Mestrado em Engenharia Civil

2012/2013

Docente: Ana Cláudia Dias Lopes Gomes Tomas David

T U BAGEN S PEAD – P V C - F FD

Trabalho realizado por:

António Magalhães

António Pinto

Nelson Dourado

Hidráulica Geral

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CONTEÚDO

Introdução ......................................................................................................................... 3

Materiais e suas características ................................................................................ 4

Tubagens e Acessórios ............................................................................................. 4

Tubos de Policloreto de Vinilo (PVC) ................................................................. 5

Ferro Fundido Ductil ................................................................................................. 6

Polietileno de Alta Densidade (PEAD) ............................................................... 7

Ligação por Electrosoldadura: .......................................................................... 8

Ligação por Soldadura Topo a Topo: .............................................................. 9

Análise de resultados ................................................................................................. 11

Conclusão ........................................................................................................................ 20

Hidráulica Geral

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INTRODUÇÃO

No âmbito da unidade curricular Hidráulica Urbana, foi-nos

proposto a realização de um trabalho acerca de tubagens de Polietileno

de Alta Densidade (PEAD), Policloreto de Vinilo (PVC), Ferro Fundido

Dúctil (FFD).

O principal objetivo da realização deste trabalho é fazer uma

comparação de custos para as diferentes tubagens PEAD, PVC; FFD,

com as características que exige numa determinada situação,

nomeadamente diâmetro e pressão, e uma correta escolha do material

tornará sem dúvida o Projeto mais económico, conseguindo o seu

retorno em menos anos de vida.

Elaborou-se uma pesquisa em alguns fornecedores, e elaborou-

se tabelas comparativas de custos do mesmo material para pressões

diferentes.

Nas mesmas tabelas consegue-se aperceber o aumento de custo

em percentagem no aumento de exigência de pressão.

Para comparar entre diferentes materiais, elaborou-se uns

gráficos, que permite ao observador determinar qual o material da

tubagem a utilizar, de acordo com as exigências a que este vai estar

sujeito.

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MATERIAIS E SUA APLICAÇÃO

TUBAGENS E ACESSÓRIOS

A escolha do material da conduta a utilizar é ponderada por

vários fatores, de ordem sanitária e económica, dos quais se destacam:

Expectativa de vida ou durabilidade;

Resistência às pressões interna e externa;

Resistência à corrosão tanto interior como exterior;

Rugosidade do tubo;

Gama normalizada de diâmetros existentes no mercado e seu custo;

O facto de o material ser de fabrico nacional ou estar disponível no mercado;

Experiência adquirida na sua aplicação;

Maior ou menor facilidade de transporte, manuseamento e montagem.

Nos sistemas de abastecimento de água o esforço predominante

é a pressão interna, enquanto, nas redes de drenagem de águas

residuais e pluviais o esforço que predomina é a pressão externa

devido ao peso dos terrenos e às sobrecargas.

Os diversos tipos de tubagens e juntas com maior utilização em

obras de adução e de abastecimento de água são: aço carbono, ferro

fundido dúctil, policloreto de vinilo, polietileno de alta densidade .

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TUBOS DE POLICLORETO DE VINILO

Na década de 70 iniciou-se em Portugal o fabrico de tubagens e

acessórios em PVC específicos para sistemas de abastecimento de

água. Este tipo de material também é designado por policloreto de

vinilo rígido (ou seja, plastificante ou não plastificado), podendo ser

designado por PVC-U (policloreto de vinilo não plastificado).

Nos últimos anos a utilização deste tipo de tubos tem vindo a

aumentar principalmente em redes de pequena e média dimensão, isto

deve-se principalmente a este material ter um baixo peso específico,

um preço competitivo, uma boa resistência à corrosão interna e

externa e como também ao bom isolamento térmico. Os tubos de PVC

apresentam, normalmente, uma cor cinzenta, ou creme. Contudo,

podem, por vezes, ter uma tonalidade diferente para que, por exemplo,

consigam garantir uma maior resistência às radiações solares.

No entanto, os tubos de PVC implicam algumas desvantagens

uma vez que são constituídos a partir de um material termoplástico as

suas propriedades físicas e mecânicas são facilmente alteradas devido

a mudanças de temperatura. Outras desvantagens deste material são a

falta de informação acerca do seu envelhecimento e (como o nome

indica) ter cloro na sua constituição.

Os tubos de policloreto de vinilo são fabricados com diferentes

espessuras, constituindo assim várias séries de classe de pressão.

Atualmente são fabricados tubos com pressão de 0.60 MPa, 0.80 MPa,

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1.00 MPa, 1.25 MPa, 1.60 MPa e de 2.00 MPa. Contudo, os tubos mais

utilizados nas canalizações de abastecimento de águas em edifícios são

os que têm uma pressão de serviço de 1.00 MPa e de 1.60 MPa.

Em relação aos diâmetros, são fabricados tubos com diâmetros

nominais que oscilam entre os 16 mm e os 800 mm.

A ligação entre tubos de PVC pode ser feita com recurso a duas

técnicas distintas, através do alargamento da extremidade de um dos

tubos (abocardamento e respetiva colagem ou da utilização de peças

de união (tês, joelhos, etc).

FERRO FUNDIDO DUCTIL

Os tubos de ferro fundido dúctil, são essencialmente utilizados

em condutas sujeitas a grandes pressões ou locais onde possam

ocorrer esforços excecionais, conforme se verifica nos gráficos abaixo

referidos, na analise de custos.

Isto deve-se principalmente ao facto de este material ter uma

alta durabilidade, grande resistência ao choque e também, se revestido,

a corrosão.

Uma das grandes desvantagens deste material é o seu elevado

custo e peso, no entanto, nos últimos anos o custo tem a vindo a

tornar-se cada vez mais competitivo.

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Em termos de execução de juntas é importante referir três tipos:

Juntas standart, onde se une a boca de um tubo com a

extremidade do outro.

Juntas de flanges, nestas que os tubos ficam rigidamente ligados

entre si.

POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE (PEAD)

Os tubos de polietileno, são obtidos por extrusão de um polímero

termoplástico, com uma temperatura aproximada de 260ºC que é

arrastado pela extrusora através do bocal do molde com uma pressão

uniforme.

Em função da densidade (d), o polietileno distingue-se em três

tipos de material, nomeadamente:

Polietileno de Baixa Densidade (d≤0.93)

Polietileno de Média Densidade (0.93 < d ≤ 0.94)

Polietileno de Alta Densidade (d>0.94)

Destes três tipos de material o mais utilizado nas tubagens para

abastecimento de água são os tubos de Polietileno de Alta Densidade,

PEAD. Os tubos podem ser fabricados a partir de três tipos de resinas

distintas: PE63, PE80 e a PE100, com uma tensão de dimensionamento

de 5.0 MPa, 6.3 MPa, 8.0 MPa, respetivamente.

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As pressões de serviço, também referenciadas como pressões

nominais expressas em bar, abrangem os valores PN 4, 6, 8, 10, 12.5,

16, 20 e 25 (bar) para os tubos produzidos com as resinas PE80. A

utilização das resinas PE100 permite alargar a gama de fabrico dos

tubos à pressão nominal PN32.

Os tubos de polietileno de alta densidade apresentam diâmetros

que variam entre 16 e 1200 mm, para diâmetros pequenos, ou seja, até

90 mm, apresentam-se na forma de rolos com 50 ou 100 m, e para

diâmetros superiores em varas com 6 ou 12 m.

As juntas destacam-se por três formas distintas: soldadura topo

a topo (as extremidades dos tubos são aquecidas a 220ºC,

pressionadas uma contra a outra e arrefecidas), por electrofusão (uso

de uniões de polietileno com resistências que ao serem atravessadas

por correntes elétricas fundem o material obtendo uma ligação

perfeita) e através de flanges (as flanges são aplicadas em terminais

de PEAD que são soldados às extremidades dos tubos a unir).

LIGAÇÃO POR ELECTROSOLDADURA:

Na soldadura topo a topo o equipamento fica imobilizado

enquanto se desenvolve o processo, que finaliza uma vez que se

conclua o arrefecimento da união; por outro lado o sistema de

electrosoldadura permite o uso do equipamento noutra soldadura

assim que se finalize o tempo de fusão.

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Os equipamentos de electrosoldadura são mais leves, têm custo

inferior e têm pouca manutenção.

A electrosoldadura é possível em situações de obra difíceis,

sendo ideal para efetuar reparações (onde não são possíveis

movimentos longitudinais da tubagem).

A electrosoldadura tem um limite: O inerente ao diâmetro

máximo que apresentam os acessórios disponíveis no mercado. A

soldadura topo a topo, sempre e quando se conte com os equipamentos

necessários, não tem limite neste sentido.

A electrosoldadura permite unir tubos de diferente material e

com diferente espessura de parede (não recomendável na soldadura

topo a topo).

LIGAÇÃO POR SOLDADURA TOPO A TOPO:

Trata-se de um sistema empregue para a união de tubagens e

acessórios fabricados em PEAD, para diâmetros superiores a 90mm.

O processo efetua-se mediante o aquecimento dos extremos de

dois tubos através do uso de uma placa de aquecimento, até se alcançar

a fusão das superfícies em contacto.

Com base em conhecimentos científicos recentes, é agora

assumido que os materiais soldados fluem para dentro um do outro na

interface entre as superfícies de junção e, que as macromoléculas nos

Hidráulica Geral

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fundidos viscoelásticos respetivos penetram um no outro ficando

enroladas.

As variáveis do processo, temperatura, pressão e tempo, devem

ser ajustadas de modo a impedir a alteração das propriedades físicas

originais do material, tendo em conta a matéria-prima, o diâmetro e a

espessura da parede do tubo. A temperatura deve ser de 210 ± 10.

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ANÁLISE DE CUSTOS

Com a evolução do homem houve a necessidade de encontrar

diferentes materiais e métodos, permitindo este conseguir alcançar

qualidade de vida, faz parte integrante deste capítulo avaliar os custo

dos materiais, PEAD PVC FFD, e para o efeito foi recolhido de diversos

fornecedores preços tabelados, permitindo fazer uma comparação

entre os preços dos diferentes materiais e para às classes de pressão

diferentes.

Na Tabela 4.1, 4.2 e 4.3 encontra-se os valores de custo das

tubagens de PVC, PEAD e FFD, para diferentes classes de pressão,

pode-se observar a partir da tabela 4.1 e 4.2 que o aumento da classe

de pressão traduz-se num aumento que pode variar entre 32,54% e

78,79%, este aumento em percentagem de está relacionado com o

aumento do diâmetro, este obriga necessariamente o aumento da

espessura das paredes, e este traduz-se num aumento da matéria-

prima, por isso tanto como o PVC e o PEAD estão condicionados no seu

diâmetro por razões económicas.

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Tabela 4.1 - Custo tubagem PVC para diferentes classes de pressões.

PVC – Policloreto de vinilo

Boca OR €/metro Linear

Ø mm PN 6 - PVC PN10 - PVC PN16 - PVC PN6 para

PN 10 PN10 para

PN16

32 - - - - -

40 - - - - -

50 - - - - -

63 - 2,73 4,27 - 56,41%

75 2,95 3,91 6,02 32,54% 53,96%

90 3,75 5,59 8,64 49,07% 54,56%

110 4,23 6,75 10,57 59,57% 56,59%

125 5,52 8,68 13,48 57,25% 55,30%

140 6,91 10,95 16,91 58,47% 54,43%

160 8,95 14,34 22,07 60,22% 53,91%

200 13,66 22,11 34,41 61,86% 55,63%

250 21,64 34,41 53,43 59,01% 55,27%

315 33,61 54,61 84,95 62,48% 55,56%

400 61,07 99,95 162,77 63,66% 62,85%

500 95,77 155,82 278,59 62,70% 78,79%

630 173,68 284,09 - 63,57% -

710 238,64 381,82 - 60,00% -

800 297,73 484,09 - 62,59% -

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PEAD – Polietileno de Alta Densidade

PE MRS 100 €/metro Linear

Ø mm PN 6,3 - PEAD PN10 - PEAD PN16 - PEAD

PN6,3 para PN10

PN10 para PN16

32 0,53 0,84 58,49%

40 0,81 1,29 59,26%

50 1,25 2,01 60,80%

63 1,99 3,18 59,80%

75 2,81 4,44 58,01%

90 4,04 6,42 58,91%

110 6 9,51 58,50%

125 5,18 7,78 13,8 50,19% 77,38%

140 6,52 9,77 17,19 49,85% 75,95%

160 8,57 12,77 22,58 49,01% 76,82%

200 13,24 19,91 35,18 50,38% 76,70%

250 21,34 32,19 58,68 50,84% 82,29%

315 33,93 51,04 93,24 50,43% 82,68%

400 54,23 82,07 150,84 51,34% 83,79%

500 90,52 137,02 235,44 51,37% 71,83%

630 143,84 217,31 374,4 51,08% 72,29%

710 197,65 298,82 51,19%

800 250,58 378,55 51,07%

900 319,59 479,05 49,90%

1000 395,3 592,95 50,00%

1200 566,15

Tabela 4.2 - Custo tubagem PEAD para diferentes classes de pressões.

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FFD – Ferro Fundido Dúctil

€/metro Linear €/metro Linear

Ø mm PN10/16 - FFD (6m) PN10/16 - FFD PL PN10/16 - FFD ST

32 0,00 0,00

40 0,00 0,00

50 0,00 0,00

63 309,25 51,54 33,82

75 309,25 51,54 36,73

90 327,45 54,58 43,91

110 327,45 54,58 43,91

125 390,51 65,09 53,90

140 466,91 77,82 69,70

160 466,91 77,82 69,70

200 602,73 100,46 87,66

250 703,4 117,23 118,77

315 1030,84 171,81 145,72

400 1261,26 210,21 205,66

500 1794,87 299,15 282,59

630 2195,08 365,85 375,99

710 2643,8 440,63 577,66

800 3056,13 509,36 760,55

900 0,00 918,63

1000 0,00 1005,03

1200 0,00

Tabela 4.3 - Custo tubagem FFD para diferentes classes de pressões.

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Gráfico 4.1 – Relação custos tubagem de PVC/PEAD para classe de pressão PN6

32 40 50 63 75 90 110 125 140 160 200 250 315 400 500 630 710 800 900 1000 1200PN 6 - PVC 2,95 3,75 4,23 5,52 6,91 8,95 13,66 21,64 33,61 61,07 95,77 173,7 238,6 297,7PN 6,3 - PEAD 5,18 6,52 8,57 13,24 21,34 33,93 54,23 90,52 143,8 197,7 250,6 319,6 395,3 566,2

0

100

200

300

400

500

600

Cust

o em

€/m

lClasse PN 6

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Com a análise do gráfico 4.1, que relaciona o custo do por

metro linear de tubagem do PCV (policloreto de vinílico), com

PEAD (Polietileno de Alta Densidade) para classe de Pressão PN6.

A partir do gráfico pode-se observar que a diferença entre o

custo de tubagem em PEAD com o PVC até ao diâmetro 315 mm é

quase nulo, poderá variar aproximadamente 5%, mas para

diâmetros superiores a 315 mm, a tubagem de PVC poderá ficar

mais cara aproximadamente 20%.

Tabela 4.4 - Variação custo entre tubagem de PVC e PEAD

PVC PEAD

75 2,95

90 3,75

110 4,23

125 5,52 5,18 6,56%

140 6,91 6,52 5,98%

160 8,95 8,57 4,43%

200 13,66 13,24 3,17%

250 21,64 21,34 1,41%

315 33,61 33,93 -0,94%

400 61,07 54,23 12,61%

500 95,77 90,52 5,80%

630 173,68 143,84 20,75%

710 238,64 197,65 20,74%

800 297,73 250,58 18,82%

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Gráfico 4.2 – Relação custos tubagem PVC/PEAD/FFD para classes de pressão PN10

32 40 50 63 75 90 110 125 140 160 200 250 315 400 500 630 710 800 900 1000PN10 - PVC 2,73 3,91 5,59 6,75 8,68 10,95 14,34 22,11 34,41 54,61 99,95 155,82 284,09 381,82 484,09PN10 - PEAD 0,53 0,81 1,25 1,99 2,81 4,04 6 7,78 9,77 12,77 19,91 32,19 51,04 82,07 137,02 217,31 298,82 378,55 479,05 592,95PN10/16 - FFD PL 0,00 0,00 0,00 51,54 51,54 54,58 54,58 65,09 77,82 77,82 100,46 117,23 171,81 210,21 299,15 365,85 440,63 509,36PN10/16 - FFD ST 0,00 0,00 0,00 33,82 36,73 43,91 43,91 53,90 69,70 69,70 87,66 118,77 145,72 205,66 282,59 375,99 577,66 760,55 918,63 1005,0

0

200

400

600

800

1000

1200

Cust

o em

€/m

l

Classe PN 10

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Com a análise do gráfico 4.2, que relaciona o custo do por

metro linear de tubagem do PCV (policloreto de vinílico), com PEAD

(Polietileno de Alta Densidade) e FFD (Ferro Fundido Dúctil) para

classe de Pressão PN10.

A partir do gráfico 4.2 pode observar que as tubagens em

PEAD tem uma redução de 90% do custo em relação ao FFD para

diâmetros reduzidos, de acordo com tabela 4.5, pode observar a

partir do gráfico que a utilização de PEAD para diâmetros inferiores

a 1000 mm e para pressões PN 10 este torna-se mais económico.

Tabela 4.5 - Redução em percentagem do custo

da utilização de PEAD para FF

PN10 - PEAD PN10/16 - FFD ST

1,99 € 33,82 € 94,12%

2,81 € 36,73 € 92,35%

4,04 € 43,91 € 90,80%

6,00 € 43,91 € 86,34%

7,78 € 53,90 € 85,57%

9,77 € 69,70 € 85,98%

12,77 € 69,70 € 81,68%

19,91 € 87,66 € 77,29%

32,19 € 118,77 € 72,90%

51,04 € 145,72 € 64,97%

82,07 € 205,66 € 60,09%

137,02 € 282,59 € 51,51%

217,31 € 375,99 € 42,20%

298,82 € 577,66 € 48,27%

378,55 € 760,55 € 50,23%

479,05 € 918,63 € 47,85%

592,95 € 1.005,03 € 41,00%

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Gráfico 4.3 – Relação custos tubagem PVC/PEAD/FFD para classes de pressão PN16

Com a análise do gráfico 4.3, que relaciona o custo do por metro linear de tubagem do PCV (policloreto de vinílico), com PEAD

(Polietileno de Alta Densidade) e FFD (Ferro Fundido Dúctil) para classe de Pressão PN16.

A partir do gráfico 4.3 pode observar que para pressões PN16, existe um ponto de intersecção no diâmetros 630 mm, para os

diferentes matérias, a partir deste diâmetro a utilização de FFD torna-se mais económico, e é neste patamar que o PEAD deixa de ser

comercializado.

32 40 50 63 75 90 110 125 140 160 200 250 315 400 500 630 710 800 900 1000PN16 - PVC 4,27 6,02 8,64 10,57 13,48 16,91 22,07 34,41 53,43 84,95 162,77 278,59PN16 - PEAD 0,84 1,29 2,01 3,18 4,44 6,42 9,51 13,8 17,19 22,58 35,18 58,68 93,24 150,84 235,44 374,4PN10/16 - FFD PL 0,00 0,00 0,00 51,54 51,54 54,58 54,58 65,09 77,82 77,82 100,46 117,23 171,81 210,21 299,15 365,85 440,63 509,36PN10/16 - FFD ST 0,00 0,00 0,00 33,82 36,73 43,91 43,91 53,90 69,70 69,70 87,66 118,77 145,72 205,66 282,59 375,99 577,66 760,55 918,63 1005,0

0

200

400

600

800

1000

1200

Cust

o em

€/m

lClasse PN 16

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CONCLUSÃO

Findada a elaboração deste trabalho, concluiu-se, existe no mercado uma grande diversidade de materiais para a execução de tubagens para abastecimento de água (adução), redes de saneamento de águas residuais e pluviais.

Com a análise dos gráficos conseguiu-se definir patamares de escolha de tubagens mediante às classes de exigências, diâmetro e pressões.

As empresas das tubagens de PVC e PEAD, para um determinado valor de pressão e diâmetro, deixam de comercializar, visto que a escolha pela utilização do FFD torna a rede mais económica, como se pode verificar com o declive das retas de cada material, com o aumento de pressão e diâmetro, o declive é mais acentuado.

O Projeto não se completa só com o dimensionamento das tubagens, mas também pela correta escolha dos seus materiais.