tese 1,6 mb

Download Tese 1,6 MB

Post on 07-Jan-2017

227 views

Category:

Documents

6 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • DIMENSIONAMENTO DE CONDUTAS ENTERRADAS

    Joo Jos Campino de Carvalho

    Dissertao para obteno do Grau de Mestre em

    Engenharia Civil

    Jri

    Presidente: Professor Augusto Martins Gomes

    Orientador: Professor Antnio Jorge Silva Guerreiro Monteiro

    Vogal: Professora Filipa Maria Santos Ferreira

    Julho 2010

    https://fenix.ist.utl.pt/homepage/ist12113https://fenix.ist.utl.pt/homepage/ist14202

  • i

    AGRADECIMENTOS

    Gostaria de agradecer a todos os que me ajudaram a realizar esta obra.

    Ao Professor Antnio Monteiro, orientador cientfico desta dissertao, pela

    oportunidade que me proporcionou em realizar esta dissertao e pelos conhecimentos que me

    transmitiu ao longo da elaborao da mesma.

    Ao Eng. Manuel Anastcio, pela flexibilidade de horrio de trabalho permitida nas fases

    mais importantes da realizao da dissertao.

    Mariana Simo e ao Nuno Carvalho pela ajuda no texto em ingls, tanto no Abstract como no Extended Abstract.

    Ao Lus Viana pela companhia e incentivo em muitas etapas da realizao da obra. minha namorada um especial obrigado por toda a motivao e coragem que me

    transmitiu para a concluso deste trabalho.

  • ii

  • iii

    DIMENSIONAMENTO DE CONDUTAS ENTERRADAS

    Joo Jos Campino de Carvalho

    Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura, Instituto Superior Tcnico - Lisboa, Portugal

    RESUMO

    A instalao de condutas enterradas implica uma adequada anlise hidrulica e

    estrutural, processos condicionantes na escolha: do dimetro; do tipo de material; do tipo de

    assentamento; e da capacidade resistente a exigir tubagem a instalar.

    A classificao das condutas e os seus mtodos de instalao so factores que

    tambm so importantes no processo de dimensionamento de condutas enterradas.

    Aps a estimativa do caudal a transportar, o dimensionamento hidrulico efectua-se,

    em geral, com a verificao da capacidade de transporte atravs de uma expresso de clculo

    de perdas de carga como, por exemplo a expresso de Manning-Strickler, para definir o

    dimetro a ser adoptado.

    A determinao das cargas aplicadas nas condutas composta pelas cargas estticas

    e cargas dinmicas. Os fundamentos para a determinao das cargas estticas baseiam-se

    nas teorias de Marston e Spangler, cujos conceitos, teorias e procedimentos so considerados

    os mais adequados ao dimensionamento de condutas enterradas. Considerando que estes

    mtodos tm um grau significativo de complexidade na sua aplicao e o respectivo significado

    fsico no de fcil apreenso, desenvolveram-se expresses alternativas que so de mais

    simples compreenso fsica e aplicao. So apresentadas comparaes grficas entre a

    metodologia proposta e a teoria de Marston e Spangler.

    Para o clculo das cargas dinmicas aplicadas em elementos enterrados, foram

    utilizados dois mtodos distintos, a expresso de Boussinesq e o mtodo de degradao linear

    de cargas, apresentando graficamente a comparao entre os mtodos.

    So tambm abordados os aspectos referentes aos ensaios laboratoriais da resistncia

    compresso diametral, com referncia Norma Europeia, e o valor mximo de deformao

    diametral atravs da frmula de Spangler, a expresso emprica de Watkins&Anderson e a

    frmula de Iowa.

    Palavras-chave: cargas em condutas enterradas, degradao de carga dinmica, ensaios de

    compresso diametral, expresso de Boussinesq e teoria de Marston.

  • iv

  • v

    DESIGN OF BURIED PIPELINES

    Joo Jos Campino de Carvalho

    Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura, Instituto Superior Tcnico - Lisboa, Portugal

    ABSTRACT

    The installation of buried pipelines requires an adequate hydraulic analysis and

    structural constraints in the selection process: diameter, type of material, type of settlement, and

    bearing capacity required for piping installation.

    The classification of pipes and their installation methods are also important for the

    design of buried pipelines.

    After estimating the flow to be transported, the hydraulic design is carried out, in

    general, through the verification of transport capability by using an expression for the calculation

    of load losses such as the Manning-Strickler expression, to define the diameter to be adopted.

    The determination of loads applied on pipes is composed of static and dynamic loads.

    The grounds beyond the determination of static loads are based on the theories of Marston and

    Spangler, whose concepts, theories and procedures are considered the most suitable for the

    design of buried pipelines. Considering that these methods have a significant degree of

    complexity in its implementation and that its physical meaning is not easy to grasp, alternative

    expressions of simpler physical understanding and application, have been developed. Graphical

    comparisons between the proposed methodology and the theory of Marston and Spangler are

    presented.

    To calculate the dynamic loads imposed on buried elements, two different methods

    were used - the expression of Boussinesq and the method of linear degradation of loads. The

    comparison between the two is presented graphically.

    Aspects relating to laboratory tests of resistance of diametric compression, with

    reference to the European Standard, and the maximum value of diametric deformation through

    Spangler's formula, the empirical expression of Anderson & Watkins and the Iowa formula, are

    also approached.

    Keywords: loads on buried pipelines, degradation of dynamic load, diametric compression

    data, Boussinesq expression and Marston theory.

  • vi

  • vii

    NDICE DO TEXTO

    1. Introduo ........................................................................................... 1

    1.1. Relevncia do tema ............................................................................... 1

    1.2. Objectivos ................................................................................................ 1

    1.3. Estrutura da dissertao .......................................................................... 2

    2. Materiais das condutas ........................................................................ 5

    2.1. Tipos de materiais .................................................................................... 5

    2.1.1. Condutas de grs cermico ........................................................................... 5

    2.1.2. Condutas de fibrocimento .............................................................................. 6

    2.1.3. Condutas de beto ........................................................................................ 7

    2.1.4. Condutas de ao ........................................................................................... 8

    2.1.5. Condutas de ferro fundido ............................................................................. 9

    2.1.6. Condutas de materiais plsticos .................................................................. 10

    2.1.6.1. Polietileno de Alta Densidade (PEAD) ............................................................................. 10 2.1.6.2 Policloreto de Vinilo (PVC) ................................................................................................ 11 2.1.6.3 Condutas de plstico reforadas com fibras de vidro ...................................................... 12

    2.2 Factores que influenciam a escolha do material ..................................... 13

    2.2.1 Tipo de escoamento ..................................................................................... 13

    2.2.2 Tipo de ligao entre condutas .................................................................... 13

    2.2.3 Tipo de ligao entre condutas .................................................................... 14

    2.2.4 Necessidade de estanqueidade ................................................................... 14

    3. Classificao das condutas ................................................................. 15

    3.1 Consideraes Gerais ............................................................................. 15

    3.2 Condutas rgidas ..................................................................................... 15

    3.3 Condutas flexveis ................................................................................... 16

    3.4 Condutas semi-flexveis ou semi-rgidas ................................................. 17

    4. Mtodos de instalao ...................................................................... 19

    4.1 Instalao em vala .................................................................................. 19

    4.2 Instalao em aterro ............................................................................... 19

    4.2.1 Instalao em projeco positiva ................................................................. 19

    4.2.2 Instalao em projeco negativa ................................................................ 20

    4.3 Outros tipos de instalao ....................................................................... 21

    4.3.1 Instalao por macacos hidrulicos ............................................................. 21

    4.3.2 Instalao por impulsos ................................................................................ 21

    4.3.3 Instalao atravs da abertura de um tnel ................................................. 21

  • viii

    5. Dimensionamento ..........................