há necessidade dequalquer modificação no traçado em planta e perfil da tubulação.

I I .7 - Juntas elásticasx juntas rígidas.

No ano de 1999, fomos solicitados a dar parecer sobre o projeto deduas estações elevatórias, que já estavam em construção em um estadonordestino. Analisando os projetos, verificamos que estava prevista a instalaçãode juntas de desmontagem, tipo Gibault, nos ramais de descarga das bombas,entre as válvulas de retenção e de bloqueio. Era mais um caso de uso indevidode juntas elásticas em trechos de tubulação funcionando sob pressão.Alertamos a fiscalização da obra e a Empreiteira para o fato, sugerindosubstituir as juntas Gibault por juntas rígidas.

Tratando-se de tubulações de 350mm de diâmetro, para o qual não épadrão de juntas de ferro dútil travadas axialrnente, a Empreiteira optou porcolocar tocos de aço flange/ponta entre as válvulas e ligá-l os através de juntaDresser com Harness, ficando, assim, resolvido o problema.

I 1.8 - Uso impróprio de juntas de desmontagemelásticas.

Em 1998, estávamos participando da fiscalização das obras de instalação deestações elevatórias de alta capacidade, em projeto de irrigação no nordeste Oprojeto de cada estação elevatória previa a instalação de várias bombas de eixovertical, com as seguintes características nos ramais de descarga: uma junta Dresser

121

Ibrahim Lnsmar Ancoragem de tubulações com junta elástka

na boca de saída da coluna da bomba, ligando-a ao ramal de descarga; este, de aço,atravessava uma passagem aberta na parede de concreto da elevatória, com ummetro de espessura, tendo, logo após, uma caixa com uma válvula de re~enção,uma outra junta Dresser, uma válvula borboleta e o tê de ligação ao barrilete dedescarga, de grande diâmetro e envolto ~or volu~oso bloco.de conc~eto. .

Imediatamente, alertamos pela impropriedade da instalação de JuntasDresser, que são elásticas e não suportariam os esfor~os de traçã~ queocorreriam nos ramais de descarga das bombas, que senam submetidos auma pressão da ordem de 100mca.

Sugerimos a eliminação das juntas Dresser na saída das bombas, bemcomo soldar um anel de aço no trecho do tubo que atravessava a parede daelevatória, concretando o espaço vazio em volta do mesmo. Deste modo, ajunta Dresser de desmontagem das válvulas poderia permanecer, já que ostubos de aço, a montante e a jusante, estariam ancorados em volumosasestruturas de concreto, capazes de resistir aos empuxos.

Posteriormente foi-nos solicitada uma solução que eliminasse aconcretagem sugerida, pois era necessário que o ramal de descarg~ da bombaficasse livre, para facilitar a montagem e vertical idade desta. Sugenmos, nestecaso, que a junta Dresser fosse atirantada, transformando-s~ e~ Junta Har-ness. Comparecendo ao local, verificamos que empresa empreltelra, de.grandeexperiência em obras do gênero, já havia soluc!onado o p:oblema,substituindo as juntas Dresser por juntas de ferro dútil travadas axialrnente.Evitou-se, assim, graves acidentes, pelo uso impróprio de juntas dedesmontagem elásticas.

I 1.9 - Por sorte, ninguém saiu ferido.

Em meados do ano 2000, formos contratados, como consultor, paraanalisar e emitir parecer técnico conclusivo sobre um acidente ocorri~o emuma estação elevatória de água de uma importante cidade do sudeste, Inclu-sive indicar todas as obras necessárias para que o sistema pudesse a operarem plena carga.

Visitando o local e analisando os projetos e obras realizadas, verificamosque tinham sido projetadas e construídas uma estação elevatória ?:in.cipalde água bruta, seguida de uma linha de recalque em tubos e ferro dútil, Junta

Ibrahim LnsmarCapítulo I I - Acidentes Ocorridos ou Evitados

elástica, diâmetro 500mm, dividida em 2 trechos, extensões 7972m e .5808mcom um booster intermediário. '

Tanto a elevatória como o booster dispunham cada um d '. , , e tresconjuntos de bo~b~ament~, AMT ~9 e 91 mca. Nos ramais de descarga dec~da bomba, havia Sido projetada e Instalada uma junta Gibault entre umavalvula de retenção e uma de bloqueio diâmetro 400mm No ,.

", '. ' . . s propnos~arnle:es, diâmetro 500mm, tinha Sido Instalada, junta de desmontagemtipo Cíbaulr, completamente desnecessária.

, Quando dos teste~ ~e partida da Elevatória principal, com a presençade vanos operadores e dirigentes da empresa proprietária do sistema, ligadauma bomba, quando a pressão atingiu cerca de 20 mca, a bomba que estavamal chumbada no bloco de concreto, foi arrancada do lugar, com a aberturae deslocamento da junta Gibault, incapaz de resistir a esforços de tração.

o fato ~a bomba estar mal fixada no bloco foi uma grande sorte,porque se ela tivesse resistido mais tempo, o aumento de pressão iria, não sóarranc~~ ,a b~mba, como ~azer Voar todo o barrilere de recalque, com gravesconsequenClas para os assistente, da operação.

Analisando as demais unidades do projeto elaborado e executadoforam observados diversos outros problemas de errôneo emprego de juntasde desmontagem, tubos e conexões com junta elástica, insuficiência deancoragem:

. .' A~ longo da adutora existiam trêsTAUS (Tanques de AmortecimentoUllldlreclOnal), ~m c~jos :amais de descarga, justamente do lado pressurizadopela adutora, haviam Sido Instaladas juntas Gibault entre o registro de bloqueioe a válvula de retenção .

. ' As lig~ç~es dos TAUs com a adutora foram feitas com tubos e peçascom Junta elastlca. sem nenhuma ancoragem.

. ~a saíd~ da elevatória e do booster, os barriletes em tubos flangeadosforam lIgados a adutora com um trecho de tubo vertical e curvas de 900como .mos~rado na Fig. 48, item 6.2, porém com o tubo flange-ponta e acurva Infenor com junta elástica (com bolsas). Neste caso, o trecho verticalficou sujeito a forças nos dois sentidos, tracionando o trecho vertical, semancoragem, o que produziu deslocamento do barrilete .

. Nos trechos horizontais de saída da elevatória e do booster tinhamsido instaladas curvas e rês de junta elástica, sem a ancoragem nec;ssária, o

123

Ibrohim LosmarAncoragem de tubulações com junta elóstica

mesmo acontecendo em outros pontos da adutora.Como conseqüência da análise e estudos por nós realizados, emitimos

parecer conclusivo, não só mostrando a causa real que havia provocado oacidente, como dimensionando e indicando todos reforçose obras necessárias,bem como a substituição das peças de junta elástica impropriamente

utilizadas.

I 1.10 - A pressa faz romper a tubulação

Em 1999 participamos do projeto e detalhamento de uma Estação deManobras de um reservatório de distribuição de água para uma importantecidade do sudeste brasileiro, estando o reservatório em terreno elevado 52metros acima da estação. Nesta foram concentradas três adutoras dealimentação do reservatório, diâmetros 500mm e 9 troncos ou ramais dedistribuição, 2 de 500mm, 4 de 300mm, um de 150mm e dois de 125mm,todos eles com respectivos registros de manobra.

Toda a estação foi projetada em tubos e conexões de aço soldado,havendo necessidade de ancoragem apenas nas ligações com as chegadas esaídas da estação, em tubos de ferro dútil, junta elástica, após tês ou curvas

de aço.

Para evitar volumosos blocos de ancoragem, os tubos de aço foramprolongados, antes das ligações com os de ferro dútil, de comprimentossuficientes para equilibrar os empuxos nas curvas ou tês, através do atritocom o reaterro compactado, previsto para ser feito com solo-cimento,garantindo maior aderência, o que foi detalhado e especificado nos desenhos

do projeto.

As obras foram executadas de acordo com o projeto, porém, na pressade por o sistema em operação, o responsável mandou colocar a estação emcarga, antes de ter sido feito o reaterro de uma das tubulações de 500mm.

Resultado: o empuxo resultante na curva, da ordem de 10 toneladas,deslocou parte da estação, com ruptura de algumas peças.

BIBLIOGRAFIA

MANUAL DE HIDRÁULICA8a Edição Azevedo Netto, Miguel Fernández y Fernández, Roberto de Ar ,.Acácio Eiji Iro _ 1988. aujo,

TÉCNICA DE ABASTECIMENTO E TRATAMENTO DE ÁGUA-CETESB.2a. E~iç~o, 1987 ~ ~.ap. 9 - Canalização de Água: Materiais, Condiçõest:Ildrauhcas e Sanitárias, Construção e Proteção - Prof. José Augusto Mar-uns

DESIGN FOR UNBALANCED THRUST FOR BURIED WATERCONDUITSCharles A. Manganaro, Journal AWWA, Jun.68

MANUAL DO "BUREAU OF RECLAMATION"

INSTRUç6ES PARA PROJETOS DE BLOCOS DE ANCORAGEM -CEDAECia. Estadual de Águas e Esgotos do Rio de Janeiro - Maio/83

A COMPREHENSIVE DUCTILE IRON PIPELINE SYSTEMPont-A-Mousson, 1992

HANDBUCH FUR ROHRNETZMEISTERG. Willnroth, 1991

MECÂNICA DE SUELOS EN LA INGENIERIA PRÁCTICAKarl Terzaghi e Ralph B. Peck - }a Edição, 1955

FUNDAÇ6ES PROFUNDASAguirre e Werther - 1a Edição, 1976

CURSO DE MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇ6ESA. J. DA Costa Nunes - 1958

MECÂNICA DOS SOLOS E SUAS FUNDAÇ6ESHomero Pinto Caputo, 1977

125

PLÁSTICO REFORÇADOCOM FIBRAS DE VIDROfubos - Tanques de Transporte e Estacionários· ETAs e ETEs

(EDRAJmRod Estadual SP 191 km 87Ipeúna - SP CEP 13537-000

www.edra.com.br0055 19 3576 9300

129

1irominasPolítica da Qualidade

PROMINAS excedendo na Qualidade para garantiada satisfação máxima do cliente.

SISTEMA DE FILTRAGEM PARA ETA'S E ETE'S

A PROMINAS está no mercado desde 1953 e vem desenvolvendoequipamentos com alta tecnologia para saneamento básico. Além dos produtostradicionais, tais como: equipamentos de hidrojateamentos e/ou sucção paramanutenção de rede de esgoto, sonda roto - pneumática para perfurações depoços artesianos, bombas de alta pressão desenvolveu também sistemas defiltragens

Fundo de Filtros em Aço Inox Espiralados de seção trapezoidal para ETAs -Estações de Tratamento de Água

Peneira Estática paraCaptação de Água eTratamento de Esgoto

Peneira Rotativa para Tratamento deEsgoto

PROMINAS BRASIL EQUIPAMENTOS LTDA.R. Dr. Alderico Vieira Perdigão, 1601 - CEP-13572-060 - São Carlos-SP

E-Mail:[email protected] - Home Page : www.prominas.com.brTel.: (16) 33759111 - Fax: (16) 3375-9110

131

®

~-~~l IO~

R I A~1983

A AQUACON· é uma empresa brasileira especializada, dedicadaessencialmente à consultoria, ao desenvolvimento e aplicação de"softwares", à supervisão de construções e ao controle dequalidade, capacitada a elabcrar, de forma abrangente, estudos,projetos completos, diagnósticos, análises de viabilidadeeconômica-financeira e de risco, levantamentos topográficos,batimétricos e cadastrais, medições de vazão, simulaçõescomputacionais de funcionamento (modelos matemáticos), etambém operar sistemase unidades nos seguintes setores:Saneamento Básico: água potável, esgotos sanitários,tratamento de águas, drenagem urbana, lixo.Irrigação: captação, bombeamento, adução (canais, tubulações)Instalações Industriais: água, esgotos, drenagem, incêndio, gás,tubulações, arquitetura.Urbanismo: equipamentos urbanos, projetos viários, planodiretores, paisagismo.Barragens e Hidráulica Fluvial: hidrologia, geotecnia,navegação.Hidráulica Marltima: evolução de litoral, portos, marinas, quebra-mar, projetos de dragagens, etc ..Setor Naval: consultoria para a escolha correta de embarcaçõesatravés de estudos de mercado de serviços e cargas econhecimenlo técnico das embarcações disponlveis econslruívels, avaliação de custos envolvidos, engenharia~nanceira e processos de financiamento, supervisão a estaleiros,dimensionamento de frotas, roteiros de transporte com sugestãode portos, equipamentos, docagem, balizamentos, perlcias, etc.,Bombeamentos e Turbinamentos: proteção anti-golpe de aríete(com análise dos transientes), lay-ilut, especificações de válvulas,bcmbaseturbinas.Estudos Tarifários, Diagnósticos e Modelagem Técnico·comercial de Empresas Prestadoras de Serviços Públicos

Desenvolve ainda estudos e projetos de cálculo estrutural, deeletricidade, de instrumentação e controles, de química e bío-ambientais, associados a trabalhos das áreas acima.

Os currlculos de seus sócios e colabcradores compõe um notávelacúmulo de experiência nos diversos setores de atuação daempresa. A especialização tem garantido a constante atualização,participando a AQUACON' na construção do estado da arte dahidráulica e suas aplicações, no Brasil e no exterior.

Tem algo a ver com ÁGUA? Consulte a AQUACONe

AQUACON" - Engenharia e Controle de Qualidade Ltda.Tel.: (21)2262·1447 ou (11)5579·8231, Fax: (21)2533-2163

[email protected] www.aquacon.com.br

i""\11._- ~

ANCORAGENS DE TUBULAÇÕES COM JUNTA ELÁSTICA-Ia EDIÇÃO - 2003

ERRATA

SISTEMA DE ABASTEClMENIO DE ÁGUA DABAaADE CAMroS - PEIROmÁS - MACAÉ - RIAdttom Severim-Inbetiba- Trecho recaltpe- Trecho gravidade

SISTEMA DEABASTEClMENIO DEÁOUA mTOCOS, MUNIclPIomCAMPOS-RI- M.t.ora de (mo àJctiJ, pc.- rocalcpJe

SEfORIZAÇÃO DO SISTEMA DEABASTECIMENTO DE ÁGUA m sÃO ClONÇAW-RISuOOdutora por gravidade, em ferro fuOOido- &brltora Coluhm:lê- SIbrl1.om Mm-cpes M!nota

(IX)800

8485

11.6166.521

SUY350300'100

(3) Aimplarrar

CAP. 1.-CRITÉRIos E PARÁMElROSDE cÁLCULOPágina 23Onde se lê:

Pc = P 8 X k , sendo, a pressão de serviço e k o coeficiente de majoraçãoadotado.Leia-se:

Pc = P I X k , sendo P a a pressão de serviço e k o coeficiente demajoração adotado.

Página 29Onde se lê:d) Tensão admissivel horizontal (Uadmv). em daN/ctrfe) Tensão admissivel vertical (CTadmvW. em daN/Cl1lLeia-se: ..d) Tensão admissivel horizontal (CTadm}{). em daN/crrre) Tensão admissivel vertical (CTadmv). em daN/crrrCAP. 2 - ESFORÇOS SOLICITANTESPágina 40Onde se lê:Obs.: nas junções padronizadas,; no caso de tubos de aço junta elástica, o ângulo daderivação pode variar.Leia-se:Obs.: nas junções padronizadas, a = 45° ; no caso de tubos de aço junta elástica, oângulo da derivação pode variar.CAP. 5 - CONDIÇóES DE EQUILÍBRIOPágina 50Onde se lê:

K = coeficiente de segurançaK = 1,5 (ver Bibl. 12.1 e 12.4), K = 1,2 (ver Bibl. 12.2)

Leia-se:K = coeficiente de segurançaK = 1,5 (ver Bibl. MANUAL DE IllDRÁULICA,Azevedo Netto e "BUREAU

OF RECLAMATION".), K = 1,2 (ver Bibl. TÉCNICA DE ABASTECIMENTO ElRATAMENTO DE ÁGUA-CETESB ..)Página 57Onde se lê:

P = r sh~g(45 + a/2)] (pressão do terreno)

P = rsh[tg(45 + a/2)] 2 (pressão do terreno)

Leia-se:

Página 68Onde se lê:Considerar o empuxo ativo do terreno:Leia-se:b) Considerando o empuxo ativo do terreno:

ancoragens de tubulações brahim lasmar

Documents