5. Dimensionamento
5.2 Dimensionamento estrutural
5.2.5 Solicitação de cálculo
A soma das cargas actuantes nas condutas contempla todas as acções aplicadas nos elementos enterrados, nomeadamente as cargas estáticas, as cargas dinâmicas, e mais algumas cargas possíveis de existir na zona de influência das condutas.
A determinação desta soma não é o último passo para se atingir o valor da carga que se compara com o valor da resistência da conduta, isto porque a capacidade de carga dos elementos enterrados não dependem apenas da resistência da secção, mas também das condições de execução. A principal razão que justifica este reajuste no valor final de carga, prende-se com a contribuição das pressões laterais do solo exercidas nas condutas, pois permitem uma melhoria da resistência face às cargas verticais aplicadas. A expressão que traduz esta ideia, de acordo com Neto e de Figueiredo (2002) é a seguinte:
e outra dinâmicas estáticas cálculo
f
Q
Q
Q
Q
(52) onde:Qcálculo = carga de cálculo actuante na conduta, (kN);
Qestáticas = cargas relacionadas com o peso do solo, (kN);
Qdinâmicas = cargas representativas das cargas móveis, (kN);
Qoutra = carga proveniente de outra origem, (kN);
fe = factor de equivalência em função do tipo de acomodação da conduta, (-).
A contribuição das pressões laterais difere se é em vala ou em aterro, e está relacionada com as condições de assentamento dos elementos enterrados e respectivos
Para as condutas em vala temos:
a) Bases sem preparação – em condutas que são colocadas sem muitos cuidados, não executando uma preparação do solo, e também, em casos onde não se encha os vazios em torno da conduta por material granular. Para estas condições o factor de equivalência (fe) é de
1,1. (Figura 20)
Figura 20 – Bases condenáveis em instalação em vala (Adaptado de Debs, 2003).
b) Bases comuns – em condutas colocadas no fundo das valas, sobre o solo natural, com a execução de uma pequena abertura no terreno de largura mínima igual a metade do diâmetro da conduta, de forma ao elemento adaptar-se perfeitamente à acomodação, e também, garantindo um enchimento da vala com material granular até pelo menos 15cm acima do topo do elemento. Nestas condições utiliza-se um factor de equivalência (fe) de 1,5.
(Figura 21)
Figura 21 – Bases comuns em instalação em vala (Adaptado: Debs, 2003).
c) Bases de assentamento compactado– situações onde os elementos são colocados sobre uma abertura semelhante à da classe anterior mas com um mínimo de 0,6 do diâmetro.
O solo utilizado para cobrir a conduta até ao seu topo deverá ser de granulação fina com uma boa compactação, permitindo assim uma acomodação melhorada. Deverá ainda existir uma camada de 30cm a partir do topo do elemento composta por materiais granulares, e espessuras máximas de 15cm para as camadas compactadas acima do material granular. Para estas condições recorre-se a um factor de equivalência (fe) de 1,9. (Figura 22)
De referir que este é o esquema de instalação de vala tipo presente na Regulamentação Nacional.
Figura 22 – Bases de 1ªclasse em instalação em vala (Adaptado: Debs, 2003).
d) Bases de betão – casos onde as bases das condutas são assentes em camas de betão, com fck ≥ 14 MPa e com espessura mínimas de uma quarto do valor do diâmetro do
elemento. Estas situações, devido às diferentes qualidades dos betões e à possível existência de armaduras nas camadas de assentamento, é frequente aconselhar dois valores para o factor a aplicar. Assim, para camadas de betão simples o factor de equivalência (fe) é de 2,25,
e para camadas de betão armado o factor de equivalência (fe) é de 3,4 (Figura 23).
Nos casos em situações de aterro, enquanto as instalações em projecção negativa utilizam-se os factores descritos na instalação em vala, em projecção positiva as condições de assentamento são:
a) Bases sem preparação – em condutas que são assentadas com pouco ou nenhum cuidado para contornar a base aparte interior do elemento ou em relação ao enchimento dos espaços sob e adjacente ao tubo. (Figura 24).
Figura 24 – Bases condenáveis em instalação em aterro (Adaptado: Debs, 2003).
b) Bases comuns – são aqueles em que as condutas são colocadas com cuidados normais, em fundação de solo conformado ao fundo do tubo, abrangendo pelo menos 10% da sua altura, e sendo a superfície restante do elemento preenchida por material granular, que preencha completamente os espaços sob e adjacente ao tubo. (Figura 25)
Figura 25 – Bases comuns em instalação em aterro (Adaptado: Debs, 2003).
c) Bases de assentamento melhorado - são aquelas em que os elementos são assentados sobre material de granulométrica fina, formando uma fundação de terra que é cuidadosamente conformada à parte inferior do tubo em pelo menos 10% da sua altura total, com aterro em redor das condutas executado em camadas perfeitamente compactadas, de espessura não superior a 15cm até 30% de sua altura, acima do topo. (Figura 26)
d) Bases de betão – são aquelas em que a face inferior da tubagem é assentada em berço de betão com fck ≥ 14MPa, com espessura mínima sob a conduta de um quarto do
diâmetro interno e se estendendo aos lados com uma altura mínima a partir da geratriz inferior da secção de um quarto do diâmetro externo. O berço deve ser betonado sem juntas horizontais de construção. (Figura 27)
Figura 27 – Bases de betão em instalação em aterro (Adaptado: Debs, 2003).
O cálculo dos factores de equivalência, fe, em projecção positiva é, segundo Barreto
(2003), pela seguinte expressão:
)
.
(
431
,
1
q
X
N
f
e (53) onde:N = factor de instalação dependente do tipo de fundação e pode tomar os valores da Tabela13;
Tipo de assentamento Factor de instalação
Bases sem preparação 1,310
Bases comuns 0,840
Bases de assentamento
melhorado 0,707
Bases de betão 0,505
Tabela 13 - Factor de instalação (Fonte: Barreto, 2003)
X = parâmetro que depende da taxa de projecção da conduta, valores da Tabela 14;
p Valores de X
Bases de betão Outras bases
0 0,150 0 0,3 0,743 0,217 0,5 0,856 0,423 0,7 0,811 0,594 0,9 0,678 0,655 1,0 0,638 0,638
q = relação entre a pressão lateral total e a carga vertical total, e pode ser calculado pela expressão:
)
2
(
p
D
H
C
pK
q
e a (54) onde: p = taxa de projecção, (-); K = coeficiente de Rankine, (-);Ca = coeficiente de aterro de Marston-Spangler, (-);
H = altura de aterro, (m);
De = diâmetro externo da conduta, (m).
Vistos as descrições anteriores e estabelecidos os factores de equivalência, tanto para vala como para aterro, podemos tirar algumas conclusões sobre a relação entre os mesmos. Para acomodações em piores condições, o factor de equivalência é menor, o que implica naturalmente uma menor diminuição da carga de cálculo. Por outro lado, nos casos onde as condições de assentamento são muito favoráveis, o factor a ser utilizado é superior para que represente uma maior diminuição no valor de cálculo da carga actuante. Apesar de serem apenas indicados quatro factores de equivalência, é possível utilizarem-se outros valores, desde que se garante que as condições situam-se nos intervalos adequados e coerentes com os valores a utilizar.