Análise Comparativa de Desempenho Mecânico de Tubos de Concreto Reforçados Com Macrofibras...

RENATA CAMPOS ESCARIZ

Anlise comparativa de desempenho mecnico de tubos de concreto reforados com macrofibras polimricas e fibras de ao

So Paulo

2012

RENATA CAMPOS ESCARIZ

Anlise comparativa de desempenho mecnico de tubos de concreto reforados com macrofibras polimricas e fibras de ao

Dissertao apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil.

rea de Concentrao: Engenharia de Construo Civil e Urbana

Orientador: Prof. Dr. Antonio D. de Figueiredo

So Paulo

2012

Este exemplar foi revisado e alterado em relao verso original, sob responsabilidade nica do autor e com a anuncia de seu orientador.

So Paulo, 23 de fevereiro de 2012.

Assinatura do autor ____________________________

Assinatura do orientador ________________________

FICHA CATALOGRFICA

Escariz, Renata Campos Anlise comparativa de desempenho mecnico de tubos de

concreto reforados com macrofibras polimricas e fibras de ao / R.C. Escariz. -- ed.rev. -- So Paulo, 2012.

133 p.

Dissertao (Mestrado) - Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. Departamento de Engenharia de Construo Civil.

1. Concreto reforado com fibras 2. Tubos 3. Compresso diametral I. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. De-partamento de Engenharia de Construo Civil II. t.

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Aos meus pais Paulo e Ftima e s minhas irms Paula e Marcela que sempre apoiaram, incentivaram e colaboraram para a realizao deste trabalho.

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AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador prof. Dr. Antonio Figueiredo pelo incentivo, dedicao e direcionamento para a realizao deste trabalho.

minha famlia pelo apoio e incentivo durante o perodo do Mestrado em que estive longe de casa, o que foi muito importante para a realizao deste trabalho.

empresa Fermix, em especial ao Engenheiro Alrio Gimenez pelo apoio ao projeto de pesquisa e, inclusive, na viabilizao da produo de todos os tubos de concreto e realizao dos ensaios de compresso diametral. Agradeo tambm ao Josu pelo apoio na produo dos tubos e na execuo dos ensaios com os mesmos.

s empresas Construqumica, Elasto Plastic Concrete do Brasil, Maccaferri do Brasil Ltda, e Belgo Bekaert Arames S.A. pelo apoio ao projeto de pesquisa por meio do fornecimento das fibras utilizadas neste trabalho.

equipe do Laboratrio de Construo civil, em especial ao Reginaldo, Renata Monte e Adilson, e equipe do Laboratrio de Microestrutura em especial ao Mario Takeashi pela disponibilidade e apoio na realizao de parte dos ensaios deste trabalho.

Ao Ivan Tessarolo do Laboratrio de Estruturas pelo apoio na execuo do ensaio de compresso axial.

Aos professores Vahan Agopyan, Rafael Pileggi, Vanderley John, Maria Alba Cincotto e Ubiraci Souza pelos ensinamentos importantes transmitidos ao longo do mestrado.

s amigas Lygia Carvalho, Marilia Ota e Gabriela Barreto que conviveram comigo durante o perodo em que morei em So Paulo que foram muito importantes para superar os desafios de morar longe da minha famlia e tambm compartilharam muitas alegrias.

amiga Luana Bragana que esteve ao meu lado durante o perodo em que morei em Mineiros-GO, me apoiando e incentivando, o que foi muito importante para que eu conclusse o Mestrado.

s entidades de fomento CNPq e FAPESP pela concesso da bolsa de estudos. A todos que contriburam de forma direta ou indireta para a realizao deste trabalho.

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RESUMO

O Brasil necessita de uma ampla implantao de sistemas de saneamento bsico, como os de guas pluviais e, principalmente, coleta e tratamento de esgoto. Para resolver este problema pode ser interessante o emprego de tubos de concreto. Apesar de recente, o estudo de tubos de concreto reforados com fibras j possibilitou a reviso da norma brasileira NBR 8890:2007 que prev a utilizao das fibras como nico reforo do componente. No entanto, apenas fibras de ao so permitidas. Apesar de terem um potencial de durabilidade maior do que os tubos convencionalmente armados, ainda h a possibilidade de ampliar sua vida til se forem utilizadas macrofibras polimricas, que so resistentes corroso eletroltica e hoje se encontram disponibilizadas no mercado Nacional. A dvida que permanece se essas fibras conseguem apresentar o mesmo desempenho mecnico das fibras de ao. Assim, esta dissertao de mestrado tem por objetivo principal realizar uma avaliao comparativa de desempenho mecnico das macrofibras polimricas e das fibras de ao destinadas ao reforo de tubos de concreto para obras de saneamento bsico. De forma a possibilitar estas avaliaes foi feita uma verificao de desempenho por meio do ensaio de compresso diametral, com controle de deslocamentos, em tubos de concreto reforados com fibras. Complementarmente, foram feitos o ensaio de absoro de gua, a determinao do teor de fibra incorporado ao concreto por meio de testemunhos extrados dos tubos e o ensaio de compresso axial em corpos-de-prova moldados. Os resultados demonstraram que as macrofibras polimricas no obtiveram desempenho mecnico satisfatrio, principalmente no que se refere resistncia residual ps-fissurao do tubo. Tal desempenho s foi obtido com a utilizao de fibras de ao, o qual apresentou o dobro da capacidade resistente residual das macrofibras polimricas para o mesmo teor em volume. Dessa forma, os tubos de concreto de 1 m de dimetro reforado com fibras, analisados neste estudo, apresentaram dificuldade de obteno do desempenho ps-fissurao, o que dificultou a aprovao nos critrios da NBR 8890:2007. Assim, para que estes tubos pudessem atingir as cargas especificadas nesta norma seria preciso aumentar o teor ou o comprimento das fibras, o que iria dificultar a moldagem dos tubos.

Palavras-chave: tubos de concreto, fibras de ao, macrofibras polimricas, compresso diametral.

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ABSTRACT

Brazil requires a wide deployment of systems for drainage and, especially, sewage collection and treatment. To resolve this issue may be interesting the use of concrete pipes. Although recent, the study of fiber reinforced concrete pipes has already enabled the revision of the Brazilian standard NBR 8890:2007. This standard allows the use of fibers as the sole reinforcement for the components. However, only steel fibers are allowed. Despite the possibility that fibers can provide a potential higher durability compared to the conventionally reinforced concrete pipes, there is also the possibility of extension of the pipe lifetime by the use of polymeric fibers. This kind of fiber is resistant to electrolytic corrosion and, nowadays, is available in the Brazilian market. The remaining doubt is if these fibers can provide the same mechanical performance of steel fibers. Thus, this work has the main objective of carried out a comparative evaluation of the mechanical performance of polymeric fibers and steel fibers reinforcement for drainage concrete pipes. In order to enable these assessments, a verification of mechanical performance was made through the crushing test, where the diametric displacement of the pipes was also measured. In addition, tests were made in order to measure the concrete water absorption, the fiber actual consumption determination in cores extracted from the pipes, and compressive strength determination. The results showed that the polymeric macrofibers did not reach satisfactory performance, especially regarding to the residual post-crack strength. Only the steel fiber reinforced concrete pipes were able to fit the requirements, which had twice the post-crack residual strength presented by the polymeric fibers with the same content by volume. Thus, the fibers reinforced concrete pipes with diameter of one meter, used in this experimental program, showed difficult to obtaining the post-cracking behavior, which turns difficult the approval in the Brazilian standard criteria. So, the pipes reinforced with polymeric fibers could only possibly reach the load levels specified for post-crack strength by the use of a higher content or an increased length of fibers, which would turns much more difficult the concrete pipes production.

Keywords: concrete pipes, steel fibers, polymeric fibers, crushing test .

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SUMRIO

RESUMO .................................................................................................................................. iii

ABSTRACT .............................................................................................................................. iv

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................. viii

LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ xiii

1. INTRODUO ...................................................................................................................... 1 1.1 OBJETIVO ....................................................................................................................... 2

1.2 JUSTIFICATIVA ............................................................................................................. 3

1.3 ESTRUTURAO DO TRABALHO ............................................................................. 3 2. TUBOS DE CONCRETO ...................................................................................................... 5

2.1 CONDIES GERAIS .................................................................................................... 5 2.2 PRINCIPAIS APLICAES ........................................................................................... 6

2.2.1 Redes de guas pluviais ............................................................................................. 6

2.2.2 Redes de esgoto sanitrio .......................................................................................... 7

2.2.3 Outras aplicaes ....................................................................................................... 7

2.3 TIPOS DE SISTEMA CONSTRUTIVO .......................................................................... 8

2.3.1 Sistema enterrado ...................................................................................................... 8

2.3.2 Sistema cravado ......................................................................................................... 9

2.4 CRITRIOS DE PROJETO E DIMENSIONAMENTO ............................................... 10 2.4.1 Critrios de projeto .................................................................................................. 10 2.4.2 Dimensionamento .................................................................................................... 11

2.4.2.1 Cargas ............................................................................................................... 11

2.4.2.2 Determinao da resistncia do tubo ................................................................ 16

2.4.2.3 Coeficiente de segurana .................................................................................. 19

2.5 ESPECIFICAO E CONTROLE DE QUALIDADE ................................................. 20 2.5.1 Especificao ........................................................................................................... 20

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2.5.1.1 Materiais ........................................................................................................... 20

2.5.1.2 Ensaio de compresso diametral....................................................................... 23

2.5.1.3 Ensaio de absoro de gua .............................................................................. 26

2.5.1.4 Ensaio de permeabilidade e estanqueidade ...................................................... 27

2.5.2 Controle de qualidade .............................................................................................. 28

3. CONCRETO REFORADO COM FIBRAS ...................................................................... 33 3.1 CONDIES GERAIS .................................................................................................. 33 3.2 O COMPSITO E A INTERAO FIBRA-MATRIZ ................................................. 34

3.2.1 Tipos de fibras ......................................................................................................... 37

3.2.1.1 Fibras de ao ..................................................................................................... 38

3.2.1.2 Microfibras polimricas e macrofibras polimricas ......................................... 39

3.2.2 Resistncia e mdulo de elasticidade das fibras ...................................................... 41

3.2.3 Geometria da fibra ................................................................................................... 44

3.2.3.1 Mecanismo de ancoragem ................................................................................ 44

3.2.3.2 Fator de forma .................................................................................................. 45

3.2.3.3 Comprimento .................................................................................................... 45

3.2.4 Teor de fibra incorporado ........................................................................................ 46

3.2.5 Orientao da fibra .................................................................................................. 48

3.2.6 Resistncia e mdulo de elasticidade da matriz ...................................................... 49

3.2.7 Trabalhabilidade ...................................................................................................... 51

3.3 DURABILIDADE .......................................................................................................... 53

4. METODOLOGIA DE PESQUISA ...................................................................................... 56

4.1 MATERIAIS ................................................................................................................... 56

4.1.1 Fibras ....................................................................................................................... 56

4.1.2 Cimento ................................................................................................................... 58

4.1.3 Agregados ................................................................................................................ 58

4.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ......................................................................... 60

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4.2.1 Processo de fabricao dos tubos ............................................................................ 60

4.2.2 Traos utilizados nos tubos ..................................................................................... 66

4.2.3 Exemplares produzidos ........................................................................................... 67

4.2.4 Mtodo de ensaio para avaliao dos tubos............................................................. 69

4.2.4.1 Ensaio de compresso diametral....................................................................... 69

4.2.4.2 Ensaio de absoro de gua e ndice de vazios ................................................ 73

4.2.4.3 Ensaio de determinao do teor real de fibra ................................................... 75

4.2.4.4 Ensaio de compresso axial .............................................................................. 78

5. RESULTADOS E DISCUSSES ........................................................................................ 80 5.1 ENSAIO DE COMPRESSO DIAMETRAL ............................................................... 80

5.1.1 Tubo simples ........................................................................................................... 80

5.1.2 Tubo de concreto reforado com fibra de ao solta................................................. 82

5.1.3 Tubo de concreto reforado com fibra de ao curta colada em pente ..................... 85

5.1.4 Tubo de concreto reforado com fibra de ao longa colada em pente .................... 88

5.1.5 Tubo de concreto reforado com macrofibra polimrica Barchip ........................... 92

5.1.6 Tubo de concreto reforado com macrofibra polimrica Forta Ferro ..................... 95

5.2 ENSAIO DE ABSORO DE GUA E NDICE DE VAZIOS .................................. 98 5.3 ENSAIO DE DETERMINAO DO TEOR INCORPORADO DE FIBRA ............. 100 5.3 ENSAIO DE COMPRESSO AXIAL ........................................................................ 107

5.4 SNTESE DA ANLISE DOS RESULTADOS .......................................................... 109 6. CONCLUSES .................................................................................................................. 115 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................... 117 APNDICES .......................................................................................................................... 123

APNDICE A RESULTADOS INDIVIDUAIS OBTIDOS NOS TESTEMUNHOS EXTRADOS DOS TUBOS ............................................................................................... 123 APNDICE B RESULTADOS INDIVIDUAIS OBTIDOS NOS CORPOS-DE-PROVA MOLDADOS ...................................................................................................................... 130

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LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Carga de aterro atuante sobre o tubo. (RAMOS, 2002) ....................................... 12 Figura 2.2 Formas de instalao: (a) vala simples; (b) vala com paredes inclinadas; (c) vala com sub-vala; (d) aterro com projeo positiva; (e) aterro com projeo negativa. (EL DEBS, 2008) ......................................................................................................................................... 13 Figura 2.3 Fluxo das tenses no solo em tubos enterrados: (a) em vala; (b) e (c) em aterro. (EL DEBS, 2008) ..................................................................................................................... 14 Figura 2.4 Formas de assentamento e de condies de aterro lateral junto a base do tubo. (EL DEBS, 2008) ..................................................................................................................... 14 Figura 2.5 Ensaios de determinao da resistncia de um tubo: (a) trs cutelos; (b) dois cutelos; (c) colcho de areia e (d) Minnesota. (CHAMA NETO, 2002). ................................. 16 Figura 2.6 Bases de concreto ou Classe A. (EL DEBS, 2008) .............................................. 18 Figura 2.7 Bases de primeira classe ou Classe B. (EL DEBS, 2008) .................................... 18 Figura 2.8 Bases comuns ou Classe C. (EL DEBS, 2008) .................................................... 18 Figura 2.9 Bases condenveis ou Classe D. (EL DEBS, 2008)............................................. 19 Figura 2.10 Ensaio de permeabilidade e estanqueidade da junta .......................................... 28 Figura 2.11 corte longitudinal: (a) tubo de concreto macho e fmea; (b) tubo de concreto ponta e bolsa. (NBR 8890:2007) .............................................................................................. 30 Figura 3.1 Modelo simplificado de transmisso de tenses em um elemento de pasta de cimento: (a) elemento comprimido; (b) elemento tracionado. (NUNES, 2006) ...................... 34 Figura 3.2 Propagao de fissuras e concentrao de tenses. (RAMOS, 2002) .................. 35 Figura 3.3 Mecanismo de controle de propagao das fissuras. (RAMOS, 2002)................ 35 Figura 3.4 Diagrama de tenso por deformao elstica de matriz e fibras de alto e baixo mdulo de elasticidade trabalhando em conjunto. (FIGUEIREDO, 2000) .............................. 42 Figura 4.1 (a) fibra de ao solta; (b) fibra de ao curta colada em pente e fibra de ao longa colada em pente ........................................................................................................................ 57

Figura 4.2 (a) macrofibra polimrica Barchip; (b) macrofibra polimrica Forta Ferro ........ 58 Figura 4.3 Curva granulomtrica da areia e limites estabelecidos por norma (NBRNM 248:2003) .................................................................................................................................. 59

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Figura 4.4 Curva granulomtrica da brita e limites de classificao estabelecidos por norma (NBRNM 248:2003) ................................................................................................................. 59 Figura 4.5 Lanamento do cimento direto no misturador ..................................................... 60

Figura 4.6 Lanamento da areia e brita na esteira ................................................................. 61

Figura 4.7 Pesagem das fibras ............................................................................................... 61

Figura 4.8 Adio de fibras de ao diretamente na esteira de alimentao: (a) soltas; (b) coladas em pente ....................................................................................................................... 62

Figura 4.9 Adio de macrofibras polimricas diretamente no misturador .......................... 62

Figura 4.10 Transporte do concreto VRF ........................................................................... 63

Figura 4.11 Lanamento do concreto na forma ..................................................................... 63

Figura 4.12 Procedimento de compactao por meio de anel giratrio ................................ 63

Figura 4.13 (a) retirada do tubo do equipamento; (b) transporte do tubo; (c) colocao do tubo no piso; (d) retirada da forma ........................................................................................... 64 Figura 4.14 Acabamento superficial no tubo: (a) na parte externa; (b) na ponta .................. 65 Figura 4.15 Processo de cura: (a) colocando a lona plstica; (b) tubo coberto ..................... 65 Figura 4.16 Caracterizao geomtrica do tubo utilizado no estudo ..................................... 68

Figura 4.17 (a) fissuras na bolsa no momento da desforma; (b) detalhe da fissura na bolsa 68 Figura 4.18 Ensaio de compresso diametral de tubos de concreto para guas pluviais e esgoto. (NBR 8890:2007) ......................................................................................................... 70 Figura 4.19 Esquema de carregamento do tubo reforado com fibras de ao. (NBR 8890:2007) ................................................................................................................................ 71 Figura 4.20 (a) colcho de areia com a finalidade de distribuir melhor a carga aplicada no tubo; (b) detalhe do colcho de areia ........................................................................................ 71 Figura 4.21 (a) configurao inicial do sistema de posicionamento dos LVDTs; (b) detalhe do suporte e da folha de acetato usados para leitura da deformao do tubo durante o ensaio de compresso diametral .......................................................................................................... 73

Figura 4.22 Extrao dos testemunhos .................................................................................. 74

Figura 4.23 Recipiente com corpos-de-prova em que foi feito a fervura .............................. 74

Figura 4.24 Determinao da massa do corpo-de-prova saturado aps ensaio ..................... 75

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Figura 4.25 Esmagamento do testemunho na prensa dentro de uma bandeja para evitar perda de material ................................................................................................................................ 76

Figura 4.26 Testemunho de concreto com fibras de ao ao final da etapa de esmagamento 76

Figura 4.27 Testemunho de concreto com macrofibras polimricas ao final da etapa de esmagamento ............................................................................................................................ 77

Figura 4.28 Coleta das fibras: (a) fibra de ao; (b) macrofibra polimrica ........................... 77 Figura 4.29 Pesagem das fibras: (a) fibra de ao; (b) macrofibra polimrica ....................... 78 Figura 4.30 Confeco dos corpos-de-prova em mesa vibratria com auxlio de um soquete: (a) primeiras camadas; (b) ltima camada ................................................................................ 78 Figura 4.31 (a) ensaio de compresso axial com utilizao de equipamento de aquisio automtica de dados; (b) detalhe da configurao dos extensmetros eltricos ...................... 79 Figura 5.1 Curvas de carga por tempo obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos simples ...................................................................................................................................... 81

Figura 5.2 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 20 kg/m da fibra de ao solta .......................................................................... 82



Figura 5.5 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 20 kg/m da fibra de ao curta colada em pente ............................................... 85




Figura 5.9 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 20 kg/m da fibra de ao longa colada em pente .............................................. 89


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Figura 5.13 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 3 kg/m da macrofibra polimrica Barchip....................................................... 92

Figura 5.14 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 4 kg/m da macrofibra polimrica Barchip....................................................... 93

Figura 5.15 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 5,5 kg/m da macrofibra polimrica Barchip.................................................... 93

Figura 5.16 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 3 kg/m da macrofibra polimrica Forta Ferro ................................................. 95

Figura 5.17 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 4 kg/m da macrofibra polimrica Forta Ferro ................................................. 96

Figura 5.18 Curvas de carga por deslocamento obtidas no ensaio de compresso diametral dos tubos com 5,5 kg/m da macrofibra polimrica Forta Ferro .............................................. 96

Figura 5.19 Correlao entre a resistncia compresso mdia e a absoro de gua mdia obtida no ensaio de compresso axial nos corpos-de-prova ................................................... 108

Figura 5.20 Correlao logartmica da absoro de gua dos testemunhos extrados dos tubos de concreto e seus respectivos consumos tericos de fibras ......................................... 109

Figura 5.21 - Correlao da carga de ruptura dos tubos de concretos e seus respectivos consumos tericos de fibras .................................................................................................... 110

Figura 5.22 Correlao entre a carga de ruptura e a relao gua/cimento dos tubos reforados com fibras ............................................................................................................. 112

Figura 5.23 Correlao logartmica entre os teores das fibras - curva de dosagem ............ 113

Figura B.1 Curvas de resistncia compresso pela deformao obtidas no ensaio de compresso axial dos corpos-de-prova com 20 kg/m da fibra de ao curta colada em pente ................................................................................................................................................ 131


xii


Figura B.4 Curvas de resistncia compresso pela deformao obtidas no ensaio de compresso axial dos corpos-de-prova com 4 kg/m da macrofibra polimrica Forta Ferro . 132

Figura B.5 Curvas de resistncia compresso pela deformao obtidas no ensaio de compresso axial dos corpos-de-prova com 5,5 kg/m da macrofibra polimrica Forta Ferro ................................................................................................................................................ 133

xiii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 - Nveis de atendimento com gua e esgotos dos prestadores de servio participantes do SNIS em 2008, segundo regio geogrfica. (SNIS, 2008) ............................... 1 Tabela 2.1 - Compresso diametral de tubos simples. (NBR 8890:2007) ............................... 23 Tabela 2.2 - Compresso diametral de tubos armados e/ou reforados com fibras de ao. (NBR 8890:2007) ..................................................................................................................... 25 Tabela 2.3 - ngulo de deflexo. (NBR 8890:2007) ............................................................... 28 Tabela 2.4 - Dimenses dos tubos destinados a guas pluviais com encaixe ponta e bolsa e macho e fmea. (NBR 8890:2007) ........................................................................................... 30 Tabela 2.5 - Dimenses dos tubos destinados a esgotos sanitrios e guas pluviais com junta elstica. (NBR 8890:2007) ....................................................................................................... 31 Tabela 3.1 - Valores de resistncia mecnica e mdulo de elasticidade para diversos tipos de fibra e matrizes. (BENTUR; MINDESS, 1990) ....................................................................... 43 Tabela 4.1 Caractersticas fsicas e mecnicas das fibras ...................................................... 57

Tabela 4.2 Caractersticas dos agregados .............................................................................. 59

Tabela 4.3 Teor em massa e em volume de fibras utilizado na produo dos tubos ............. 66

Tabela 4.4 Consumo de material por m de concreto utilizado na produo dos tubos ........ 67

Tabela 5.1 Resultados do ensaio de compresso diametral para os tubos simples - quanto carga de ruptura ........................................................................................................................ 81

Tabela 5.2 Resultados do ensaio de compresso diametral para os tubos com fibra de ao solta - quanto carga de ruptura ............................................................................................... 84

Tabela 5.3 Resultados do ensaio de compresso diametral para os tubos com fibra de ao solta - quanto carga mxima ps-fissurao .......................................................................... 84

Tabela 5.4 Resultados do ensaio de compresso diametral para os tubos com fibra de ao curta colada em pente - quanto carga de ruptura ................................................................... 87

Tabela 5.5 Resultados do ensaio de compresso diametral para os tubos com fibra de ao curta colada em pente - quanto carga mxima ps-fissurao............................................... 88

Tabela 5.6 Resultados do ensaio de compresso diametral para os tubos com fibra de ao longa colada em pente - quanto carga de ruptura .................................................................. 91

xiv

Tabela 5.7 Resultados do ensaio de compresso diametral para os tubos com fibra de ao longa colada em pente - quanto carga mxima ps-fissurao .............................................. 91

Tabela 5.8 Resultados do ensaio de compresso diametral para os tubos com macrofibra polimrica Barchip - quanto carga de ruptura ....................................................................... 94

Tabela 5.9 Resultados do ensaio de compresso diametral para os tubos com macrofibra polimrica Barchip - quanto carga mxima ps-fissurao ................................................... 94

Tabela 5.10 Resultado do ensaio de compresso diametral para os tubos com macrofibra polimrica Forta Ferro - quanto carga de ruptura .................................................................. 97

Tabela 5.11 Resultado do ensaio de compresso diametral para os tubos com macrofibra polimrica Forta Ferro - quanto carga mxima ps-fissurao ............................................. 97

Tabela 5.12 Resultados obtidos no ensaio de absoro de gua e ndice de vazios para os tubos reforados com fibras de ao e macrofibras polimricas ................................................ 99

Tabela 5.13 Resultados obtidos para os tubos concretos com a fibra de ao solta no estado endurecido quando submetidos ao ensaio previsto pela norma NBR9778 (2005) ................. 101 Tabela 5.14 Resultados obtidos para os tubos concretos com a fibra de ao curta colada em pente no estado endurecido quando submetidos ao ensaio previsto pela norma NBR9778 (2005) ..................................................................................................................................... 101 Tabela 5.15 Resultados obtidos para os tubos concretos com a fibra de ao longa colada em pente no estado endurecido quando submetidos ao ensaio previsto pela norma NBR9778 (2005) ..................................................................................................................................... 102 Tabela 5.16 Resultados obtidos para os tubos concretos com macrofibras polimricas D no estado endurecido quando submetidos ao ensaio previsto pela norma NBR9778 (2005)...... 102 Tabela 5.17 Valores de consumo terico e consumo verificado para os tubos de concreto com as fibras de ao e a macrofibra polimrica Barchip ........................................................ 103

Tabela 5.18 Resultados obtidos para as massas de fibras extradas aps o esmagamento dos testemunhos dos tubos de concreto com a fibra de ao solta e respectivos teores incorporados ................................................................................................................................................ 104

Tabela 5.19 Resultados obtidos para as massas de fibras extradas aps o esmagamento dos testemunhos dos tubos de concreto com a fibra de ao curta colada em pente e respectivos consumos ................................................................................................................................ 104

xv

Tabela 5.20 Resultados obtidos para as massas de fibras extradas aps o esmagamento dos testemunhos dos tubos de concreto com a fibra de ao longa colada em pente e respectivos consumos ................................................................................................................................ 105

Tabela 5.21 Resultados obtidos para as massas de fibras extradas aps o esmagamento dos testemunhos dos tubos de concreto com a macrofibra polimrica Barchip e respectivos consumos ................................................................................................................................ 105

Tabela 5.22 Resultados do ensaio de absoro de gua e do teor real de fibras dos testemunhos extrados dos tubos ............................................................................................ 106

Tabela 5.23 Resultados do ensaio de compresso axial nos corpos-de-prova resistncias compresso mdias e absoro mdias ................................................................................... 107

Tabela A.1 Resultados do ensaio de absoro de gua dos testemunhos extrados dos tubos ................................................................................................................................................ 123

Tabela A.2 Resultados do clculo do teor incorporado de fibra ......................................... 124

Tabela B.1 Resultados do ensaio de absoro de gua dos corpos-de-prova ...................... 130

1

1. INTRODUO

sobejamente conhecido o fato do Brasil necessitar urgentemente de uma ampla implantao de sistemas de saneamento bsico, notadamente de sistemas de coleta e tratamento de esgoto, como tambm de guas pluviais. Isto porque apesar do pas apresentar bom ndice de atendimento de guas pluviais, ainda existe algumas regies que apresentam esse ndice abaixo da mdia, tais quais Norte e Nordeste. Esta situao torna-se ainda pior quando se fala em ndice de atendimento de coleta e tratamento de esgoto, tanto para a mdia do Brasil como, principalmente, para a regio Norte, como pode ser observado na Tabela 1.1.

Tabela 1.1 - Nveis de atendimento com gua e esgotos dos prestadores de servio participantes do SNIS em 2008, segundo regio geogrfica. (SNIS, 2008)

Regies

ndice de atendimento (%) ndice de tratamento dos esgotos gerados (%) gua Coleta de esgotos

Total Urbano Total Urbano Total Norte 57,6 72,0 5,6 7,0 11,2

Nordeste 68,0 89,4 18,9 25,6 34,5 Sudeste 90,3 97,6 66,6 72,1 36,1

Sul 86,7 98,2 32,4 38,3 31,1

Centro-oeste 89,5 95,6 44,8 49,5 41,6

Brasil 81,2 94,7 43,2 50,6 34,6

No sentido de se possibilitar uma variante tecnolgica para a produo de tubos de concreto para os referidos sistemas, foram desenvolvidos estudos sobre a utilizao de fibras de ao como reforo, na Escola Politcnica da USP e na Universidade Estadual de Campinas, cujos primeiros resultados obtidos foram as dissertaes de Pedro Jorge Chama Neto (CHAMA NETO, 2002) e de Marcelo Francisco Ramos (RAMOS, 2002).

A partir destes trabalhos foi estabelecida uma srie de parmetros para a anlise do desempenho mecnico dos tubos de concretos reforados com fibras de ao (CHAMA NETO; FIGUEIREDO, 2003). O principal fundamento para esta avaliao a utilizao de um sistema de controle de deformao diametral no ensaio de compresso diametral. O ensaio bsico, sem controle de deformaes, j era utilizado anteriormente para o controle de qualidade dos tubos convencionalmente armados com telas ou vergalhes de ao (FIGUEIREDO et al., 2007).

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Apesar de recente, o estudo de tubos de concreto reforados com fibras j possibilitou a reviso da norma NBR 8890:2007 - Tubo de concreto, de seo circular, para guas pluviais e esgotos sanitrios, que incorporou a utilizao das fibras de ao como nico reforo do componente (FIGUEIREDO; CHAMA NETO, 2007). A concepo da norma brasileira, publicada em 2007, similar ao recomendado pela norma europia NBN EN 1916:2002 - Concrete pipes and fittings, unreinforced, steel fibre and reinforced, apesar de introduzir algumas inovaes no que se refere avaliao do componente. Esta norma a primeira do Brasil a parametrizar o uso do concreto reforado com fibras de ao, tendo sido desenvolvida em paralelo com a norma de especificao da prpria fibra NBR 15530:2007 (FIGUEIREDO; CHAMA NETO; FARIA, 2008).

Assim, hoje possvel contar com o fornecimento de tubos de concreto reforado com fibras de ao no mercado brasileiro, o que passa a ser uma interessante alternativa para a reduo do dficit pblico de obras de saneamento. No entanto, apenas fibras de ao so permitidas. Isto ocorre porque, at aqui, todos os estudos desenvolvidos nesta rea s abordaram o uso das fibras de ao.

Apesar dos tubos com fibras de ao terem um potencial de durabilidade maior do que os tubos convencionalmente armados, ainda h a possibilidade de ampliar sua vida til se forem utilizadas macrofibras polimricas, que so resistentes corroso eletroltica e hoje se encontram disponibilizadas no mercado nacional. A dvida que permanece se essas fibras conseguem apresentar o mesmo desempenho mecnico das fibras de ao.

O primeiro estudo abordando estas macrofibras que foi desenvolvido na Escola Politcnica da USP resultou na dissertao de mestrado de Maira Paulina Tiguman (TIGUMAN, 2004) que avaliou o material por meio de ensaios de trao na flexo de prismas com deformao controlada. Neste estudo, foram obtidos resultados interessantes apesar de, na poca, no se contar com o fornecimento de macrofibras de maior desempenho como as disponveis nos dias atuais. De qualquer forma, faz-se necessrio avaliar o potencial de uso dessas fibras para o reforo de tubos de concreto para guas pluviais e esgoto.

1.1 OBJETIVO

Este trabalho tem por objetivo principal realizar uma anlise comparativa de desempenho mecnico das macrofibras polimricas e das fibras de ao destinadas ao reforo de tubos de concreto para obras de saneamento bsico. Ou seja, pretende-se estimar a relao

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de desempenho entre diferentes tipos de fibras aplicadas a tubos da classe PA1 com 1000 mm de dimetro nominal e parede de 80 mm de espessura, e analisar a viabilidade da substituio das fibras de ao por macrofibras polimricas.

Como objetivos secundrios, podem ser listados os seguintes: Avaliar o impacto da utilizao de macrofibras polimricas nas condies de produo

dos tubos;

Verificar a possibilidade de utilizao de ensaios de determinao do teor incorporado de fibras no controle dos tubos de concreto reforados com este material.

1.2 JUSTIFICATIVA

Como comentado anteriormente, a normalizao brasileira vigente s permite o uso de fibras de ao para o reforo dos tubos de concreto destinados a obras de coleta de esgoto e guas pluviais. Isto ocorreu porque a totalidade dos estudos desenvolvidos na rea apenas envolveu o uso de tubos reforados com este tipo de fibra, mesmo internacionalmente. Assim, julgou-se pertinente o desejo de se pesquisar a possibilidade de utilizao de outro tipo de fibra, neste caso, a macrofibra polimrica, e verificar se h como obter um desempenho mecnico equivalente entre estes dois tipos de fibras. Se isto ocorrer, ser possvel ganhar tambm em desempenho com relao durabilidade, pois as macrofibras polimricas devero resistir melhor ao meio ambiente agressivo onde os tubos iro trabalhar.

O dimetro nominal de 1000 mm foi escolhido por ser mais simples para fabricao dos tubos, dado que no precisa mudar as peas na mquina de produo, pois um dos dimetros mais utilizados no mercado Nacional. Alm disso, este dimetro o mximo permitido pela norma brasileira para a produo de tubos de concreto com reforo de fibras, dessa forma, ser possvel verificar o desempenho do compsito na condio limite prevista pela norma brasileira NBR 8890:2007.

1.3 ESTRUTURAO DO TRABALHO

A organizao da dissertao foi elaborada de modo a simplificar e facilitar o entendimento dos conceitos que sero abordados em seis captulos.

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Neste captulo j foram abordados de maneira sucinta o quadro atual da aplicao das fibras de ao nos tubos de concreto, a importncia, o objetivo e a justificativa do tema.

No captulo 2, apresentada a primeira parte da reviso bibliogrfica que abrange os aspectos mais relevantes dos tubos de concreto, tais como: condies gerais, principais aplicaes, tipos de sistemas construtivos, critrios de projeto e dimensionamento, especificaes e controle de qualidade.

No captulo 3, apresentada a segunda parte da reviso bibliogrfica que abrange os aspectos mais relevantes do concreto com fibras, tais como: interao fibra-matriz e os parmetros que a interfere (tipos de fibras, resistncia e mdulo de elasticidade da matriz e das fibras, geometria e orientao das fibras, teor de fibra incorporado) e durabilidade do concreto reforado com fibras. As informaes deste captulo sero teis para caracterizar o papel e o comportamento das fibras no controle da fissurao do tubo.

No captulo 4 so apresentados os estudos experimentais realizados na fbrica Fermix e no Laboratrio de Construo Civil da Escola Politcnica da USP. Os estudos experimentais realizados na fbrica foram a produo dos tubos, o ensaio de resistncia a compresso diametral, a extrao dos testemunhos e a confeco dos corpos-de-prova para o ensaio de compresso axial. J os realizados em laboratrio foram o ensaio de absoro de gua e o ensaio de compresso axial.

No captulo 5 so apresentados, analisados e discutidos os resultados do estudo experimental, com o foco na comparao entre o desempenho dos tubos de concreto reforados com fibras de ao e macrofibras polimricas.

No captulo 6 so apresentadas as principais concluses do estudo apresentado.

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2. TUBOS DE CONCRETO

2.1 CONDIES GERAIS

indiscutvel que o setor da construo civil um grande consumidor de recursos naturais e energticos, alm de gerador de resduos. Por isso, para reduzir o dficit do sistema de saneamento do Brasil, importante analisar a viabilidade dos materiais, processos produtivos e outros aspectos relativos implantao do sistema visando sua sustentabilidade.

A anlise da sustentabilidade dos tubos de saneamento deve levar em conta os aspectos econmico, funcional, social e ambiental, pois em alguns casos, uma alternativa pode ser melhor em um aspecto como, por exemplo, econmico, no entanto pior em outro aspecto

como, por exemplo, funcional e ambiental. Por isso, importante que todos os aspectos sejam avaliados em conjunto (VIOLAS; DE LA FUENTE; AGUADO, 2010).

Para os tubos de saneamento, a resistncia do conjunto solo-tubo varia em funo do material e da compactao da vala. Se os materiais que se dispem so selecionados e se realiza uma boa compactao, a resistncia do conjunto aumenta. Caso contrrio, aumenta o consumo de matrias-primas, pois grande quantidade do material escavado no ser reaproveitado e o custo da execuo tambm aumenta, porque deve-se dispor de novos materiais ou realizar uma compactao mais cuidadosa. Assim, o custo da execuo e o consumo de matrias-primas esto relacionados com a capacidade estrutural do sistema solo-tubo. Esta influncia ainda maior quando so utilizados tubos plsticos j que sua deformao maior e, portanto o terreno contribui mais com a capacidade estrutural do conjunto solo-tubo (VIOLAS; DE LA FUENTE; AGUADO, 2010).

Violas, De La Fuente e Aguado (2010) observaram que o tubo de concreto um componente cuja resistncia quase no sofre influncia da compactao lateral e do tipo de aterro, sendo responsvel por apenas 15% da resistncia do conjunto solo-tubo. Enquanto que os tubos plsticos dependem de uma boa compactao e um bom material de aterro, pois o terreno responsvel por 85% da resistncia total ao sistema. Esta influncia aumenta medida que aumenta o dimetro do tubo, ou seja, para tubos de grandes dimetros (superior a 800 mm) o tubo de concreto se mostra mais competitivo do que os tubos de plstico, o que o torna a opo mais interessante para este trabalho que estuda tubos de 1000 mm de dimetro.

Uma das dificuldades na fabricao de tubos armados a necessidade de investimentos tanto em mo-de-obra qualificada para corte, dobramento e montagem das armaes quando

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se utiliza tela metlica ou na substituio destes por equipamentos automatizados, como em infra-estrutura das fbricas devido necessidade de espao para poder estocar a produo da armadura e das telas metlicas que devem estar disponveis durante a produo dos componentes. J quando se utilizam fibras como nico reforo do concreto para fabricao dos tubos, eliminada a etapa de fabricao da armadura, pois estas so adicionadas como se fossem um elemento adicional do concreto (NUNES, 1998; PINTO JR.; MORAES, 1996).

As principais caractersticas do tubo de concreto com fibras so sua capacidade de resistncia ao impacto (reduo de danos acidentais durante a fabricao, manuseio, transporte e instalao dos tubos) e sua capacidade portante ps-fissurao, ou seja, depois de apresentar fissuras significativas o tubo suporta maior carregamento. Alm do mais propicia uma abertura menor das fissuras, que uma vantagem para os tubos de concreto destinados redes de esgotos sanitrios. Ou seja, a adio de fibras ao tubo de concreto significa uma melhora na durabilidade e vida til do mesmo (FIGUEIREDO; CHAMA NETO, 2006).

2.2 PRINCIPAIS APLICAES

Os tubos de concreto so normalmente utilizados para irrigao, redes de guas pluviais, abastecimento de gua, redes de esgotos sanitrios, galerias e bueiros. Apesar das diversas aplicaes possveis, os tubos de concreto no Brasil so, em sua maioria, utilizados para redes de guas pluviais e esgotos sanitrios.

2.2.1 Redes de guas pluviais

Com a crescente urbanizao, as reas permeveis so reduzidas dificultando a infiltrao das guas da chuva no solo e com isto, as guas pluviais excessivas tendem a escoar e se acumular em pontos baixos das cidades, provocando as enchentes que, em geral, causam muitos prejuzos sociais, econmicos e sanitrios nas cidades. Para evitar que isto acontea, necessrio que as guas das chuvas sejam captadas e conduzidas para locais adequados, e por isso foram criadas as redes de guas pluviais, conhecidas como drenagem urbana.

Segundo Chama Neto (2008), um adequado sistema de drenagem de guas superficiais ou subterrneas, proporcionar uma srie de benefcios, tais como: desenvolvimento do

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sistema virio; reduo dos gastos com manuteno das vias pblicas; valorizao das propriedades na rea beneficiada; escoamento rpido das guas superficiais facilitando o trfego por ocasio das precipitaes; eliminao de guas estagnadas e lamaais que podem causar doenas; e segurana e conforto para a populao e veculos.

No Brasil as redes de guas pluviais so construdas, em sua maioria, utilizando tubos de concreto simples, em dimetros que variam de 200 a 600 mm e, tubos de concreto armado em dimetros que variam de 300 a 2000 mm, de maneira que os mesmos atendam s exigncias prescritas na norma brasileira NBR 8890:2007, vide item 2.4.

2.2.2 Redes de esgoto sanitrio

Os tubos de concreto para esgotos sanitrios foram desenvolvidos para atender a demanda destes sistemas, os quais tornaram possvel o crescimento das grandes cidades. O tubo fabricado com concreto , at o momento, o componente mais utilizado em obras de esgotos sanitrios devido ao seu custo em relao ao tubo fabricado com outros materiais e tambm pelos excelentes resultados de resistncia e durabilidade que vem apresentando. Funcionam como conduto livre e so produzidos em dimetros que variam de 400 a 2000 mm, sendo os mais utilizados at 1200 mm, de maneira que os mesmos atendam s exigncias prescritas na norma brasileira NBR 8890:2007 (vide item 2.4).

At recentemente, estes tubos eram a nica alternativa disponvel para aplicao em redes de esgoto no pressurizadas. Atualmente outros materiais esto sendo produzidos no Brasil, porm os projetistas, construtores e empresas de saneamento, continuam optando de forma bastante intensa pelo uso de tubos de concreto em redes de esgoto, em funo de vantagens tcnicas e econmicas (CHAMA NETO, 2002).

2.2.3 Outras aplicaes

Alm da utilizao de tubos de concreto em sistemas de esgoto sanitrio e redes de guas pluviais, este material tem sido utilizado em sistemas de abastecimento de gua pressurizada ou por gravidade.

Em sistemas de abastecimento de gua sob presso, so usados tubos de concreto armado, com ou sem cilindro de ao, protendido ou sem proteno, sendo que para cada

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situao as exigncias mudam em funo das cargas externas e internas atuantes no tubo. Na Europa, principalmente na Alemanha, esta alternativa ainda continua sendo utilizada, j no Brasil, o mais utilizado o sistema por gravidade (CHAMA NETO, 2008).

Outra aplicao em drenagem de rodovias, ferrovias e aeroportos; bueiros e travessias; poos de inspeo; passagens subterrneas para animais e pedestres; fossas spticas e poos de lenol fretico. Nos Estados Unidos e Canad estima-se que 90% dos aeroportos tm seu sistema de drenagem executado com tubos de concreto (CHAMA NETO, 2008).

2.3 TIPOS DE SISTEMA CONSTRUTIVO

Os principais tipos de sistema construtivo utilizados em redes de tubos de concreto so o sistema enterrado e o sistema cravado que sero descritos a seguir.

2.3.1 Sistema enterrado

O sistema enterrado ou escavao a cu aberto aquele em que a vala aberta desde a superfcie do terreno at o ponto de instalao dos tubos. a forma mais utilizada, apesar dos transtornos que traz para o trnsito de veculos e de pedestres (NUVOLARI et al., 2003). A escavao, proteo e reaterro das valas constituem, na maioria das vezes, a parte mais trabalhosa, demorada e dispendiosa da execuo do sistema. Por este motivo so necessrios cuidados especiais e tcnicas apropriadas na sua construo (HESS, 1977).

Inicialmente elabora-se o projeto que especifica o dimetro nominal, declividade da tubulao, largura da vala, posicionamento da tubulao na via pblica, profundidades, cobrimentos mnimos, pontos de passagem obrigatria, interferncias e tipo de pavimento segundo as normas ou especificaes. Com o projeto pronto devem ser feitas as sondagens para avaliar a natureza do solo a ser escavado e a posio do lenol fretico, avaliando a necessidade de utilizao de escoras e de esgotamento da gua drenada do lenol fretico durante a escavao (HESS, 1977).

Aps estas determinaes inicia-se a locao das valas, que podem ser posicionadas sob o passeio ou sob o tero da rua. A menor largura da vala de 60 cm em terrenos firmes e com pequenas profundidades, podendo chegar a vrios metros no caso de grandes tubulaes. A

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profundidade e declividade do fundo da vala so controladas por cavaletes fixos, colocados em cada uma das extremidades do trecho a ser aberto e por uma rgua mvel (HESS, 1977).

Com a locao da vala pronta inicia-se a escavao, que pode ser manual ou mecnica. Onde h mo-de-obra barata predomina a escavao manual sobre a mecnica, principalmente nas obras de menor vulto. As escavaes manuais so feitas com ferramentas do tipo: alavanca, enxada, p e picareta. Em valas profundas pode-se utilizar escavao mecnica at o limite de alcance do equipamento. Da em diante, s se emprega a escavao manual, j que o escoramento das paredes da vala impede a ao da maioria dos equipamentos de escavao mecnica. Os equipamentos mais utilizados na escavao mecnica so: retro-escavadeiras (para profundidades de valas de at 2,50 m), escavadeiras hidrulicas (para profundidades de at 5 m ou 6 m), drag-lines (para raspagens em terrenos pouco consistentes e de difcil acesso) e ps-carregadeiras (para carga de material solto nos caminhes) (NUVOLARI et al., 2003).

Quando as valas so abertas em solo suscetvel a desbarrancamento, torna-se necessrio escorar suas paredes laterais. Para evitar acidentes por soterramento, obrigatrio o escoramento para valas de profundidade superiores a 1,25 m, qualquer que seja a natureza do solo. Para menores profundidades a necessidade de escoramento depender do tipo do solo, por exemplo, solos arenosos encharcados e argila muito mole necessitam de escoramento mesmo em valas rasas. Para o esgotamento da gua utilizam-se bombas em poos de suco ou faz-se o rebaixamento do lenol fretico (HESS, 1977).

Uma vez assentada e verificada a tubulao quanto ao alinhamento, declividade e estanqueidade, deve-se reaterrar a vala o mais rapidamente possvel. Se a vala tiver sido escavada em solo de boa qualidade, o reaterro poder ser feito com o prprio material retirado. Caso contrrio, deve-se trazer terra apropriada de outro local (HESS, 1977).

2.3.2 Sistema cravado

Tradicionalmente as redes de esgoto e galerias de guas pluviais so instaladas com o emprego da tcnica de abertura de valas a cu aberto. Nos grandes centros urbanos, com reas densamente ocupadas, este sistema tem se mostrado cada vez mais invivel. Dessa forma, os tneis passaram a ter importncia decisiva na execuo destas obras, pois se apresentaram como a soluo para a transposio de mltiplos obstculos.

Dentre os mtodos existentes para a execuo de tneis em reas urbanas, um dos resultantes do desenvolvimento tecnolgico recente o sistema Jacking Pipe destinado s

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canalizaes em geral (CHAMA NETO, 2008). Este sistema composto de tubos de concreto armado de alta resistncia (50 a 80 MPa), cravados no solo por meio de macaco hidrulico um aps o outro, medida que executa-se a escavao da frente do tnel. Os tubos so acoplados um ao outro por encaixe de ponta especial de anel metlico chumbado em uma das extremidades do tubo (NUVOLARI et al., 2003).

O sistema Jacking Pipe permite a execuo de obras em reas urbanas sem a interrupo do trnsito, facilita a transposio de interferncias, e evita desapropriaes de terrenos e edificaes. Apresenta ainda algumas vantagens, tais como, tipos e versatilidade dos equipamentos de cravao que permitem a execuo dos tneis em macios arenosos e argilosos com ou sem capacidade portante e na presena ou no de gua (CHAMA NETO, 2008).

No Brasil a primeira obra executada utilizando-se este sistema foi o Coletor Tronco Itaim, situado em So Paulo no bairro do Itaim Paulista, iniciado em 1992 com extenso de 2078 m e dimetro de 600 mm. Desde ento este sistema tem sido utilizado nos maiores programas de despoluio ambiental desenvolvidos no pas, como por exemplo, o do Rio Tiet, em So Paulo, e o da Baa de Guanabara, no Rio de Janeiro (CHAMA NETO, 2008).

2.4 CRITRIOS DE PROJETO E DIMENSIONAMENTO

2.4.1 Critrios de projeto

As principais linhas de projeto utilizadas para o dimensionamento e a construo de redes de guas pluviais e de esgotos sanitrios so o projeto hidrulico e o projeto estrutural. No projeto hidrulico so observados os aspectos necessrios para garantir o bom desempenho funcional da rede, como a locao em planta e corte, o funcionamento das redes como conduto livre em regime permanente e uniforme, a determinao das vazes mnima e mxima, dimetro mnimo, declividades mnima e mxima, velocidade crtica, lmina dgua, etc., ou seja, todas as aes hidrulicas capazes de agir sobre a estrutura.

No projeto estrutural necessrio que os tubos atendam aos estados limites ltimos e de servio, que so verificados a partir dos esforos solicitantes (momento fletor, fora cortante e fora normal). Para isso, necessrio determinar as cargas atuantes no tubo, que podem ser permanentes ou transitrias. As cargas permanentes so: o peso prprio; a carga do solo; a

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presso do fludo dentro do tubo; as cargas produzidas por sobrecargas na superfcie, em funo da natureza do trfego (rodovirio, ferrovirio, aerovirio ou especial); aes por sobrecargas de construo e empuxos laterais produzidos pelo solo. J as cargas transitrias so: as aes produzidas por equipamento de compactao durante a execuo do aterro; aes produzidas por cravao; e, aes produzidas durante o manuseio, transporte e montagem do tubo (EL DEBS, 2008).

As cargas verticais devidas massa de gua transportada pelo tubo podem ser desconsideradas para tubos de dimetro inferior a 1800 mm, mas devem ser consideradas para tubos de maiores dimetros (AS-NZS3725, 2007). Como neste trabalho os tubos estudados so de 1000 mm de dimetro, estas cargas no sero explicitadas.

2.4.2 Dimensionamento

A determinao das presses sobre os tubos de concreto depende de vrios fatores e a considerao de todos estes de forma razoavelmente precisa uma atividade extremamente complexa, ainda mais quando se considerar a possvel interao da estrutura com o solo. Dessa forma, foi necessrio o desenvolvimento de um procedimento de projeto, para o dimensionamento dos tubos de concreto, em que estes fatores fossem levados em conta de forma mais simplificada. O procedimento em questo denominado de procedimento de Marston-Spangler. Este procedimento engloba a determinao da resultante das cargas sobre os tubos, um ensaio de laboratrio padronizado para medir a resistncia do componente e o emprego de um fator de equivalncia (CHAMA NETO, 2002; DE LA FUENTE; ARMENGOU, 2007; EL DEBS, 2008; FIORANELLI JR., 2005; SILVA; EL DEBS; BECK, 2008).

2.4.2.1 Cargas

H dois tipos principais de cargas a serem consideradas no clculo dos tubos: as cargas do solo atuantes na tubulao e as cargas mveis devido ao trfego na superfcie do terreno.

Cargas do solo

Para determinar as cargas do solo atuante sobre um tubo, o mtodo mais usual no s no Brasil, mas tambm em vrios outros pases, para projetos de tubos de concreto enterrados a

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teoria de Marston-Spangler. Esta teoria admite como carga do solo atuante sobre um tubo (AS-NZS3725, 2007; RAMOS, 2002):

O peso do prisma principal, ou seja, o prisma formado pelo macio de solo diretamente em cima do tubo (Q = b x h x );

O peso Q majorado pela considerao dos planos de fratura a 45 (e no mais verticais); O peso Q aliviado pela considerao do efeito de arco do aterro.

Essa teoria toma como ponto de partida o pressuposto de que a carga de aterro atuante sobre o tubo a do prisma principal, majorada ou reduzida pelos efeitos das foras de atrito dos prismas adjacentes. A figura 2.1 ilustra a hiptese:

Figura 2.1 Carga de aterro atuante sobre o tubo. (RAMOS, 2002)

Chamado a deformao da geratriz superior do tubo e t a deformao do solo adjacente natural, trs casos podem ocorrer:

> t: o que significa que o prisma principal tende a deslocar-se para baixo, em relao aos prismas adjacentes, transmitindo a este parte do seu peso, em virtude do atrito, resultando numa presso E sobre o tubo menor que Q, E < Q

= t: o que implica ausncia de atrito e, consequentemente, E = Q < t: portanto, inversamente ao primeiro caso, E > Q.

Alm disso, a teoria de Marston-Spangler mostra que a carga de solo atuante sobre uma canalizao enterrada no depende apenas da altura do terrapleno, mas tambm, fundamentalmente, da forma da instalao e do assentamento do tubo. Tais fatores de instalao que iro determinar a grandeza e direo dos recalques dos prismas j citados, ou seja, a gerao de foras de atrito ou cortantes que se somaro, algebricamente, ao peso do prisma anterior (EL DEBS, 2008; FIORANELLI JR., 2005; RAMOS, 2002).

Em razo da conhecida influncia das condies construtivas, as canalizaes enterradas so classificadas em dois tipos principais: valas (ou trincheiras) e aterros (ou

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salincia). As condies de vala ocorrem geralmente, quando o tubo instalado numa vala relativamente estreita, aberta em terreno natural e, posteriormente reaterrada at o nvel original (Figura 2.2 a, b, c). J as condies de aterro ocorrem basicamente em dois casos. Um quando a tubulao diretamente assentada sobre o nvel do terreno, e numa segunda etapa, aterrada; e o outro quando as valas apresentam largura tal, que a carga sobre o tubo no mais afetada pelo atrito aterro-parede. Podem ainda ser classificadas em aterro de projeo positiva, em que o tubo instalado sobre a base e aterrado de forma que a sua geratriz superior esteja acima do nvel natural do solo (Figura 2.2d), ou de projeo negativa, em que o tubo instalado em vala estreita e pouco profunda, com o topo do conduto abaixo da superfcie natural do terreno (Figura 2.2e) (EL DEBS, 2008; FIORANELLI JR., 2005; RAMOS, 2002).

Figura 2.2 Formas de instalao: (a) vala simples; (b) vala com paredes inclinadas; (c) vala com sub-vala; (d) aterro com projeo positiva; (e) aterro com projeo negativa. (EL DEBS, 2008)

Nos tubos instalados em vala, a tendncia de deslocamento do solo da vala mobiliza foras de atrito que reduzem a carga que atua sobre o topo do tubo, ou seja, haver uma tendncia de que a carga sobre o tubo se desvie para as laterais (Figura 2.3a). J nos tubos em aterro, pode ocorrer um aumento ou uma reduo das foras atuantes sobre eles, em funo da tendncia de deslocamentos verticais relativos entre a linha vertical, que passa pelo seu centro e a linha vertical, que passa pelas suas laterais. Assim, se ocorrer uma tendncia de

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deslocamento maior nas laterais do que no centro do tubo, a carga resultante pode aumentar (Figura 2.3b). Caso contrrio, pode diminuir (Figura 2.3c) (EL DEBS, 2008; FIORANELLI JR., 2005).

Figura 2.3 Fluxo das tenses no solo em tubos enterrados: (a) em vala; (b) e (c) em aterro. (EL DEBS, 2008)

O assentamento inclui a forma da base e as condies de execuo do aterro lateral junto base do tubo. Quando o tubo for assentado de forma a se promover um contato efetivo em uma grande regio, ou o assentamento apresentar melhores condies de realizar a compactao do solo (Figura 2.4a), as presses na base sero distribudas em uma regio maior e, naturalmente, de menor intensidade. Alm disso, as presses agindo na lateral do tubo sero maiores devido s melhores condies de compactao do solo. Caso contrrio (Figura 2.4b), as presses na base so distribudas numa regio menor e, portanto, de maior intensidade. Analogamente ao caso anterior, as presses laterais sero menores devido dificuldade de compactao do aterro lateral junto base, portanto, os momentos fletores no tubo sero mais desfavorveis (EL DEBS, 2008).

Figura 2.4 Formas de assentamento e de condies de aterro lateral junto a base do tubo. (EL DEBS, 2008)

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Admitindo os fatores acima citados e mais uma srie de hipteses complementares que possibilitaram a determinao da direo e intensidade das foras de atrito, Marston-Spangler estabeleceram a expresso:

Q = C B

Conhecida como a Equao Geral de Marston-Spangler (EL DEBS, 2008; RAMOS, 2002). Onde:

Q1 = peso do aterro por unidade de comprimento; = peso especfico do solo do aterro;

B = largura da vala (Bd), ou do condutor (Bc) conforme o caso; C = coeficiente adimensional1.

Cargas mveis

O clculo das cargas mveis feito em funo da presso no solo resultante do trfego na superfcie utilizando-se a integrao de Newmark para a frmula de Boussinesq (CHAMA NETO, 2002):

Cargas concentradas: Q = C P f/L

Cargas distribudas: Q = C q f D

Onde:

C= coeficiente de carga;

f = fator de impacto (1,5 para rodovias; 1,75 para ferrovias; 1,00 a 1,50 para aeroportos); q = carga concentrada aplicada na superfcie do solo;

D = dimetro externo do tubo;

L = comprimento do tubo.

Carga total

A carga total resultante da soma da carga do solo, da carga mvel e de outras que porventura existam:

1 O coeficiente adimensional funo de parmetros como a relao entre a altura do aterro e a largura da vala

(ou condutor); as foras cortantes entre os prismas principal e adjacentes e a direo e valor do recalque diferencial entre os referidos prismas, atendidas as condies particulares de aterro.

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Q3 = (Q1 + Q2 + Qn) Onde:

Q3 = resultante das cargas atuante no tubo; Q1 = carga de terra; Q2 = carga mvel; Qn = outras cargas.

2.4.2.2 Determinao da resistncia do tubo

Para determinar a resistncia de um tubo normalmente se emprega o ensaio de compresso diametral. Dentre os vrios mtodos existentes deste ensaio os quatro mais conhecidos so o de trs cutelos, o de dois cutelos, o do colcho de areia e o de Minnesota (Figura 2.5). Sendo que dentre estes, o mais largamente utilizado o de trs cutelos, sendo inclusive adotado pela norma brasileira NBR 8890:2007. Isto devido simplicidade e facilidade de execuo dos ensaios e principalmente pela exatido e uniformidade dos resultados (CHAMA NETO, 2002; DE LA FUENTE; ARMENGOU, 2007; SILVA; EL DEBS; BECK, 2008).

Figura 2.5 Ensaios de determinao da resistncia de um tubo: (a) trs cutelos; (b) dois cutelos; (c) colcho de areia e (d) Minnesota. (CHAMA NETO, 2002).

Contudo, vale ressaltar duas consideraes importantes deste mtodo. A primeira que o mesmo no reproduz o efeito da presso lateral da terra e, consequentemente, o aumento da capacidade resistente do tubo que isso representa. Como o tubo de concreto um elemento com comportamento rgido, este efeito no to acentuado como em tubos flexveis, que devem parte de sua resistncia sua interao com o solo em seu processo de deformao.

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Portanto, este efeito tende a ser normalmente desprezado. E a segunda que o mtodo considera um apoio direto sobre o tubo com apoio distribudo, o que no acontece na prtica, simulando desta forma um caso de carga mais desfavorvel que o real. Ambas as consideraes esto a favor da segurana o que melhora o sistema de controle de qualidade dos tubos (DE LA FUENTE; ARMENGOU, 2007; SILVA; EL DEBS; BECK, 2008).

Deste modo, para levar em conta as condies reais de distribuio de cargas e os procedimentos de execuo da base e da compactao lateral adjacente ao tubo, utilizado um fator de equivalncia (Fe) que um coeficiente corretor que se aplica para aumentar a carga obtida no ensaio, reproduzindo de forma mais prxima do real a resposta do tubo in situ. Portanto em funo das condies de assentamento tm-se os seguintes fatores de equivalncia para tubos em valas (CHAMA NETO, 2002; DE LA FUENTE; ARMENGOU, 2007; EL DEBS, 2008; FIORANELLI JR., 2005; SILVA; EL DEBS; BECK, 2008):

Bases de concreto ou Classe A: em que a face inferior dos tubos assentada numa base de concreto, com fck 15,0 MPa e cuja espessura, sob o tubo, deve ser de, no mnimo, 1/4 do dimetro interno, e estendendo-se verticalmente, at 1/4 do dimetro externo (Figura 2.6). Fe = 2,25 a 3,40, dependendo do tipo de execuo e da qualidade da compactao de enchimento;

Bases de primeira classe ou Classe B: em que os tubos so completamente enterrados em vala e cuidadosamente assentados sobre materiais de granulao fina, propiciando uma fundao convenientemente conformada parte inferior do tubo, em uma largura de pelo menos 60% do dimetro externo. A superfcie restante dos tubos envolvida, inteiramente, at a altura mnima de 30 cm acima da sua geratriz superior, com materiais granulares colocados a mo, de modo a preencher todo o espao perifrico. O material de enchimento deve ser bem apiloado, em camadas de espessura no superior a 15 cm (Figura 2.7). Fe = 1,90;

Bases comuns ou Classe C: em que os tubos so colocados no fundo das valas, com bastante cuidado, sobre fundao de solo compactado para adaptar-se, perfeitamente, parte inferior dos tubos, em uma largura mnima de 50% do dimetro externo; sendo a parte restante envolvida, at uma altura de pelo menos 15 cm acima da geratriz superior daqueles, por material granular, colocado e socado a p de modo a preencher os vazios (Figura 2.8). Fe = 1,50;

Bases condenveis ou Classe D: em que os tubos so assentados com pouco ou nenhum cuidado, no tendo sido preparado o solo para que a parte inferior do tubo seja apoiada

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convenientemente, e deixando de encher os vazios do seu redor, ao menos parcialmente, com material granular (Figura 2.9). Fe = 1,10.

Figura 2.6 Bases de concreto ou Classe A. (EL DEBS, 2008)

Figura 2.7 Bases de primeira classe ou Classe B. (EL DEBS, 2008)

Figura 2.8 Bases comuns ou Classe C. (EL DEBS, 2008)

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Figura 2.9 Bases condenveis ou Classe D. (EL DEBS, 2008)

Dessa forma, em funo de todos os conceitos e variveis envolvidas no projeto e dimensionamento, e considerando-se a condio de assentamento, a fora correspondente ao ensaio de compresso diametral (CHAMA NETO, 2002; DE LA FUENTE; ARMENGOU, 2007; EL DEBS, 2008; SILVA; EL DEBS; BECK, 2008):

F =Q

Fe

Onde:

Fensaio = fora correspondente ao ensaio de compresso diametral;

Q3 = resultante das cargas atuante no tubo (carga de solo, carga mvel e outras cargas); Fe = fator de equivalncia.

2.4.2.3 Coeficiente de segurana

Aps o clculo do valor da fora correspondente ao ensaio de compresso diametral devem ser empregados os coeficientes de segurana que so:

t = 1,0 para a carga de fissura (trinca); r = 1,5 para a carga de ruptura.

A carga de fissura (trinca) corresponde fora no ensaio de compresso diametral que causa uma ou mais fissuras com abertura de 0,25 mm e de 300 mm de comprimento, ou mais. Esta condio corresponde ao estado limite de fissurao inaceitvel. J a carga de ruptura corresponde mxima fora que se consegue atingir no ensaio de compresso diametral. Esta condio corresponde ao estado limite ltimo de runa do tubo (CHAMA NETO, 2002; DE LA FUENTE; ARMENGOU, 2007; EL DEBS, 2008; SILVA; EL DEBS; BECK, 2008).

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Dessa forma, a expresso para determinar a fora no ensaio de compresso diametral pode ser colocada na forma (CHAMA NETO, 2002; DE LA FUENTE; ARMENGOU, 2007; EL DEBS, 2008; SILVA; EL DEBS; BECK, 2008):

F =Q

Fe

Onde: o coeficiente de segurana, apresentado anteriormente.

A partir do valor da carga de fissura e da carga de ruptura no ensaio de compresso diametral, pode-se especificar a classe de resistncia do tubo que atende ao valor calculado, conforme a NBR 8890 (ABNT, 2007). Naturalmente, na especificao do tubo dever ser adotada a classe correspondente fora igual ou superior quela que resulta do clculo, devendo atender tanto a carga mnima de fissura como a carga mnima de ruptura, conforme se encontra melhor detalhado no prximo item.

2.5 ESPECIFICAO E CONTROLE DE QUALIDADE

Os tubos de concreto devem atender s especificaes da norma brasileira NBR 8890:2007 - Tubo de concreto, de seo circular, para guas pluviais e esgotos sanitrios, que fixa os requisitos e mtodos de ensaio para a aceitao de tubos de concreto simples, armado e reforado com fibras de ao, de seo circular, destinados a conduo de guas pluviais e esgotos sanitrios. Esta norma apresenta, em sua maior parte, especificaes

similares s recomendadas pelas normas internacionais, como a europia NBN EN 1916:2002 - Concrete pipes and fittings, unreinforced, steel fibre and reinforced, e a australiana AS 4139:2003 Fibre-reinforced concrete pipes and fittings. Dessa forma, sero descritos a seguir os itens abordados pela norma nacional e suas similaridades com as normas internacionais.

2.5.1 Especificao

2.5.1.1 Materiais

Dentre os requisitos mnimos estabelecidos para tubos de concreto, tanto a norma nacional (NBR 8890:2007) como as internacionais (NBN EN 1916:2002 e AS 4139:2003)

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determinam que os materiais devem ser utilizados de acordo com a agressividade do meio, interno e externo, onde sero instalados os tubos.

Cimento

A norma brasileira (NBR 8890:2007) permite que seja utilizado qualquer tipo de cimento Portland nos tubos para guas pluviais, exceto no caso de comprovada agressividade do meio externo ao concreto, onde deve ser feita uma avaliao do grau e tipo de agressividade para definio dos parmetros de produo do concreto. E nos tubos para esgoto sanitrio, deve ser utilizado cimento resistente a sulfato. J para as normas internacionais (NBN EN 1916:2002 e AS 4139:2003), deve-se fazer sempre um estudo da agressividade do meio independentemente da funo do tubo.

Agregados

A norma nacional (NBR 8890:2007) determina que os agregados utilizados nos tubos reforados com fibras devem atender s exigncias da NBR 7211:2005, sendo sua dimenso mxima limitada a um tero da espessura da parede do tubo. Para a norma australiana (AS 4139:2003) no devem ser utilizados agregados leves e escrias no ferrosas. E para a norma europia (NBN EN 1916:2002) os agregados no devem conter componentes nocivos em quantidades que podem ser prejudiciais a moldagem, endurecimento, resistncia, impermeabilidade e durabilidade do concreto, nem causar corroso da fibra de ao.

gua

A norma brasileira (NBR 8890:2007) determina que a relao gua/cimento deve ser de no mximo 0,50 L/kg para tubos destinados a guas pluviais e de no mximo 0,45 L/kg para tubos destinados a esgotos sanitrios. A norma europia (NBN EN 1916:2002) determina que a relao gua/cimento no deve ser superior a 0,45 para qualquer tipo de tubo. J a norma australiana no cita uma relao gua/cimento especfica para tubos de concreto, ou seja, esse fator utilizado a partir da norma genrica de fornecimento de concreto.

Aditivos

A norma nacional (NBR 8890:2007) determina que os tubos de concreto devem atender ao disposto na NBR 11768:1992 e o teor de ons de cloro no concreto no deve ser maior que 0,15%. Para norma australiana (AS 4139:2003) os aditivos no devem conter nitratos, cloretos ou outros sais fortemente ionizados, a menos que se demonstre que este no prejudique a durabilidade. Para a norma europia (NBN EN 1916:2002) o concreto no deve

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conter quantidade superior a 1% de on cloreto por massa de cimento para tubos de concreto simples e superior a 0,4% para tubos de concreto com fibras de ao ou telas de ao.

Fibras

A norma brasileira (NBR 8890:2007) s aceita atualmente a utilizao de fibras de ao como reforo de tubos de concreto com consumo mnimo de 20 kg/m de fibra. Segundo a norma NBR 15530:2007 as fibras de ao so classificadas quanto sua conformao geomtrica em (ABNT, 2007):

Tipo A: fibra de ao com ancoragens nas extremidades;

Tipo C: fibra de ao corrugada;

Tipo R: fibra de ao reta.

E quanto sua classe, as quais foram definidas segundo o ao que deu origem s mesmas (ABNT, 2007):

Classe I: fibra oriunda de arame trefilado a frio;

Classe II: fibra oriunda de chapa laminada cortada a frio;

Classe III: fibra oriunda de arame trefilado e escarificado.

Para serem usadas como reforo em tubos de concreto a norma brasileira (NBR 8890:2007) exige que as fibras de ao devam ser de ao trefilado, com resistncia mnima trao de 1000 MPa, com ancoragem em gancho e fator de forma (razo entre o comprimento e o dimetro da fibra) mnimo de 40, ou seja, uma fibra do tipo AI. Isso porque j est comprovado em estudos anteriores (CHAMA NETO; FIGUEIREDO, 2003) que as fibras do tipo AI apresentam condio de reforo para tubos expressivamente superior em relao s fibras do tipo AII que possuem resistncia trao mais baixa.

A norma europia (NBN EN 1916:2002) s aceita a utilizao das fibras de ao com consumo mnimo de 25 kg/mde fibra. Estas devem ser fabricadas a partir de fio de ao trefilado, com resistncia trao no inferior a 1000 MPa. Alm disso, devem apresentar forma e/ou textura da superfcie que assegure a sua fixao mecnica no concreto.

J a norma australiana (AS 4139:2003) permite a utilizao de outros tipos de fibras alm da fibra de ao, tais como a fibra de celulose, fibras plsticas e fibras de vidro. Alm disso, nenhuma restrio adicional colocada na escolha do tipo de fibra, suas combinaes, suas propores no produto acabado, ou no mtodo de fabricao do tubo, exceto que os tubos fabricados com estes materiais devem cumprir os requisitos da referida norma.

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Apesar da norma australiana j permitir o uso de outros tipos de fibra como reforo no tubo de concreto, pode-se observar que no existe um bom controle de qualidade, j que os fabricantes podem us-las nas propores e para as funes que quiserem, sem ao menos verificar a adequao da fibra quanto durabilidade ao meio em que estar exposta.

2.5.1.2 Ensaio de compresso diametral

O mtodo de ensaio utilizado, tanto no Brasil como internacionalmente, para a verificao da adequao do desempenho mecnico dos tubos de concreto para guas pluviais e esgoto o de compresso diametral pelo mtodo de trs cutelos (descrito no captulo 4).

O procedimento do ensaio de compresso diametral especificado na norma australiana (AS 4139:2003) para todos os tipos de tubos sejam eles simples, armados ou reforados com fibras, o mesmo apresentado na norma brasileira (NBR 8890:2007) e na europia (NBN EN 1916:2002) para tubos de concreto simples, sendo que para a norma australiana o ensaio deve ser feito em um pedao do tubo com comprimento de 300 5 mm, enquanto que nas outras duas normas o ensaio feito no tubo inteiro.

O ensaio em tubos de concreto simples especificado pela norma brasileira e europia consiste na aplicao de uma carga com taxa de variao constante at a ruptura do tubo, determinando-se a carga mxima suportada, que deve ser superior carga mnima especificada na norma para tubos simples, conforme a Tabela 2.1. Porm, quando o tubo armado ou reforado com fibras, a norma brasileira e a europia adotam um procedimento mais completo, o que as tornam mais rigorosas e precisas que a australiana.

Tabela 2.1 - Compresso diametral de tubos simples. (NBR 8890:2007) Dimetro nominal

DN (mm) gua pluvial Esgoto sanitrio

Carga mnima de ruptura (kN/m) Carga mnima de ruptura (kN/m) Classe PS1 PS2 ES

200 16 24 36 300 16 24 36 400 16 24 36 500 20 30 45 600 24 36 54

Carga diametral de ruptura (kN/m) Qd 40 60 90

Qd = carga de fissura ou carga de ruptura/DN * 1000

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O procedimento de ensaio dos tubos de concreto armado o mesmo para a norma brasileira (NBR 8890:2007) e europia (NBN EN 1916:2002), diferindo apenas no procedimento experimental a ser utilizado no mtodo de ensaio para determinao da carga de fissura. De acordo com estas normas, o tubo armado com vergalhes ou telas de ao submetido a um carregamento contnuo at a sua ruptura, e se exige apenas a determinao da carga de fissura e da carga de ruptura, que a mxima atingida durante a realizao do ensaio.

Pela norma brasileira, a carga de fissura atingida quando a lmina padro (0,2 mm de espessura, 12,7 mm de largura e afinada na ponta para 1,6 mm) consegue penetrar 1,6 mm em pequenos intervalos de 300 mm ao longo da fissura gerada pelo carregamento. J pela norma europia, a carga de fissura igual a dois teros da carga especificada na norma no podendo apresentar fissuras maiores do que 0,3 mm ao longo de um comprimento contnuo de 300 mm ou mais. Ambos os mtodos de ensaio apresentam uma concepo simplista, o que no permitem avaliar o comportamento mecnico da pea, ficando restrito apenas verificao da conformidade do componente ao requisito especificado. Isto porque apenas a carga de ruptura um parmetro confivel, j que a carga de fissura sempre um parmetro duvidoso, pois depende muito da sensibilidade e acuidade do tcnico responsvel pela realizao do ensaio. Dessa forma, para que a avaliao do comportamento mecnico tenha maior preciso necessrio utilizar um controle simultneo de carga e deslocamento diametral.

Para os tubos com fibras, a norma brasileira (NBR 8890:2007) define que os mesmos sejam considerados como tubo armado, ou seja, reforados com fibras, podendo ser utilizados nas mesmas condies que tubos de concreto com vergalhes ou telas de ao, e por isso ambos apresentam a mesma classificao (Tabela 2.2). No entanto, os tubos com fibras no devem ser utilizados no lugar de tubos convencionalmente armados sem prvia qualificao especfica. Isto porque, o procedimento de ensaio especificado tanto pela norma brasileira (NBR 8890:2007) como pela norma europia (NBN EN 1916:2002) para a verificao de conformidade do desempenho do tubo de concreto reforado com fibras mais completo e preciso. Neste ensaio so determinadas a carga mnima isenta de dano e a carga de ruptura, que correspondem carga de fissura e de ruptura dos tubos armados, respectivamente.

Inicialmente o tubo deve suportar uma carga equivalente a dois teros da carga de ruptura especificada para sua classe durante um minuto, sem apresentar fissuras (carga mnima isenta de dano). A carga deve ser aumentada at a sua ruptura (carga de ruptura) que deve ser maior que a especificada na norma para sua classe. Aps a carga aplicada cair para 95% da carga mxima, o tubo totalmente aliviado reduzindo sua carga a zero, e em seguida,

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reaplica-se a carga equivalente carga mnima isenta de dano mantendo-a por mais um minuto. Neste momento o ensaio considerado encerrado para a norma europia, enquanto para a norma brasileira o tubo novamente carregado at a carga mxima (carga mxima ps-fissurao) devendo ser, no mnimo, 5% superior carga mnima isenta de dano. Neste procedimento a observao do laboratorista encarregado do exame do tubo feita com a devida tranqilidade e a constatao da ocorrncia de fissura um procedimento muito mais simples do que a medida de sua abertura. Assim, o procedimento fica muito menos sujeito subjetividade do julgamento do laboratorista ou mesmo de sua falta de habilidade.

Tabela 2.2 - Compresso diametral de tubos armados e/ou reforados com fibras de ao. (NBR 8890:2007)

Dimetro nominal DN (mm)

gua pluvial Esgoto sanitrio Carga mnima de fissura ou carga isenta de dano

(kN/m) Carga mnima de ruptura

(kN/m)

Carga mnima de fissura ou carga isenta de danos

(kN/m)

Carga mnima de ruptura (kN/m)

Classe PA1 PA2 PA3 PA4 PA1 PA2 PA3 PA4 EA2 EA3 EA4 EA2 EA3 EA4 300 12 18 27 36 18 27 41 54 18 27 36 27 41 54 400 16 24 36 48 24 36 54 72 24 36 48 36 54 72 500 20 30 45 60 30 45 68 90 30 45 60 45 68 90 600 24 36 54 72 36 54 81 108 36 54 72 54 81 108 700 28 42 63 84 42 63 95 126 42 63 84 63 95 126 800 32 48 72 96 48 72 108 144 48 72 96 72 108 144 900 36 54 81 108 54 81 122 162 54 81 108 81 122 162

1 000 40 60 90 120 60 90 135 180 60 90 120 90 135 180 1 100 44 66 99 132 66 99 149 198 66 99 132 99 149 198 1 200 48 72 108 144 72 108 162 216 72 108 144 108 162 216 1 500 60 90 135 180 90 135 203 270 90 135 180 135 203 270 1 750 70 105 158 210 105 158 237 315 105 158 210 158 237 315 2 000 80 120 180 240 120 180 270 360 120 180 240 180 270 360

Carga diametral de fissura/ruptura (kN/m) Qd 40 60 90 120 60 90 135 180 60 90 120 90 135 180

Qd = carga de fissura ou carga de ruptura/DN * 1000 Carga mnima de fissura para tubos armados e carga isenta de dano para tubos reforados com fibras

Dessa forma as normas (NBR 8890:2007 e NBN EN 1916:2002) acabaram sendo mais rigorosas com os tubos reforados com fibras, os quais devem suportar a carga de fissura do tubo convencionalmente armado sem apresentar qualquer tipo de dano, o que no deixa de ser interessante pelo fato de se estar introduzindo uma nova tecnologia no mercado, o que demanda certa cautela. Apesar de se prever uma maior durabilidade para os tubos de concretos com fibras do que para os convencionalmente armados devido ao fato das fibras

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serem mais resistentes corroso eletroltica, esta postura conserva

Análise Comparativa de Desempenho Mecânico de Tubos de Concreto Reforçados Com Macrofibras...

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