Em todo o mundo, tubos circulares de concreto armado são a principal alternativa para a construção de galerias de drenagem e esgotos urbanos, que podem ser em “ponta e bolsa” ou em “macho e fêmea”. No Brasil, os tubos circulares com geometria em ponta e b O emprego dos tubos circulares de concreto armado vem crescendo graças a sua durabilidade e boa resistência mecânica, além de ser um produto com disponibilidade dentro das exigências de mercado. A utilização de tubos de concreto não armados está limitada a vazões pequenas, apresentando, portanto, diâmetros nominais inferiores a 600 mm. Já os tubos de concreto armado são utilizados com bastante frequência no Brasil para diâmetros nominais (DN) superiores a 400 mm. Como os tubos são produzidos por fábricas próximas das regiões onde serão empregados, estes acabam também promovendo o desenvolvimento local por meio da geração de empregos e arrecadação de impostos. Ao longo dos anos, o projeto estrutural de tubos circulares de concreto vem se desenvolvendo, principalmente por causa das investigações experimentais sobre a interação entre o tubo e o solo. O objetivo deste artigo é apresentar sucintamente os aspectos envolvidos no projeto estrutural de tubos de concreto enterrados avaliados por ensaio de compressão diametral. Apresenta-se inicialmente um resumo histórico sobre os tubos de concreto e, em seguida, comenta-se sobre o comportamento estrutural de tubos enterrados, o ensaio de compressão diametral recomendado pela NBR 8890 (ABNT, 2007), a determinação da classe do tubo, os materiais empregados na produção dos tubos de concreto armado e finalmente os aspectos envolvidos no dimensionamento das paredes dos tubos circulares de concreto armado.

Desenvolvimento dos Tubos de Concreto

Os tubos de concreto armado foram inventados em 1867 pelo francês J. Monier. O desenvolvimento da teoria de tubos enterrados começou em 1897. Em 1908, A. N. Talbot quantificou os esforços internos em tubos a partir da teoria de estruturas hiperestáticas. Para tanto, o tubo foi idealizado como um anel de parede fina com rigidez constante. Até 1913, só havia disponível para os projetistas de tubulações enterradas os 6 ensaios realizados por Barbour e as equações de Talbot. Para preencher este vazio, foi iniciado um estudo em 1910 pelo Engineering Experiment Station of Iowa State Colege (EESISC) sob a direção do engenheiro Anson Marston (ACPA, 1959). A partir daí foram realizados exaustivos ensaios até que 1930, a ASTM publicou os resultados dos ensaios realizados por Schlick na tentativa de promover uma padronização, que foi formalmente conseguida em 1935 para tubos de concreto armado destinados a esgotos sanitários, e em 1937 para águas pluviais. Tubo instalado em aterro é outro tipo de instalação comumente usada, na qual o tubo é colocado sobre ou próximo ao greide do terreno, sendo, em seguida, compactado o aterro sobre o tubo e nas suas adjacências. Sua aplicação principalmente é observada em bueiros, onde os tubos atravessam perpendicularmente uma estrada. O tratamento por parte da mecânica dos solos para tubos instalados em aterro se tornava difícil por causa dos movimentos relativos entre o solo e o tubo e nas suas laterais. Observou-se que as pressões laterais do solo melhoravam de forma considerável o comportamento do tubo. Por meio de medidas de pressões feitas com células de pressão, concluiu-se que o empuxo ativo de Rankine avaliava de forma aceitável as pressões laterais. Chegaram a valores que correlacionaram as capacidades resistentes entre os tubos instalados em aterro, para as situações em que eles se encontravam em campo, e a situação do tubo no ensaio de compressão diametral. Em 1968, American Concrete Pipe Association, adota o padrão de Marston e Spangler para o projeto estrutural de tubos enterrados: – o carregamento é aplicado somente no topo do tubo; – o tubo apresenta resposta elástica linear; – não foram consideradas tensões de cisalhamento na superfície do tubo; – os materiais utilizados no assentamento e os níveis de compactação não foram definidos de forma adequada; – o ensaio dos três cutelos simula o carregamento em campo para qualquer altura de aterro e rigidez do tubo. Porém, no contexto em que os ensaios foram realizados (tubos sem armaduras), essas hipóteses podem ser consideradas razoáveis e aceitáveis. Em virtude das hipóteses serem simplificadoras, vários pesquisadores procuraram outras formas para análise de tubos enterrados. Em 1970 a ACPA (2002) iniciou uma pesquisa para estudar a interação existente entre o solo e o tubo, resultando no programa computacional Spida (Soilpipe interaction design and analysis). Foi apresentado o primeiro programa de computador que considerava a interação solo-estrutura na análise de tubos enterrados. Na elaboração deste programa foi utilizado o método dos elementos finitos. Embora este trabalho tenha permitido grande avanço na análise de tubos de concreto, muitas hipóteses empíricas sobre as propriedades do solo foram incluídas, constatou-se que o comportamento teórico do tubo não era condizente com o que era observado em campo. Em 1971, pesquisadores da Califórnia (EUA) desenvolveram um extensivo programa experimental para investigar os efeitos de várias técnicas de assentamento e aterro no comportamento e resistências últimas de tubos de concreto armado. Como conclusão desse estudo, ficou constatada que, à medida que se aumenta o cuidado com a execução do aterro lateral e do assentamento de modo a obter melhor suporte lateral, o tubo apresenta melhor configuração na distribuição dos esforços. O programa computacional CANDE (Culvert Analysis and Design) é desenvolvido com base no Método dos Elementos Finitos. Neste programa, que admite como válida a hipótese de estado plano de deformações, foram utilizados elementos de contato para representar o contato existente entre o tubo e o solo, e elementos de barra para representar o tubo. Em 1970, é iniciado o trabalho para o desenvolvimento de um programa computacional chamado NUPIPE. Este programa foi desenvolvido pela Universidade de Northwestern, sob a supervisão da ACPA. Procurou-se melhorar a precisão dos resultados da análise do solo e do tubo pelo Método dos Elementos Finitos e verificar em campo os resultados obtidos analiticamente e também desenvolver um critério de projeto melhorado, o qual está incorporado no programa NUPIPE, com o objetivo principal de desenvolver um procedimento simplificado para o projeto de tubos de concreto armado que pudesse ser aplicado manualmente. Desde o começo da década de oitenta no século passado, o SPIDA vem sendo usado em várias pesquisas, incluindo o desenvolvimento de quatro novas instalações padronizadas (instalações padronizadas SIDD), e de um programa de computador simplificado de projeto, o SIDD, Standard Installations Direct Design, ASCE (1994). Foram estudados os efeitos causados pelas técnicas de produção na resistência dos tubos submetidos a compressão diametral. Nesse estudo foram analisados 33 tubos produzidos com diâmetro interno de 1,372 m (54 in) para a classe III da ASTM. O objetivo principal do trabalho era avaliar o quanto influenciavam as emendas das armaduras na resistência do tubo. Dos estudos, concluiu-se que a resistência do tubo é pouco influenciada pela posição relativa das armaduras em relação à força aplicada no ensaio de compressão diametral. Ainda foi verificado experimentalmente nesse trabalho que a capacidade resistente do tubo foi aumentada de forma proporcional à taxa de armadura distribuída no tubo. No projeto de um tubo enterrado, muitas vezes o projetista é questionado sobre quais os fatores que determinam a altura máxima de aterro de modo a se ter a máxima carga no tubo com determinada segurança. A partir dos estudos realizados até o presente momento, conclui-se que a resposta para este questionamento depende dos seguintes fatores: a) Resistência do tubo; b) Características do material do aterro; c) Material do qual é formada a base do tubo; d) Movimento relativo do solo sob o tubo e nas suas adjacências; e) Métodos de assentamento e instalação do tubo

Comportamento Estrutural de Tubos Enterrados

Assim como em qualquer estrutura, o projeto estrutural de tubos enterrados deve atender aos estados limites último e de serviço, verificados a partir dos esforços internos. A dificuldade no cálculo desses esforços resulta do fato destes dependerem da pressão do solo nas paredes dos tubos, sendo que esta pressão depende da forma de instalação (tubos em valas ou em aterros) e do assentamento do tubo (forma da base e condições de compactação do aterro lateral). Portanto, a carga sobre o tubo pode ser menor do que o peso de coluna de terra atuando sobre ele. Observando a indicação da Figura abaixo, quanto à rigidez dos tubos, Spangler classificou os tubos em: – rígidos: quando sua capacidade de suporte deriva de sua resistência intrínseca. Sob carregamento diametral, chega a ter uma variação de 0,1% de seu diâmetro sem apresentar fissuras prejudiciais ao seu comportamento. Os tubos de concreto armado ou simples são considerados tubos rígidos; – flexíveis: apresentam pouca resistência intrínseca. Sua capacidade de suportar cargas verticais deriva da mobilização das pressões passivas que os lados dos tubos provocam ao se deslocarem em relação ao terreno lateral. Sob carregamento diametral, podem apresentar variação de seu diâmetro superior a 3%, sem apresentar fissuras prejudiciais ao seu comportamento. Tubos metálicos e plásticos são exemplos de tubos flexíveis. A capacidade de carga dos tubos flexíveis não pode ser avaliada considerando somente o tubo, mas sim a interação existente entre o tubo e o solo que o envolve. Sua resistência geralmente é medida em ensaio de pratos paralelos. Já os tubos rígidos não utilizam necessariamente o solo lateral como apoio, sendo que sua capacidade resistente é função da resistência intrínseca do tubo. Normalmente, sua resistência é medida em ensaios de compressão diametral. Quanto à instalação, os tubos podem ser agrupados nas seguintes formas: – valas ou trincheiras: nesse caso, os tubos são instalados em valas relativamente estreitas; – aterros: nesse caso, os tubos são instalados no terreno natural ou numa vala estreita e pouco profunda, sendo aterrados posteriormente. Nesses casos, o aterro pode ter projeção positiva ou negativa, respectivamente; – por cravação: esse tipo de instalação é usado quando os métodos convencionais (em valas ou em aterros) não são possíveis, ou quando se deseja instalar o tubo num aterro já existente. Em tubos instalados em aterro, a carga sobre o topo do tubo pode aumentar ou diminuir de intensidade, a depender dos movimentos relativos de prismas de solo sobre e adjacentes ao tubo. Se ocorrer a situação de não existirem movimentos relativos entre esses prismas de solo, não deverá ser considerado o atrito existente entre os prismas para o alívio da carga atuante sobre a tubulação, de modo que os tubos rígidos se apresentam como a melhor solução. Além disso, caso haja uma situação desfavorável de execução do aterro, como por exemplo no grau de compactação, na espessura do berço, etc; têm-se sérios riscos de ocorrer colapso da tubulação ao ser adotada a solução em tubos flexíveis, uma vez que a capacidade resistente destes depende das condições do aterro lateral. Em tubos instalados em vala, a tendência do movimento relativo entre os prismas de solo sobre o tubo e o solo adjacente intacto provoca tensões de atrito entre as paredes laterais da vala e do aterro, proporcionando um alívio do peso de solo no tubo. A forma de assentamento do tubo tem papel importante na distribuição de pressões, na qual uma configuração mais favorável ocorrerá quando for promovido um contato efetivo em uma grande região na base do tubo. Caso isso não aconteça, ocorrerão tendências de concentração de pressões na base dos tubos, provocando um aumentando dos esforços de flexão nesta região. Dependendo do tipo de assentamento, podem-se ter melhores condições de realizar a compactação lateral, implicando em um melhor confinamento lateral, e com isto em uma melhor distribuição de momentos fletores no tubo. A distribuição de pressões nos tubos depende de diversos fatores, e a consideração de todos de forma precisa se torna uma tarefa extremamente complexa, principalmente se for considerada a interação solo-estrutura. Neste caso, pode-se recorrer à utilização de métodos numéricos, tais como o Método dos Elementos Finitos. Entretanto, nesse caso, o projeto poderia se tornar trabalhoso e pouco prático, além do fato de que, muitas vezes são necessárias estimativas empíricas das propriedades do solo, o que acaba influenciando bastante a interação solo-estrutura. Neste caso, o comportamento teórico do tubo pode não ser condizente com o comportamento observado em campo. Foram apresentadas algumas idealizações de distribuições de pressões em tubos circulares propostas por diversos pesquisadores. As idealizações de distribuições de pressões são feitas de forma a facilitar o cálculo dos esforços nos tubos, o que pode ser feito considerando o tubo como um anel circular. Na prática usual em projetos de tubos enterrados, é habitualmente empregado um modelo teórico para avaliar as ações em tubos instalados em valas e um método de ensaio para testar a resistência em tubos de concreto. Esse procedimento consiste, basicamente, em determinar a resultante das cargas verticais atuantes no tubo, empregar um fator de equivalência que correlaciona os comportamentos do tubo em campo e em laboratório e, finalmente, determinar a resistência do tubo por algum ensaio normatizado. Ensaio de Compressão Diametral Dentre os ensaios padrões, o ensaio de compressão diametral é o mais utilizado, principalmente pela facilidade de execução. Este ensaio também é chamado de ensaio de três cutelos. O fator de equivalência nada mais é que a razão entre os máximos momentos fletores observados no ensaio padrão e na situação real, em campo. Este fator leva em conta, principalmente, a forma de assentamento do tubo. Em linhas gerais, de acordo com esse procedimento, todo tubo deve ser projetado para suportar uma situação prevista em um ensaio padrão, para uma força igual à razão entre a resultante das cargas verticais atuantes no tubo na situação real em campo e o fator de equivalência. De acordo com a força a ser resistida no ensaio de compressão diametral, a NBR 8890 (ABNT, 2007) enquadra os tubos em classes resistentes. Esta norma fixa também os requisitos e métodos de ensaio para a aceitação de tubos circulares de concreto simples e armado, destinados à condução de águas pluviais e esgotos sanitários. Finalmente, vale ressaltar que, apesar dos avanços para determinar as solicitações nas paredes dos tubos, os tubos circulares de concreto armado ainda são projetados para atender a um ensaio padronizado e, no caso deste estudo, utiliza-se como ensaio normatizado o ensaio de compressão diametral recomendado pela NBR 8890 (ABNT, 2007). O dimensionamento dos tubos de concreto pode ser realizado empregando os procedimentos usuais utilizados no dimensionamento das estruturas de concreto armado, ou seja: a) partindo de uma distribuição de pressões conhecidas, calculam-se as ações; b) com as ações determinadas, faz-se o cálculo dos esforços solicitantes no elemento estrutural; c) finalmente, verificam-se as seções e calculam-se as armaduras. Dentre os vários métodos de ensaio destinados à determinação da resistência de um tubo, os quatro métodos mais conhecidos são os seguintes:

Métodos de ensaios de tubos

Quer seja pela simplicidade e facilidade de execução dos ensaios, ou pela exatidão e uniformidade dos resultados, o ensaio de três cutelos (que a partir de agora será indicado como ensaio de compressão diametral) é o método de ensaio mais empregado para determinação da resistência de tubos rígidos, sendo inclusive adotado pela norma brasileira NBR 8890 (ABNT, 2007) como ensaio padrão. No Anexo B da NBR 8890 (ABNT, 2007) estão descritos os procedimentos que devem ser seguidos no ensaio de compressão diametral de tubos circulares de concreto destinados ao transporte de águas pluviais e esgotos sanitários. Os equipamentos utilizados no carregamento dos tubos devem assegurar uma distribuição uniforme dos esforços ao longo do corpo do tubo, descontados os ressaltos das bolsas e os rebaixos das pontas. Entretanto, o dispositivo de distribuição das ações nos tubos pode se estender sobre todo o comprimento útil do tubo (l), a depender de acordos existentes entre o comprador e o fabricante dos tubos. Ainda segundo essa norma, o comprimento útil dos tubos será tomado pelo valor médio das medidas de três geratrizes, defasadas entre si de 120°.   Os tubos deverão ser assentes sobre sarrafos retos de madeira. Os comprimentos dos sarrafos devem ser superiores ao comprimento útil dos tubos, devendo estar afastados entre si de um décimo do diâmetro nominal do tubo. Na geratriz superior dos tubos deve ser disposta uma vigota de madeira para distribuir a força de ensaio ao longo do comprimento útil do tubo. A NBR 8890 (ABNT, 2007) não faz menção sobre as dimensões das vigotas responsáveis pela distribuição das forças ao longo das geratrizes dos tubos. Entretanto, pode-se recorrer a algumas recomendações sugeridas por normas estrangeiras. A normalização italiana, por exemplo, sugere que sejam utilizadas vigotas de madeira com dimensões transversais de aproximadamente 15 cm x 15 cm. Já a norma alemã DIN 4035 (1976) propõe que as dimensões das vigotas de madeira variem de acordo com o diâmetro nominal do tubo. Conforme sugestões da ASTM C497 (1998), os sarrafos inferiores devem ter dimensões transversais com espessura maior que 51 mm e altura compreendida entre 25 mm e 38 mm, possuindo um arredondamento com raio de 13 mm no topo do sarrafo. Os sarrafos devem estar apoiados em uma base rígida de pelo menos 150 mm de espessura. Ainda de acordo com as especificações da ASTM C497 (1998), a vigota de madeira disposta na geratriz superior do tubo deve ter rigidez tal que, para o carregamento máximo de ensaio ela não apresente deslocamentos superiores a l/720, em que l é o comprimento da vigota. Conforme recomenda a NBR 8890 (ABNT, 2007), a fim de evitar a localização de esforços em irregularidades, pode-se intercalar entre o tubo e cada um dos cutelos de madeira elastômeros com 5 mm de espessura. Ainda de acordo com a NBR 8890 (ABNT, 2007), para garantir uma distribuição uniforme da força aplicada ao longo da geratriz superior do tubo, a linha de aplicação da resultante da força aplicada deve coincidir com o trecho médio do comprimento útil do tubo. A elevação da força no ensaio deverá ser feita de modo contínuo, a velocidade constante compreendida entre 5 kN/m/min e 35 kN/m/min. Nos tubos circulares de concreto armado, a força deve ser aplicada até que a força de primeira fissura seja atingida, sendo, em seguida, elevada até a ruptura do tubo. De acordo com a NBR 8890 (ABNT, 2007), a medida para abertura de fissuras de 0,25 mm deve ser feita por meio de uma lâmina padrão (Figura 2.10). A fissura é detectada quando a ponta da lâmina penetrar sem dificuldades 1,6 mm, com pequenos intervalos, na distância de 300 mm Entretanto, desde o início da aplicação deste procedimento foram encontrados diversos obstáculos para a determinação da força de primeira fissura, podendo ser citadas as condições de iluminação do laboratório, a cor e a textura da superfície do tubo, a acuidade visual do observador e, principalmente, a dificuldade de medição da fissura com o ensaio em andamento, conforme é relatado pela NBR 8890 (ABNT, 2007). A força de fissura é aquela a partir da qual aparecerá no tubo uma fissura de 0,25 mm de abertura, no comprimento de 300 mm ou mais, o que corresponde ao estado limite de fissuração.

Os tubos de PEAD

Os tubos de polietileno de alta densidade(PEAD) podem ser usados em substituição aos tubos feitos de materiais como PVC, concreto e aço galvanizado. São empregados em sistemas de saneamento básico, drenagem e mineração, por exemplo. Esse tipo de tubulação está normatizado pela ABNT NBR 8417:1999 – Sistemas de Ramais Prediais de Água – Tubos de Polietileno PE – Requisitos. A norma fixa as condições exigidas para tubos de polietileno, unidos por juntas mecânicas ou por meio de eletro fusão. As tubulações são, normalmente, divididas entre rígidas e flexíveis. Tubos rígidos não aceitam nenhum tipo de desvio sem que seja feita uma intervenção em sua estrutura. É o caso de materiais como concreto, cerâmica e ferro fundido. Já os tubos flexíveis aceitam, ao menos, um mínimo de desvio sem que seja preciso uma intervenção estrutural – é o caso de tubos em materiais como aço, alumínio e termoplásticos, categoria do polietileno. Os tubos flexíveis podem, ainda, ser divididos em materiais elásticos – caso dos tubos de metal – e visco elásticos, representados pelos materiais termoplásticos. O uso de PEAD para tubulações é relativamente recente. É utilizado desde os anos 1950, e tem substituído materiais para sistemas de saneamento e drenagem, canalização de rios e manejo de fluidos à base de água em geral. Na construção civil e obras de infraestrutura, é crescente a substituição de tubulações de aço e concreto por polietileno, por conta de suas boas propriedades mecânicas e químicas. Os tubos em PEAD podem ser lisos ou corrugados, sendo que a resistência mecânica do PEAD é intensificada pelo exterior corrugado, que aumenta a força estrutural do tubo. Como a capacidade de condução de uma tubulação é inversamente proporcional à sua rugosidade interna, o baixo índice de rugosidade do interior dos tubos PEAD ajuda sua eficiência hidráulica em conduzir água e fluidos à base d’água. Essa capacidade representa a fricção, em oposição, da superfície do tubo ao fluxo do líquido. O índice que indica a velocidade d’água em canais e tubulações é o coeficiente de Manning.

Diâmetros e dimensões

O diâmetro dos tubos pode variar bastante. Em obras de infraestrutura, ultrapassam facilmente 1 m de diâmetro, como é o caso das tubulações usadas pela Embasa (Empresa Baiana de Águas e Saneamento), por exemplo. “A Embasa atua nas áreas de abastecimento de água e esgotamento sanitário. Nas duas áreas, a empresa utiliza tubulações em PEAD, de diâmetros que vão de 20 mm até 1.600 mm”, diz o engenheiro Paulo Eduardo Santos, gerente do departamento de obras da região metropolitana de Salvador. A dimensão dos tubos varia ainda mais, e está relacionada a seu diâmetro. Tubos mais finos podem ser encontrados em rolos de 100 m, por exemplo, enquanto os de diâmetro maior podem ter 6 m de comprimento.

Leveza e trabalhabilidade

O polietileno é mais leve do que outros materiais usados em tubulações. Essa leveza permite uma economia em vários aspectos em relação aos materiais mais pesados. Pode-se carregar mais tubos por caminhão; o manuseio dos tubos é facilitado e exige menos pessoas na equipe e menos equipamentos pesados são necessários para a carga. Além disso, há menor ocorrência de perdas de tubos avariados em obra e mais segurança. O PEAD é fácil de ser cortado, e não há necessidade de chanfro nas junções. A Embasa não tem uma estimativa da produtividade na instalação destes tubos, mas concorda que o material acelera expressivamente os processos de instalação, em obras de saneamento, por ser leve e de fácil encaixe. Segundo Santos, os tubos de polietileno são 50% a 75% mais leves em comparação com os tubos de aço e representam cerca de um décimo do peso dos tubos de concreto.

Resistência química e à abrasão

Em comparação ao concreto reforçado, o índice de perda de material do PEAD é de 15% a 25%. Ele é bastante resistente à corrosão, além de imune à reação galvânica e eletromecânica. O polietileno pode ser utilizado de maneira segura nos solos ou efluentes que apresentem uma variação de pH de 1,5 a 14. O PEAD tem vida útil mínima de 50 anos, e esperada de 75 anos.

Instalação e produtividade

Paulo Eduardo Santos, da Embasa, descreve como é feita uma instalação típica de um sistema de tubulação PEAD. “É uma tubulação de fácil manuseio. Após cavar a vala, assentamos os tubos. Eles são unidos um ao outro a partir da eletrofusão, ou seja, por aquecimento”, diz o engenheiro e gerente do departamento de obras. A eletrofusão é um processo de solda em que uma corrente elétrica, de intensidade controlada, passa por uma resistência existente na conexão, aquece-a e transfere ao tubo energia suficiente para que aconteça a fusão dos dois elementos. A execução da solda é feita com uma máquina de eletrofusão, a qual controla a tensão fornecida à conexão e o tempo necessário para se atingir a temperatura de fusão e resfriamento dos elementos. “O PEAD é um material muito prático, leve para se trabalhar, de fácil manuseio, e que agiliza bastante a execução das obras”, completa Santos. Uma instalação adequada é fator determinante no comportamento em longo prazo de qualquer tubulação de saneamento. Os procedimentos básicos de instalação, manipulação e armazenagem são feitos de forma muito parecida às tubulações de outros materiais, como concreto e PVC.

Armazenagem

Os tubos podem ser empilhados temporariamente em uma área descoberta, plana e sem riscos de inundações ● Ancore os tubos com blocos de madeira ● Coloque os blocos dos dois lados da pilha e a 2 m de ambos extremos dos tubos ● Acomode os tubos em pirâmides de larguras de até 6 m e comprimento de até 1,8 m ● Alterne ponta e bolsa ● As bolsas devem estar livres para fora da pilha de armazenagem ● Evite golpear as pontas dos tubos para evitar danos ● Não arraste os tubos

Instalação

● Inspecione a bolsa para tirar qualquer material estranho ● Limpe com um pano o interior da bolsa para tirar sujeiras ● Lubrifique a bolsa utilizando um pano limpo ● Tire a envoltura protetora que se encontra nos anéis de borracha ● Limpe a ponta do extremo do outro tubo e tire todo o material estranho ● Lubrifique o anel de borracha utilizando um pano limpo ● Não permita que a parte lubrificada toque a terra ou o recobrimento ● Não deixe cair o tubo no interior da vala ● Baixe o tubo para a vala manualmente ou utilizando bandas de náilon de 3″ de largura e retroescavadeira ● Sempre empurre a ponta para dentro da bolsa, e não a bolsa para dentro da ponta.

Conexão

● Aplique um tampão de instalação dentro da bolsa do tubo ● Coloque uma viga de madeira horizontalmente, atravessando o extremo do tampão de instalação ● Cuidadosamente, empurre a parte posterior da concha da retroescavadeira contra a viga até que a ponta entre totalmente dentro da bolsa ● Coloque uma banda de náilon ao redor do centro do tubo ● Enganche o outro extremo da banda de náilon na pá da retroescavadeira ● O operador deve empurrar cuidadosamente a banda de náilon da bolsa do tubo até que a ponta esteja completamente dentro da campana ● Mantenha paralela a tubulação em relação ao solo a um ângulo não maior que 1,5°

Materiais empregados na Produção dos Tubos

Concreto

O concreto deve ter características compatíveis com o processo de fabricação dos tubos. Para tanto, este deve ser objeto de controle de qualidade. A durabilidade do concreto deve ser considerada em função do uso do tubo. De acordo com a NBR 8890 (ABNT, 2007), para tubos de concreto destinados a águas pluviais, recomenda-se uma relação água/cimento inferior a 0,50 e, para tubos destinados a esgotos sanitários, esta relação não deve ser superior a 0,45. Na produção dos tubos de concreto, normalmente se utilizam concretos com resistência característica à compressão (fck) maior ou igual a 25 MPa. A ACPA (1993) recomenda que estes tubos sejam produzidos com fck variando entre 28 MPa e 42 MPa. Para os tubos destinados a águas pluviais, de acordo com a NBR 8890 (ABNT, 2007), pode ser utilizado qualquer cimento Portland, desde que esteja garantida a baixa agressividade do meio externo ao concreto. Nos tubos destinados a esgotos sanitários, devem ser utilizados cimentos resistentes a sulfatos, conforme especificado na NBR 5737 (ABNT, 1992). A NBR 8890 (ABNT, 2007) fixa o limite de absorção de água do tubo em 8% do peso seco de concreto. Grande quantidade de água absorvida não é problemática, embora indique uma pior qualidade do concreto do tubo, por ser mais poroso. Além disso, tubos de concreto muito poroso facilitam a contaminação da água que nele escoa, ou do solo pelo esgoto que o tubo conduz.

Aço

Os aços para tubos devem atender às especificações dos aços para concreto armado, conforme normas vigentes. De acordo com a NBR 8890 (ABNT, 2007), as armaduras principais destinadas para a produção de tubos de concreto armado podem ser simples ou duplas posicionadas de forma que os cobrimentos mínimos sejam garantidos. O afastamento máximo das barras transversais deve ser de 15 cm, sendo que nos tubos com bolsa o afastamento máximo é de 5 cm, tendo pelo menos duas espiras em sua extremidade. Uma das possíveis opções de armaduras para a produção de tubos de concreto é a tela soldada, cujas vantagens são a redução do tempo de mão-de-obra com corte, arqueamento e amarração e, a melhor aderência com o concreto, devido à presença de barras transversais. Os fios longitudinais das telas soldadas devem possuir diâmetros não superiores a 7,1 mm, uma vez que, a partir deste diâmetro, as operações de retificação ou arqueamento das telas se tornam bastantes difíceis de serem realizadas. A armadura em tela soldada destinada a tubos de concreto armado é constituída por malhas retangulares espaçadas de 10 e 20 cm para os fios longitudinais e transversais, respectivamente, sendo que estes fios são dispostos de maneira sobreposta e soldados por caldeamento. Os fios de aço das telas soldadas geralmente pertencem à categoria CA-60, isto é, são feitos de aço que não apresentam patamar de escoamento e que possuem tensão de escoamento igual a 600 MPa. Atualmente no Brasil, tem sido produzidas telas somente com fios nervurados, os quais apresentam alta aderência com o concreto, melhorando assim o desempenho mecânico dos tubos. O grande entrave na utilização de armaduras pré-fabricadas por parte de algumas fábricas de tubos de concreto consiste no preço da tela, em comparação com as armaduras montadas na própria fábrica por meio de bobinadeiras. Porém, para se realizar tal comparação deve-se levar em conta características como o diâmetro, a classe e o tipo do tubo, o investimento na compra da bobinadeira e os custos para sua manutenção, etc. As armaduras devem apresentar um cobrimento mínimo, cuja finalidade principal é a proteção química da armadura para evitar a corrosão e garantir a durabilidade do tubo. Dentre os fatores de maior importância na garantia da proteção da armadura estão o valor do cobrimento e a qualidade do concreto (principalmente no que se refere à quantidade de cimento, a relação água/cimento e o adensamento do concreto). De modo geral, o concreto se apresenta de boa qualidade, por causa da dosagem e das condições de execução. Em contrapartida, os tubos podem ser submetidos a condições severas, tais como aquelas a que estão submetidos os tubos destinados a esgotos sanitários. A NBR 8890 (ABNT, 2007) apresenta os cobrimentos mínimos para os tubos de concreto armados.

Produção de Tubos de Concreto

As fábricas procuram produzir tubos circulares de modo que as espessuras das paredes estejam próximas das espessuras mínimas recomendadas pela norma NBR 8890 (ABNT, 2007). Dentre as formas de se produzir tubos de concreto, podem ser destacados as seguintes: a) Apiloamento manual ou mecânico: nesta forma de produção de tubos, enchem-se as fôrmas com concreto, sendo, em seguida, feito o apiloamento com soquetes. b) Vibração: neste caso, são fixados vibradores nas fôrmas internas ou externas. c) Centrifugação: na fabricação destes tubos somente é utilizada uma das fôrmas. Ideal para construir tubos de pequena espessura. d) Vibro-prensagem: a fabricação dos tubos por vibro-prensagem é feita em instalações industriais com alto grau de automação dos equipamentos, que são instalados em fossos a fim de reduzir os ruídos e isolar as vibrações. O adensamento do concreto é feito por um dispositivo vibrador que possui frequência de vibração variando em função do tipo e do diâmetro nominal do tubo. Com este equipamento é possível produzir tubos com comprimentos até 2,5 m e diâmetro nominal entre 300 mm e 3000 mm. e) Compressão radial: o equipamento utilizado para a produção dos tubos é dotado de fôrmas e um êmbolo rotativo hidráulico, constituídos de rótulas que giram em alta velocidade e em sentidos contrários. Com este equipamento é possível produzir tubos com comprimentos de até 3,5 m, com diâmetros nominais entre 300 mm e 1500 mm.

Dimensões e Tolerâncias dos Tubos

Segundo a NBR 8890 (ABNT, 2007), o diâmetro interno dos tubos circulares de concreto não deve diferir mais de 1% do diâmetro nominal, ou seja: interno ≥ 0,99 nominal e interno 1,01 nominal. Já para as dimensões das paredes dos tubos (h), devem ser atendidos os seguintes limites descritos abaixo, onde h declarada refere-se à espessura declarada da parede.

Dimensionamento dos Tubos de Concreto

O dimensionamento consiste basicamente em se determinar as armaduras necessárias para atender aos estados limites. Deve ser considerado o estado limite último por solicitações normais (momento fletor e esforço normal) e verificada a força cortante. Em serviço deve ser verificado o estado limite de abertura excessiva de fissuras. Os fatores de segurança normalmente utilizados no dimensionamento de tubos de concreto são aqueles usualmente empregados em estruturas correntes de concreto armado, ou seja, 1,4 para o concreto e 1,15 para o aço. Entretanto, caso seja empregado um rigoroso controle de execução, o coeficiente de minoração da resistência do concreto poderá ser reduzido para 1,3.

Esforços Solicitantes e Deslocamentos

Conforme já comentado, o tubo deve ser dimensionado para uma situação idêntica à observada no ensaio de compressão diametral. Nessa situação, o tubo está sujeito a uma força uniformemente distribuída ao longo do seu eixo. Considerando estado plano de deformações, o tubo pode ser bem definido por meio de uma faixa de largura unitária. O tubo é analisado para duas seções de referência: a seção do coroamento / base (1) e a seção do flanco (2), onde esforços solicitantes e deslocamentos são máximos. Da teoria clássica de flexão aplicada aos anéis encontram-se as seguintes expressões para os esforços e o deslocamento, sendo F, rm, E e I, respectivamente, a força aplicada no ensaio, o raio médio do tubo, o módulo de elasticidade e o momento de inércia. De acordo com o processo de execução do ensaio, pode-se considerar uma redução nos momentos fletores do coroamento da ordem de 8%, conforme apresentado por El Debs (2003), o que corresponde considerar a propagação do carregamento até a linha média da espessura do tubo.

Arranjos das Armaduras

No Brasil, os arranjos mais utilizados são: a) Circular simples, normalmente para tubos com diâmetro nominal inferior a 1000 mm. Para atender tanto aos esforços no coroamento quanto aos esforços no flanco, a armadura será melhor empregada quando estiver posicionada um pouco abaixo do centro geométrico da parede, mais próxima da face interna do tubo. Geralmente o centro de gravidade da armadura fica posicionado entre 0,35 h e 0,50 h da face interna do tubo. b) Circular dupla, normalmente para tubos com diâmetro nominal superior a 800 mm, quando a adoção de armaduras simples conduz a espessuras muito grandes. Neste caso, devido à distribuição dos esforços entre o coroamento e o flanco, a armadura interna é maior que a armadura externa. c) Tubos com protensão circular. De uso restrito, têm uso mais comum em adutoras de água e tubulações sanitárias. Procedimento de Cálculo da Armadura O cálculo da armadura principal de tubos circulares de concreto é realizado de acordo com as hipóteses de cálculo apresentadas na NBR 6118 (ABNT, 2007) para solicitações normais, sendo este assunto abordado por diversos trabalhos sobre o projeto de estruturas em concreto armado, como Fusco (1981) e Sussekind (1979). O cálculo da armadura circular simples pode ser realizado da seguinte maneira: i) calcula-se a armadura simples nas seções do coroamento e flanco para os esforços solicitantes decorrentes do ensaio de compressão diametral; ii) faz-se variar a posição da armadura até que as áreas das armaduras no coroamento e flanco sejam praticamente iguais, respeitando o limite de cobrimento nominal mínimo da armadura; iii) determina-se a armadura de acordo com a situação anterior, de modo que a posição do centro de gravidade da armadura seja múltipla de 0,50 cm. Na determinação da armadura circular dupla, o dimensionamento pode ser feito para as seções do coroamento e flanco de forma iterativa, sendo que em cada iteração o cálculo da armadura de flexão é feito considerando uma armadura comprimida da iteração anterior. De acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2007), deve-se evitar a ruptura frágil quando a primeira fissura é formada. Para tanto, deve existir uma armadura mínima de tração determinada pelo dimensionamento da seção de forma que esta seja capaz de resistir a um momento fletor mínimo dado pela expressão (2.8), sendo W0, o módulo de resistência da seção transversal bruta de concreto relativo à fibra mais tracionada e fctk,sup, o valor superior da resistência característica do concreto à tração. Para atender situações transitórias de manuseio, armazenamento e instalação do tubo, as armaduras de flexão devem ainda estar limitadas a certos valores mínimos. Expressões para estas armaduras mínimas podem ser encontradas em ASCE (1994). A verificação à força cortante pode ser feita seguindo as recomendações da NBR 6118 (ABNT, 2007), onde é dispensada a armadura transversal para resistir aos esforços de tração oriundos de força cortante, porém a ASCE (1994) apresenta uma formulação específica para tubos. Com relação ao estado limite de abertura de fissura, as verificações podem ser feitas de acordo com as indicações da NBR 6118 (ABNT, 2007). O valor da abertura da fissura, calculado de acordo com as expressões da norma, deve estar limitado a 0,25 mm, o que corresponde à definição da força de trinca (fissura) no ensaio de compressão diametral, conforme a NBR 8890 (ABNT, 2007).

Autor: Jefferson Lins da Silva, sob orientação de Mounir Khalil El Debs Fonte: Assessoria de imprensa Tigre