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Artigos Saint-Gobain Canalização

Empuxos hidráulicos e Blocos de ancoragem

Enviado em 03 Agosto 2018, 10:26 AM

EMPUXOS HIDRÁULICOS

As forças de empuxo hidráulico aparecem em uma canalização sob pressão a cada mudança de direção (curvas e tês), diâmetro (reduções) e extremidade (flanges cegos ou caps). As forças de empuxo nestes pontos devem ser equilibradas para assim evitar a desmontagem das juntas. Para isso, pode ser utilizado tanto juntas travadas, quanto construindo blocos de ancoragens.

Essas forças podem ser calculadas pela fórmula geral:

F = K.P.S

Sendo:

F: força de empuxo (N)

P: pressão interna máxima (pressão de teste na obra - Pa)

S: seção transversal (interna para as juntas com flanges, externa para os outros tipos de juntas – m²)

K: coeficiente (função da geometria da peça)

Importante:

Flanges cegos, caps, tês: K = 1

Reduções: K = 1 - S’ / S (sendo S’ = seção do menor diâmetro)

 

Curvas de ângulo θ: k = 2 sen θ/2

K= 1,414 para as curvas 90°

K = 0,765 para as curvas 45°

K = 0,390 para as curvas 22° 30’

K = 0,196 para as curvas 11° 15’

 

O quadro abaixo apresenta as forças de empuxo para uma pressão de 0,1MPa.

DN

Empuxo F em N para uma pressão de 0,1 MPa

Flanges cegos, Caps e Tês

Curvas
90º

Curvas
45°

Curvas
22°30’

Curvas 11°15’

80

750

1070

580

290

150

100

1090

1550

840

430

210

150

2270

3210

1740

890

440

200

3870

5470

2960

1510

760

250

5900

8340

4510

2300

1160

300

8350

11800

6390

3260

1640

350

11220

15870

8590

4380

2200

400

14450

20440

11060

5640

2830

450

18090

25590

13850

7060

3550

500

22230

31440

17010

8670

4360

600

31670

44790

24240

12360

6210

700

45780

-

32740

16690

8390

800

55680

-

42620

21730

10920

900

70140

-

53680

27370

13750

1000

86260

-

66020

33660

16910

1200

123700

-

94680

48270

24250

Importante: Para pressões diferentes, multiplicar pelo valor em MPa da pressão de teste na obra.

 

BLOCO DE ANCORAGEM

A utilização de blocos de ancoragens de concreto é a técnica mais utilizada para equilibrar os esforços de empuxo hidráulico de uma canalização com bolsas, sob pressão.

PRINCÍPIO

Podem ser utilizados diferentes tipos de blocos de ancoragens, porém devem ser respeitadas as configurações dos tubos, a resistência e a natureza do solo, ou ainda a presença ou não de lençol freático.

O bloco reage aos esforços de empuxo hidráulico de duas formas:

• por atrito entre o bloco e o solo (peso do bloco);

• por reação de apoio da parede da vala (engastamento).

Na prática, os blocos de ancoragem são calculados levando em consideração o atrito e a resistência de apoio sobre o terreno. Quando existem obstáculos ou quando os terrenos são de má qualidade, impossibilitando a construção dos blocos de ancoragem, a alternativa é utilizar a técnica de travamento das juntas.

 

CASOS COMUNS DE DIMENSIONAMENTO

Os volumes de concreto propostos nos quadros adiante foram calculados levando em consideração o atrito sobre o solo e a reação do terreno (com características usualmente encontradas).

Importante:

Em casos de escavações posteriores, executadas próximas aos blocos de ancoragens, é conveniente reduzir a pressão da canalização durante os trabalhos.

As hipóteses de cálculo são dadas a seguir. Em todos os outros casos, é necessário fazer os cálculos.

 

Forças envolvidas (Bloco de ancoragem)

Terreno

F: ângulo de atrito interno do solo

σ: resistência admissível do solo sobre uma parede vertical

H: altura de recobrimento: 1,20m

g: massa específica

Características mecânicas:

• tabela 1: F = 40°; σ1daN/cm²; g = 2t/m³ (terreno de boa resistência mecânica)

• tabela 2: F = 30°; σ ≈ 0,6daN/cm2; g = 21/m³ (terreno com média resistência mecânica).

Ausência de lençol freático.

 

Concreto

Massa específica: 2,3t/m³

Canalização

DN100 a DN400

Pressão de teste: 1,0; 1,6 e 2,5MPa.

Exemplo

Curva 22° 30’ DN 250

Pressão de teste: 1,0MPa

Altura de recobrimento: 1,2m

Terreno argiloso: F = 30° g = 2t/m³

 

A tabela 2 apresenta:

l x h = 0,70m x 0,45m

V = 0,25m³

ORIENTAÇÃO PARA A EXECUÇÃO

É importante que o concreto seja vazado diretamente no terreno e que possua resistência mecânica suficiente.

No momento da concepção do bloco de ancoragem é imprescindível deixar as juntas livres, para permitir sua inspeção durante o teste hidráulico.

TABELA 1

Atrito interno: F = 40°

Resistência: σ = 1daN/cm²

Massa específica: g = 2t/m³

Altura de recobrimento: H = 1,2m

Sem lençol freático.

DN

Terreno de boa resistência mecânica

Pressão de teste

Curva
11°15
l x h/V

Curva
22°30
l x h/V

Curva
45°
l x h/V

Curva
90°
l x h/V

Flange cego
l x h/V

MPa

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3

80

1,0

0,10x0,18/00,01

0,17x0,18/0,02

0,21x0,28/0,04

0,38x0,28/0,06

0,28x0,28/0,05

1,6

0,13x0,18/0,01

0,18x0,28/0,03

0,33x0,28/0,05

0,59x0,28/0,11

0,43x0,28/0,07

2,5

0,14x0,28/0,02

0,27x0,28/0,05

0,51x0,28/0,09

0,87x0,28/0,24

0,64x0,28/0,13

100

1,0

0,11x0,20/0,01

0,21x0,20/0,02

0,29x0,30/0,06

0,51x0,30/0,10

0,37x0,30/0,07

1,6

0,17x0,20/0,02

0,24x0,30/0,04

0,45x0,30/0,08

0,77x0,30/0,20

0,57x0,30/0,11

2,5

0,19x0,30/0,03

0,36x0,30/0,06

0,67x0,30/0,15

1,14x0,30/0,43

0,85x0,30/0,24

150

1,0

0,18x0,25/0,03

0,26x0,35/0,06

0,48x0,35/0,12

0,83x0,35/0,27

0,61x0,35/0,16

1,6

0,28x0,25/0,04

0,40x0,35/0,09

0,73x0,35/0,21

1,04x0,45/0,54

0,93x0,35/0,34

2,5

0,32x0,35/0,08

0,60x0,35/0,16

1,08x0,35/0,46

1,50x0,45/1,12

1,13x0,45/0,63

200

1,0

0,24x0,30/0,05

0,37x0,40/0,12

0,68x0,40/0,24

0,98x0,50/0,54

0,86x0,40/0,33

1,6

0,30x0,40/0,09

0,56x0,40/0,19

0,87x0,50/0,42

1,46x0,50/1,17

1,09x0,50/0,66

2,5

0,45x0,40/0,14

0,84x0,40/0,32

1,27x0,50/0,89

1,84x0,60/2,24

1,58x0,50/1,37

250

1,0

0,31x0,35/0,08

0,48x0,45/0,20

0,75x0,55/0,35

1,28x0,55/0,35

0,95x0,55/0,55

1,6

0,39x0,45/0,16

0,73x0,45/0,32

1,13x0,55/0,78

1,67x0,65/2,00

1,41x0,55/1,21

2,5

0,59x0,45/0,24

0,93x0,55/0,53

1,63x0,55/1,61

2,36x0,65/3,98

1,81x0,65/2,34

300

1,0

0,37x0,40/0,12

0,59x0,50/0,28

0,93x0,60/0,58

1,41x0,70/1,53

1,17x0,60/0,91

1,6

0,48x0,50/0,24

0,78x0,60/0,41

1,39x0,60/1,27

2,04x0,70/3,22

1,26x0,70/1,87

2,5

0,63x0,60/0,27

1,15x0,60/0,87

1,79x0,70/2,48

2,64x0,80/6,14

2,04x0,80/3,65

350

1,0

0,43x0,45/0,18

0,61x0,65/0,27

1,11x0,65/0,88

1,67x0,75/2,30

1,26x0,75/1,31

1,6

0,57x0,55/0,35

0,93x0,66/0,62

1,49x0,75/1,83

2,23x0,85/4,66

1,84x0,75/2,80

2,5

0,75x0,65/0,41

1,23x0,75/1,26

1,96x0,85/3,61

2,76x1,05/8,83

2,26x0,95/5,34

400

1,0

0,49x0,50/0,25

0,71x0,70/0,39

1,17x0,80/1,20

1,79x0,90/3,18

1,46x0,80/1,87

1,6

0,65x0,60/0,49

1,07x0,70/0,89

1,60x0,90/2,54

2,42x1,00/6,45

1,97x0,90/3,86

2,5

0,87x0,70/0,59

1,43x0,80/1,80

2,13x1,00/5,02

2,94x1,30/12,33

2,48x1,10/7,44

 

TABELA 2

Atrito interno: F = 30°

Resistência: σ = 0,6daN/cm²

Massa específica: g = 2t/m³

Altura de recobrimento: H = 1,2m

Sem lençol freático.

DN

Terreno de boa resistência mecânica

Pressão de teste

Curva
11°15
l x h/V

Curva
22°30
l x h/V

Curva
45°
l x h/V

Curva
90°
l x h/V

Flange cego
l x h/V

MPa

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3

80

1,0

0,13x0,18/0,01

0,17x0,28/0,02

0,32x0,28/0,04

0,56x0,28/0,10

0,41x0,28/0,06

1,6

0,14x0,28/0,02

0,26x0,28/0,04

0,49x0,28/0,08

0,85x0,28/0,23

0,63x0,28/0,13

2,5

0,21x0,28/0,03

0,40x0,28/0,05

0,74x0,28/0,17

1,24x0,28/0,48

0,93x0,28/0,27

100

1,0

0,17x0,20/0,02

0,23x0,30/0,04

0,43x0,30/0,07

0,74x0,30/0,19

0,54x0,30/0,10

1,6

0,18x0,30/0,03

0,35x0,30/0,05

0,65x0,30/0,15

1,11x0,30/0,41

0,83x0,30/0,23

2,5

0,28x0,30/0,05

0,53x0,30/0,10

0,96x0,30/0,31

1,30x0,40/0,75

1,12x0,30/0,48

150

1,0

0,26x0,25/0,04

0,38x0,35/0,08

0,70x0,35/0,19

0,99x0,45/0,49

0,89x0,35/0,31

1,6

0,31x0,35/0,06

0,59x0,35/0,14

1,06x0,35/0,43

1,46x0,45/1,06

1,10x0,45/0,60

2,5

0,47x0,35/0,10

0,87x0,35/0,30

1,27x0,45/0,81

2,28x0,45/2,12

1,58x0,45/1,24

200

1,0

0,29x0,40/0,07

0,54x0,40/0,14

0,83x0,50/0,38

1,39x0,50/1,07

1,05x0,50/0,61

1,6

0,44x0,40/0,12

0,82x0,40/0,12

1,24x0,50/0,85

1,79x0,60/2,12

1,54x0,50/1,30

2,5

0,66x0,40/0,20

1,02x0,50/0,58

1,77x0,50/1,73

2,51x0,60/4,15

1,93x0,60/2,47

250

1,0

0,37x0,45/0,12

0,70x0,45/0,25

1,08x0,55/0,71

1,60x0,65/1,83

1,35x0,55/1,11

1,6

0,57x0,45/0,19

0,91x0,55/0,50

1,42x0,65/1,45

2,10x0,75/3,66

1,76x0,65/2,22

2,5

0,74x0,55/0,33

1,32x0,55/1,06

2,02x0,65/2,92

2,72x0,85/6,91

2,27x0,75/4,24

300

1,0

0,46x0,50/0,19

0,75x0,60/0,37

1,32x0,60/1,16

1,95x0,70/2,94

1,49x0,70/1,71

1,6

0,61x0,60/0,25

1,12x0,60/0,83

1,75x0,70/2,36

2,40x0,90/5,71

1,98x0,80/3,46

2,5

0,91x0,60/0,55

1,46x0,70/1,64

2,27x0,80/4,53

3,12x1,00/10,73

2,58x0,90/6,61

350

1,0

0,54x0,55/0,27

0,89x0,65/0,57

1,42x0,75/1,67

2,13x0,85/4,25

1,76x0,75/2,56

1,6

0,73x0,65/0,39

1,20x0,75/1,20

1,91x0,85/3,42

2,69x1,05/8,33

2,20x0,95/5,05

2,5

1,08x0,65/0,84

1,73x0,75/2,46

2,51x0,95/6,58

3,25x1,35/15,73

2,88x1,05/9,61

400

1,0

0,62x0,60/0,38

0,94x0,80/0,78

1,53x0,90/2,32

2,31x1,00/5,89

1,89x0,90/3,53

1,6

0,85x0,70/0,56

1,39x0,80/1,71

2,08x1,00/4,75

2,85x1,30/11,63

2,41x1,10/7,03

2,5

1,14x0,80/1,15

1,85x0,90/3,39

2,63x1,20/9,12

3,63x1,50/21,79

2,96x1,40/13,49

Comentários (2)
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Comentários

Adriano Alvim Romanhol

postado em 29 Agosto 2018, 14:40 PM
Excelente artigo, informações de muita importância e muito bem explicado. Parabéns.

Saint-Gobain Canalização

postado em 06 Setembro 2018, 11:28 AM
Obrigada pelo feedback, Adriano! Ficamos felizes em te auxiliar ;)