Desempenho às cargas exteriores

Diagramas de alturas de recobrimento

Os diagramas abaixo apresentam as alturas de recobrimento máximas e mínimas para os tubos em ferro fundido dúctil das classes C40, C30 e C25, com ou sem cargas rolantes.

Quatro casos de assentamento, correspondentes à prática corrente, foram representados. Em todos os outros casos, consultar a Saint-Gobain PAM ou o Fascículo 70.

Foram estabelecidos sobre as quatro hipóteses que se seguem:

critérios de resistência e de deformação dos tubos conformes à norma EN 545 (tensão na parede e ovalização),
método de cálculo conforme ao Fascículo 70 (regulamentação francesa) sem lençol freático.

Os quatro casos de assentamento

Os casos abaixo definidos são válidos na ausência de lençol freático e de meios de entivação. Para os outros casos (assentamento sob muralha, utilização de entivação, etc.) consultar o Fascículo 70 ou a Saint-Gobain PAM.

* ver tabela 1
4 casos de instalação
	Caso #1	Caso #2	Caso #3	Caso #4
	DN ≤ 600	DN 60 to 2000	DN ≤ 1 400	DN ≤ 600

			DN > 1 400	DN > 600

Fundo da vala	Fundo plano	Fundo plano	Cama em material selecionado	Cama em material selecionado
Zona de enchimento (2)
Grupo de solo	4	3	3	1
Compactação	Não compactado	Compactação controlada	Compactação controlada	Compactação controlada
Es (bar)	< 3	7	10	20
2 α (°)	30	30	90	90
Escolha de materiais	Os materiais de aterro utilizados (selecionados ou não) diretamente em contacto com a tubagem devem estar isentos de pedras ou elementos corrosivos.

Elementos do Fascículo 70

O modelo de cálculo utilizado tem em consideração:

6 grupos de solos (ver quadro 1)
3 níveis de qualidade da compactação (ver quadro 2) e da influência: do lençol freático sobre os parâmetros de solo, das condições de remoção da entivação em função da largura da vala, das cargas rolantes (sistema Bc: cruzamento de dois camiões de 30 toneladas cada um sobre 3 eixos).

_{(*) Este material não pode ser utilizado nem na zona envolvente nem na zona de aterro.}
_{(** )Este material não pode ser utilizado para a envolvente, mas pode ser utilizado para a zona de aterro.}
Grupo de solo	Breve descrição
1	Areias e saibros limpos ou com ligeira quantidade de siltes (granulometria < 50 mm)
2	Areias, saibros, siltosos ou medianamente argilosos
3	Argilas siliciosas ou sílicos-calcáreas. Sedimentos, rochas alteradas, aluviões grosseiros com elevada percentagem de finos
4	Lodos, areias finas, argilas, margas ,mais ou menos plásticas (lp <50)
5 a (*)	Argilas e margas muito plásticas (Ip > 50). Materiais orgânicos, solúveis ou poluentes
5 b (**)	Rochas evolutivas, greda, grés, xistos, ... Solos compostos (argilas sílico-calcárias e argilas siliciosas, sedimentos, rochas alteradas, aluviões grosseiros, com elementos de dimensão superior a 250 mm. Saibros limpos, rochas não evolutivas, com elementos > 50 mm.

_{(+) Zona de aterro de envolvimento ou de recobrimento.}
_{(++) Apenas zonas de recobrimento.}
	Não compactado		Compactação controlada		Compactação controlada e verificada
Grupo de solo	Es	2a	Es	2a	Es	2a
	MPa	graus	MPa	graus	MPa	graus
1 (+)	0.7	60	2	90	5	120
2 (+)	0.6	60	1.2	90	3	120
3 (+)	0.5	60	1	90	2.5	120
4 (+)	<0.3	60	0.6	60	0.6	60
5b (++)	0.7	-	2	-	5	-

Cargas do Solo (Desempenho dos Tubos)

Os diferentes tipos de tubos podem ser divididos em três categorias, conforme seu desempenho:

Tubos rígidos
Tubos flexíveis
Tubos semi-rígidos

Os tubos de ferro dúctil são classificados como semi-rígidos. Eles oferecem um bom compromisso entre resistência à carga superior e deflexão vertical, garantindo assim segurança operacional a longo prazo.

Sistema Tubo/Solo

O desempenho mecânico de um tubo enterrado só pode ser compreendido considerando o sistema tubo/solo: a interação dos tubos com os solos ao redor depende da sua rigidez ou flexibilidade, o que induz tensões sob diferentes condições de assentamento.

Tubos Rígidos

Exemplos: Betão pré-esforçado
Desempenho: Tubos rígidos aceitam apenas uma pequena ovalização antes de partirem. A deformação é insuficiente ter em conta a resistência lateral do aterro. Toda a carga superior do solo é suportada pelo tubo, induzindo altas tensões de flexão nas paredes.
Critério de projeto: Normalmente, carga máxima de esmagamento.
Consequências: Tubos rígidos favorecem a concentração de cargas na coroa e na base do tubo. O desempenho do sistema tubo/solo rígido depende fortemente do ângulo de apoio (α) e, portanto, de uma boa preparação da base, especialmente em caso de tráfego de veículos.

Tubos Flexíveis

Exemplos: Plásticos, aço...
Desempenho: Tubos flexíveis suportam grande deflexão vertical sem rutura. A carga superior do solo é equilibrada pelo suporte lateral fornecido pelo aterro ao redor.
Critério de projeto: Ovalização máxima permitida ou tensão de flexão máxima permitida; também resistência ao colapso.
Consequências: A estabilidade do sistema tubo/solo flexível depende diretamente da capacidade do aterro de desenvolver resistência passiva lateral, ou seja, do módulo de resistência passiva do solo (E’) e, consequentemente, da qualidade e compactação do aterro.

Tubos Semi-Rígidos

Exemplos: Ferro dúctil
Desempenho: Tubos semi-rígidos suportam ovalização suficiente para que parte da carga superior do solo mobilize o suporte lateral do aterro. As forças envolvidas são, portanto, o suporte passivo lateral e as tensões internas de flexão na parede do tubo. A resistência à carga superior é distribuída entre a resistência do próprio tubo e a do solo ao redor, sendo a contribuição de cada uma função da relação entre a rigidez do tubo e a do solo.
Critério de projeto: Tensão de flexão máxima permitida (em diâmetros pequenos) ou ovalização máxima permitida (em diâmetros grandes).
Consequências: Ao distribuir as forças entre o tubo e o aterro, o sistema tubo/solo semi-rígido oferece segurança contra variações nas tensões mecânicas ao longo do tempo ou nas próprias condições de suporte.