Acções para o cálculo mecânico dos tubos

As acções básicas a considerar em tubos de betão armado com alma de aço, dado o tipo de elemento estrutural, a sua forma de fabricação e colocação, são as acções directas. Com uma cuidada fabricação e colocação em terreno, as acções indirectas podem ser ignoradas em termos de cálculo.

As acções directas a ter em conta são:

a)     Peso próprio do tubo;

b)     Peso do fluido;

c)     Cargas verticais do aterro;

d)     Cargas concentradas;

e)     Impulsão lateral do terreno;

f)      Pressão máxima de serviço.

Para o cálculo das cargas verticais produzidas pelos aterros, a teoria seguida é a de Marston. Este método considera a compactação do aterro lateral, o peso do aterro, e as tensões tangenciais originadas durante o processo e que produzem um aumento ou diminuição do peso do aterro que gravita directamente ao redor do tubo, em função do tipo de colocação.

A acção da sobrecarga versus o peso do aterro pode ser analisada de forma simplista no gráfico abaixo:

 

 

Os tubos de betão armado com camisa de chapa, são dimensionados para que com a pior das hipóteses de carga (e com os coeficientes de segurança fixos), não sejam excedidos os estados limites último e de utilização. A fendilhação é verificada nos quatro quadrantes da secção do tubo de acordo com as respectivas solicitações. As quantidades máximas de chapa e aço na armadura transversal equivalem aos valores máximos obtidos nessas secções. Estas armaduras são calculadas através do método simplificado do momento máximo.

Com o objectivo de respeitar as condições relativamente ao estado limite de fendilhação, limita-se:

• A tensão de trabalho da chapa é limitada a 2/3 do limite elástico (tensão de cedência) mais baixo dos diferentes tipos de aço utilizados no dimensionamento, segundo a norma NP EN 641 – 2009;
• Os diâmetros das armaduras, as espessuras das chapas e as suas quantidades.

As hipóteses de cálculo habituais para este tipo de tubos são as seguintes:

• Resistência característica do betão à compressão, f_ck: 35 MPa;
• Tensão de cedência do aço à tracção, f_y: 235 MPa;
• Coeficiente de minoração do aço: 1,00;
• Coeficiente de minoração do betão: 1,50;
• Coeficiente de majoração das cargas: 1,50;
•  Colocação: Vala com aterro compactado;
• Apoio granular a 90°;
• Altura do aterro acima da geratriz superior de 2,50m;
• Largura da vala é a distancia ao nível da geratriz superior, quando ao nível da soleira é considerado øext + 0,6 m, com um talude de 1/5;
•  A densidade do aterro é 18 kN/m³;
• Ângulo de atrito do material de aterro: 30°;
• Tipo de solo: com boa coesão, areia argilosa;
• Cargas pontuais: 130 KN, se o caso exigir.