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Como Construir:
Galerias de drenagem de águas pluviais com tubos de concreto
INTRODUÇÃO
Este texto tem como objetivo apresentar, de forma direta, os princípios básicos que regem a construção de redes
de drenagens pluviais com tubos de concreto enterrados (foto 1). Indica os conceitos para projeto, bem como
recomendações de instalação, para facilitar o entendimento sobre o comportamento em uso dessas redes. Para o bom
desempenho de uma rede de drenagem é fundamental que vários itens sejam atendidos. Vejamos.
Levantamento de dados:
Estudo minucioso dos fatores que irão contribuir para a alimentação da rede, como áreas, permeabilidade destas,
população, índices pluviométricos, características do solo de escavação e assentamento, entre outros.
Concepção da rede:
Deve considerar fatores como urbanização, topografia, pontos de descarga ou interligação com outras redes. Essa
etapa é fundamental e exige muita experiência dos engenheiros e técnicos envolvidos. A má concepção pode gerar uma
significativa alteração no custo final e eventualmente até da performance técnica da rede.
Foto 1 – Vista da obra de drenagem com tubos de concreto
Projeto Hidráulico
No projeto hidráulico são tomadas as decisões necessárias à garantia do bom desempenho funcional do condutor,
com a definição de suas características geométricas (secção de vazão, locação em planta e corte, etc.), medidas de
proteção contra a erosão, entupimentos, riscos de inundação, etc., levando-se em conta as ações hidráulicas capazes
de agir sobre a estrutura.
Os tubos de concreto são classificados como canais uniformes e retilíneos, com seção transversal, rugosidade das
paredes e declividades constantes em cada trecho a ser dimensionado por regime de escoamento permanente e livre.
Para a determinação de vazão de pequenas áreas, utiliza-se a equação do Método Racional e para o
dimensionamento hidráulico dos tubos, as equações de Chézy ou a de Manning ou a Fórmula Universal.
1.1 Método Racional:
Q = C x I x A onde:
Q = vazão, em L/s;
C = coeficiente de escoamento superficial, adimensional;
I = intensidade de precipitação, em L/s.ha;
A = área da bacia, em há.
1.2 Fórmula Manning
Q = (A x Rh
2/3
x I
½)
onde:
N
Q = vazão, em m
3
/s
A = área molhada, em m²
I = declividade, em 5 ou m/m
Rh = raio hidráulico, em m
N = coeficiente de Manning (no caso de tubos de concreto n= 0,013)
Obs: Recomenda-se limitar a velocidade média no máximo 5,0 m/seg, assim garantindo a integridade das paredes,
evitando-se erosões e no mínimo em 0,5m/seg para evitar o acúmulo de partículas sólidas eventualmente carregadas
pelos líquidos.
Projeto Estrutural
O projeto estrutural de uma tubulação enterrada deve merecer o mesmo cuidado de um projeto de estrutura,
embora, pela particularidade de “ficar escondida“, às vezes se dá menos atenção a obras desse tipo.
A seguir, serão apresentados alguns conceitos envolvidos no cálculo estrutural de tubos de concreto, abordando
o aspecto dos dois principais tipos de cargas atuantes sobre as tubulações, e determinando a classe de resistência
das tubulações rígidas, utilizando-se a norma brasileira.
Figura 1 – Desenho esquemático dos tipos de valas e aterros
2 – DETERMINAÇÃO DOS CARREGAMENTOS
Os métodos mais utilizados são as teorias de Marston – Spangler, aplicadas ao dimensionamento nas
condições (figura 1):
? Valas ou trincheiras;
? Aterros
2.1 DETERMINAÇÃO DAS CARGAS DE TERRA
No caso de carga de terra sobre o tubo na condição de vala:
P = Cv x ? x B x B onde:
P = carga sobre o tubo por unidade de comprimento
B = largura da vala no plano da geratriz superior do tubo
Cv = coeficiente de carga para tubos instalados em vala, que depende do tipo de solo, da profundidade da
instalação “H”e da largura de vala “B”. (tabelas)
? = peso especifico do solo de reaterro
No caso de carga de terra sobre o tubo na condição de aterro:
P = CA x ? x D
2
onde:
P = carga sobre o tubo por unidade de comprimento.
CA = Coeficiente de carga para tubos instalados na condição de aterro, sendo função do tipo de solo (Ku), da
profundidade da instalação, do diâmetro do tubo, da taxa de recalque rsd.
2.2 DETERMINAÇÃO DAS CARGAS MÓVEIS
São resultantes do tráfego na superfície (figura 2).
A pressão resultante no solo pode ser calculada através da integração de Newmark para a formula de
Boussinesq:
M = Ct * (P * F)/L – Cargas concentradas
M = Ct * q * F * De – Cargas distribuídas
Onde:
P = Carga concentrada (por exemplo, a roda do veículo) aplicada na superfície do solo segundo a vertical
do centro do tubo.
q = Carga uniformemente distribuída.
L = comprimento do tubo.
De = diâmetro externo da tubulação.
Ct = coeficiente de Marston que depende de m = L/2h e n = De/2h
F = Coeficiente de impacto, sendo: F = 1,50 para rodovias
F = 1,75 para ferrovias
F = 1,00 à 1,50 para aeroportos
Figura 2 – Desenho esquemático das cargas móveis
2.3 DETERMINAÇÃO DA CARGA TOTAL
2.4 DETERMINAÇÃO DA CLASSE DE RESISTÊNCIA DOS TUBOS DE CONCRETO
Carga total = carga de terra+ carga móvel
É de fundamental importância a realização de sondagens ao longo das redes, para a determinação das
tensões admissíveis do solo e conseqüentemente sua capacidade de suporte.
Este procedimento determina a escolha do tipo de base para assentamento das tubulações, podendo ser
diretamente sobre o solo local; diretamente sobre o solo local, mas com a acomodação da bolsa ou sobre base
de rachão (brita 3 e 4); sobre brita graduada ou material granular, e até mesmo sobre berço de concreto, onde o
fator de equivalência (FE) será respectivamente 1,1; 1,5; 1,9; 2,25 a 3,4.
Foto 2 – Abertura da vala Foto 3 – Ensaio de compressão diametral
Devemos sempre salientar a importância de estudos técnico-econômicos sobre todas as possibilidades,
buscando a solução de melhor custo-benefício.
Com a determinação da carga total (somatória das cargas de terra e das cargas móveis) e do fator de
equivalência, determinamos a carga que efetivamente atua sobre os tubos e conseqüentemente podemos
especificar a classe de resistência do tubo comparando este valor aos especificados pela NBR8890/2003.
Onde:
FE – Fator de Equivalência
Nota: As classes de resistência previstos na NBR 8890/03 para tubos de concreto destinados a condução de
águas pluviais, são:
PS1 e PS2 – para tubos de concreto simples (diâmetro de 200 a 600 mm)
PA1, PA2, PA3 e PA4 – para tubos de concreto armado (diâmetro de 300 a 2000 mm).
Carga atuante sobre o tubo de concreto = Carga Total
FE
Execução das Obras
As redes de tubos de concreto para drenagem pluvial podem ser executadas em valas ou aterros, devendo em
qualquer caso ter a preocupação de apoiar uniformemente todo o corpo cilíndrico do tubo, criando nichos para
acomodação das bolsas, evitando-se a concentração de tensões nas tubulações.
3 – EXECUÇÃO DE OBRAS
As obras de execução de redes de drenagem de água pluvial, devem obedecer rigorosamente as normas técnicas
pertinentes
Antes de se iniciar as obras, é necessário a determinação ou locação das coordenadas de projeto, assim como
medidas de proteção e sinalização, quando necesárias. Posteriormente, inicia-se a execução da obra, sendo:
3.1 – ESCAVAÇÃO DA VALA
Quando os tubos forem assentados em valas, estas deverão ter dimensões compatíveis com seu diâmetro
permitindo a montagem, rejuntamento no caso de junta rígida e reaterro compactado da vala.
As valas deverão ser abertas sempre de jusante para montante (foto 2), com acompanhamento topográfico e
seguindo as cotas, alinhamentos e perfis longitudinais estipulados em projeto.
Estudos geotécnicos irão determinar a necessidade ou não de escoramentos em função da estabilidade do solo e
profundidade da vala, que poderão ser contínuos ou localizados, executados em madeira, perfis metálicos ou um misto
(perfis metálicos e madeira). Lembrando que é obrigatório o escoramento para valas com profundidade superior a 1,25
m, conforme Portaria no. 18 do Ministério do Trabalho.
Também, cuidados especiais deverão ser tomados nos casos em que for necessária a realização de rebaixamento
do lençol freático.
3.2 – CONTROLE DE QUALIDADE DOS TUBOS DE CONCRETO (ENSAIOS)
Apesar das empresas fabricantes de tubos virem se aprimorando ano a ano, é importante que o contratante faça o
controle de qualidade, a fim de garantir o perfeito atendimento as especificações exigidas no projeto e na normalização.
Devem ser realizados os ensaios de controle de qualidade para o recebimento dos tubos na obra, estão previstos
na NBR 8890/03, sendo os seguintes:
? Verificação das características geométricas (análise dimensional).
? Determinação da resistência à compressão diametral (foto 3).
? Determinação do índice de absorção de água.
? Verificação da estanqueidade da junta (quando tiver junta elástica).
Atualmente, os fabricantes estão incorporando juntas elásticas aos tubos de concreto (foto 4), a fim de garantir a
estanqueidade do sistema e a rapidez das obras.
Foto 4 – Tubo de concreto com junta elástica Foto 5 – Assentamento dos tubos de concreto
Foto 6 – Compactação do reaterro
3.3 – ASSENTAMENTO DOS TUBOS
Deverá seguir paralelamente à abertura da vala, de jusante para montante, com a bolsa voltada para montante.
A decida dos tubos na vala deve ser feita cuidadosamente, manualmente ou com o auxílio de equipamentos
mecânicos (equipamentos mecânicos). Os tubos devem estar limpos internamente e sem defeitos.
Cuidado especial deve ser tomado principalmente com as bolsas e pontas dos tubos, contra possíveis danos na
utilização de cabos e/ou tesouras.
No momento do acoplamento os tubos devem ser suspensos por cabos de aço ou cinta, sempre pelo diâmetro
externo, verificando-se o alinhamento dos extremos a serem acoplados.
Quando a rede tiver junta elástica, devemos observar se os anéis de borracha estão posicionados corretamente e
após o acoplamento, não há a necessidade de realizar o rejuntamento.
Caso os tubos tenham de junta rígida, após o acoplamento, deve-se executar o rejuntamento dos tubos pelo lado
externo com a utilização de argamassa de areia e cimento. Para tubos com diâmetro nominal interno de 800 mm em
diante, recomenda-se também o rejuntamento interno.
3.4 – REATERRO DA VALA
Deverá ser feito com material compatível e com o nível de compactação adequado.
Cuidados especiais deverão ser tomados com o reaterro inicial ao lado dos tubos, pois normalmente o local é de
difícil acesso, dificultando a compactação do solo.
O material do reaterro deverá ser lançado em camadas de no máximo 20 cm, com umidade próxima da ótima e
compactado com equipamento manual tipo “sapo-mecânico”, até uma altura mínima de 80 cm sobre a geratriz superior
do tubo, quando poderá ser compactado com equipamento autopropelido.
Antes de iniciar a compactação mecânica do reaterro com equipamento de grande porte (foto 6), é importante que
o engenheiro responsável verifique se o tubo foi dimensionado para aquela determinada solicitação de carga.
************************************************************************************************
Nota: A ABTC, visando facilitar o dimensionamento hidráulico e estrutural desenvolveu um software que está
disponível no site (www.abtc.com.br). O software aborda simplesmente os casos mais comuns de dimensionamento, em
caso de projetos específicos, deve-se procurar literaturas especializadas.
Autores:
Eng. Fernando J. Relvas
Diretor da Exata Eng. e Ass.Ltda. Prof. das Fac. de Eng. da FAAP E Univ. Anhembi-Morumbi
Eng. Alírio Brasil Gimenez
Diretor Presidente da Fermix Ind. e Com. Ltda
Eng. Marco Aurélio W. Segnini
Secretário Executivo da ABTC
Obs.: Texto publicado originalmente na revista Techne (Editora Pini), edição 93 (dezembro 2004).

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Galerias de drenagem de guas pluviais com tubos

  • 1. Como Construir: Galerias de drenagem de águas pluviais com tubos de concreto INTRODUÇÃO Este texto tem como objetivo apresentar, de forma direta, os princípios básicos que regem a construção de redes de drenagens pluviais com tubos de concreto enterrados (foto 1). Indica os conceitos para projeto, bem como recomendações de instalação, para facilitar o entendimento sobre o comportamento em uso dessas redes. Para o bom desempenho de uma rede de drenagem é fundamental que vários itens sejam atendidos. Vejamos. Levantamento de dados: Estudo minucioso dos fatores que irão contribuir para a alimentação da rede, como áreas, permeabilidade destas, população, índices pluviométricos, características do solo de escavação e assentamento, entre outros. Concepção da rede: Deve considerar fatores como urbanização, topografia, pontos de descarga ou interligação com outras redes. Essa etapa é fundamental e exige muita experiência dos engenheiros e técnicos envolvidos. A má concepção pode gerar uma significativa alteração no custo final e eventualmente até da performance técnica da rede. Foto 1 – Vista da obra de drenagem com tubos de concreto
  • 2. Projeto Hidráulico No projeto hidráulico são tomadas as decisões necessárias à garantia do bom desempenho funcional do condutor, com a definição de suas características geométricas (secção de vazão, locação em planta e corte, etc.), medidas de proteção contra a erosão, entupimentos, riscos de inundação, etc., levando-se em conta as ações hidráulicas capazes de agir sobre a estrutura. Os tubos de concreto são classificados como canais uniformes e retilíneos, com seção transversal, rugosidade das paredes e declividades constantes em cada trecho a ser dimensionado por regime de escoamento permanente e livre. Para a determinação de vazão de pequenas áreas, utiliza-se a equação do Método Racional e para o dimensionamento hidráulico dos tubos, as equações de Chézy ou a de Manning ou a Fórmula Universal. 1.1 Método Racional: Q = C x I x A onde: Q = vazão, em L/s; C = coeficiente de escoamento superficial, adimensional; I = intensidade de precipitação, em L/s.ha; A = área da bacia, em há. 1.2 Fórmula Manning Q = (A x Rh 2/3 x I ½) onde: N Q = vazão, em m 3 /s A = área molhada, em m² I = declividade, em 5 ou m/m Rh = raio hidráulico, em m N = coeficiente de Manning (no caso de tubos de concreto n= 0,013) Obs: Recomenda-se limitar a velocidade média no máximo 5,0 m/seg, assim garantindo a integridade das paredes, evitando-se erosões e no mínimo em 0,5m/seg para evitar o acúmulo de partículas sólidas eventualmente carregadas pelos líquidos.
  • 3. Projeto Estrutural O projeto estrutural de uma tubulação enterrada deve merecer o mesmo cuidado de um projeto de estrutura, embora, pela particularidade de “ficar escondida“, às vezes se dá menos atenção a obras desse tipo. A seguir, serão apresentados alguns conceitos envolvidos no cálculo estrutural de tubos de concreto, abordando o aspecto dos dois principais tipos de cargas atuantes sobre as tubulações, e determinando a classe de resistência das tubulações rígidas, utilizando-se a norma brasileira. Figura 1 – Desenho esquemático dos tipos de valas e aterros 2 – DETERMINAÇÃO DOS CARREGAMENTOS Os métodos mais utilizados são as teorias de Marston – Spangler, aplicadas ao dimensionamento nas condições (figura 1): ? Valas ou trincheiras; ? Aterros 2.1 DETERMINAÇÃO DAS CARGAS DE TERRA No caso de carga de terra sobre o tubo na condição de vala: P = Cv x ? x B x B onde: P = carga sobre o tubo por unidade de comprimento B = largura da vala no plano da geratriz superior do tubo Cv = coeficiente de carga para tubos instalados em vala, que depende do tipo de solo, da profundidade da instalação “H”e da largura de vala “B”. (tabelas) ? = peso especifico do solo de reaterro No caso de carga de terra sobre o tubo na condição de aterro:
  • 4. P = CA x ? x D 2 onde: P = carga sobre o tubo por unidade de comprimento. CA = Coeficiente de carga para tubos instalados na condição de aterro, sendo função do tipo de solo (Ku), da profundidade da instalação, do diâmetro do tubo, da taxa de recalque rsd. 2.2 DETERMINAÇÃO DAS CARGAS MÓVEIS São resultantes do tráfego na superfície (figura 2). A pressão resultante no solo pode ser calculada através da integração de Newmark para a formula de Boussinesq: M = Ct * (P * F)/L – Cargas concentradas M = Ct * q * F * De – Cargas distribuídas Onde: P = Carga concentrada (por exemplo, a roda do veículo) aplicada na superfície do solo segundo a vertical do centro do tubo. q = Carga uniformemente distribuída. L = comprimento do tubo. De = diâmetro externo da tubulação. Ct = coeficiente de Marston que depende de m = L/2h e n = De/2h F = Coeficiente de impacto, sendo: F = 1,50 para rodovias F = 1,75 para ferrovias F = 1,00 à 1,50 para aeroportos Figura 2 – Desenho esquemático das cargas móveis 2.3 DETERMINAÇÃO DA CARGA TOTAL 2.4 DETERMINAÇÃO DA CLASSE DE RESISTÊNCIA DOS TUBOS DE CONCRETO Carga total = carga de terra+ carga móvel
  • 5. É de fundamental importância a realização de sondagens ao longo das redes, para a determinação das tensões admissíveis do solo e conseqüentemente sua capacidade de suporte. Este procedimento determina a escolha do tipo de base para assentamento das tubulações, podendo ser diretamente sobre o solo local; diretamente sobre o solo local, mas com a acomodação da bolsa ou sobre base de rachão (brita 3 e 4); sobre brita graduada ou material granular, e até mesmo sobre berço de concreto, onde o fator de equivalência (FE) será respectivamente 1,1; 1,5; 1,9; 2,25 a 3,4. Foto 2 – Abertura da vala Foto 3 – Ensaio de compressão diametral Devemos sempre salientar a importância de estudos técnico-econômicos sobre todas as possibilidades, buscando a solução de melhor custo-benefício. Com a determinação da carga total (somatória das cargas de terra e das cargas móveis) e do fator de equivalência, determinamos a carga que efetivamente atua sobre os tubos e conseqüentemente podemos especificar a classe de resistência do tubo comparando este valor aos especificados pela NBR8890/2003. Onde: FE – Fator de Equivalência Nota: As classes de resistência previstos na NBR 8890/03 para tubos de concreto destinados a condução de águas pluviais, são: PS1 e PS2 – para tubos de concreto simples (diâmetro de 200 a 600 mm) PA1, PA2, PA3 e PA4 – para tubos de concreto armado (diâmetro de 300 a 2000 mm). Carga atuante sobre o tubo de concreto = Carga Total FE
  • 6. Execução das Obras As redes de tubos de concreto para drenagem pluvial podem ser executadas em valas ou aterros, devendo em qualquer caso ter a preocupação de apoiar uniformemente todo o corpo cilíndrico do tubo, criando nichos para acomodação das bolsas, evitando-se a concentração de tensões nas tubulações. 3 – EXECUÇÃO DE OBRAS As obras de execução de redes de drenagem de água pluvial, devem obedecer rigorosamente as normas técnicas pertinentes Antes de se iniciar as obras, é necessário a determinação ou locação das coordenadas de projeto, assim como medidas de proteção e sinalização, quando necesárias. Posteriormente, inicia-se a execução da obra, sendo: 3.1 – ESCAVAÇÃO DA VALA Quando os tubos forem assentados em valas, estas deverão ter dimensões compatíveis com seu diâmetro permitindo a montagem, rejuntamento no caso de junta rígida e reaterro compactado da vala. As valas deverão ser abertas sempre de jusante para montante (foto 2), com acompanhamento topográfico e seguindo as cotas, alinhamentos e perfis longitudinais estipulados em projeto. Estudos geotécnicos irão determinar a necessidade ou não de escoramentos em função da estabilidade do solo e profundidade da vala, que poderão ser contínuos ou localizados, executados em madeira, perfis metálicos ou um misto (perfis metálicos e madeira). Lembrando que é obrigatório o escoramento para valas com profundidade superior a 1,25 m, conforme Portaria no. 18 do Ministério do Trabalho. Também, cuidados especiais deverão ser tomados nos casos em que for necessária a realização de rebaixamento do lençol freático. 3.2 – CONTROLE DE QUALIDADE DOS TUBOS DE CONCRETO (ENSAIOS) Apesar das empresas fabricantes de tubos virem se aprimorando ano a ano, é importante que o contratante faça o controle de qualidade, a fim de garantir o perfeito atendimento as especificações exigidas no projeto e na normalização. Devem ser realizados os ensaios de controle de qualidade para o recebimento dos tubos na obra, estão previstos na NBR 8890/03, sendo os seguintes: ? Verificação das características geométricas (análise dimensional). ? Determinação da resistência à compressão diametral (foto 3). ? Determinação do índice de absorção de água. ? Verificação da estanqueidade da junta (quando tiver junta elástica). Atualmente, os fabricantes estão incorporando juntas elásticas aos tubos de concreto (foto 4), a fim de garantir a estanqueidade do sistema e a rapidez das obras.
  • 7. Foto 4 – Tubo de concreto com junta elástica Foto 5 – Assentamento dos tubos de concreto Foto 6 – Compactação do reaterro 3.3 – ASSENTAMENTO DOS TUBOS Deverá seguir paralelamente à abertura da vala, de jusante para montante, com a bolsa voltada para montante. A decida dos tubos na vala deve ser feita cuidadosamente, manualmente ou com o auxílio de equipamentos mecânicos (equipamentos mecânicos). Os tubos devem estar limpos internamente e sem defeitos. Cuidado especial deve ser tomado principalmente com as bolsas e pontas dos tubos, contra possíveis danos na utilização de cabos e/ou tesouras. No momento do acoplamento os tubos devem ser suspensos por cabos de aço ou cinta, sempre pelo diâmetro externo, verificando-se o alinhamento dos extremos a serem acoplados. Quando a rede tiver junta elástica, devemos observar se os anéis de borracha estão posicionados corretamente e após o acoplamento, não há a necessidade de realizar o rejuntamento. Caso os tubos tenham de junta rígida, após o acoplamento, deve-se executar o rejuntamento dos tubos pelo lado externo com a utilização de argamassa de areia e cimento. Para tubos com diâmetro nominal interno de 800 mm em diante, recomenda-se também o rejuntamento interno. 3.4 – REATERRO DA VALA
  • 8. Deverá ser feito com material compatível e com o nível de compactação adequado. Cuidados especiais deverão ser tomados com o reaterro inicial ao lado dos tubos, pois normalmente o local é de difícil acesso, dificultando a compactação do solo. O material do reaterro deverá ser lançado em camadas de no máximo 20 cm, com umidade próxima da ótima e compactado com equipamento manual tipo “sapo-mecânico”, até uma altura mínima de 80 cm sobre a geratriz superior do tubo, quando poderá ser compactado com equipamento autopropelido. Antes de iniciar a compactação mecânica do reaterro com equipamento de grande porte (foto 6), é importante que o engenheiro responsável verifique se o tubo foi dimensionado para aquela determinada solicitação de carga. ************************************************************************************************ Nota: A ABTC, visando facilitar o dimensionamento hidráulico e estrutural desenvolveu um software que está disponível no site (www.abtc.com.br). O software aborda simplesmente os casos mais comuns de dimensionamento, em caso de projetos específicos, deve-se procurar literaturas especializadas. Autores: Eng. Fernando J. Relvas Diretor da Exata Eng. e Ass.Ltda. Prof. das Fac. de Eng. da FAAP E Univ. Anhembi-Morumbi Eng. Alírio Brasil Gimenez Diretor Presidente da Fermix Ind. e Com. Ltda Eng. Marco Aurélio W. Segnini Secretário Executivo da ABTC Obs.: Texto publicado originalmente na revista Techne (Editora Pini), edição 93 (dezembro 2004).