USP-EESC-Roteiro Prático de Dimensionamento de Reservatório Elevado Cilíndrico

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  • Trabalho de Concluso de Curso

    Roteiro prtico de dimensionamento de reservatrio elevado cilndrico

    UNIVERSIDADE DE SO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS

    TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO -1

    ROTEIRO PRTICO DE DIMENSIONAMENTO DE RESERVATRIO ELEVADO CILNDRICO

    DEA CAROLINA THIEME

    So Carlos, 2009

  • Trabalho de Concluso de Curso

    Roteiro prtico de dimensionamento de reservatrio elevado cilndrico

    1-OBJETIVO

    O presente Trabalho de Concluso de Curso, elaborado por Dea Carolina Thieme, aluna do curso de Engenharia Civil da Escola de Engenharia de So Carlos (EESC/USP), orientado pelo Professor Doutor Jos Samuel Giongo e com a colaborao do Professor Benedito Aparecido dos Santos Rodrigues, tem como principal objetivo a elaborao de um roteiro prtico para o clculo dos esforos solicitantes de reservatrios circulares elevados.

    O dimensionamento e as solues que sero apresentadas para a disposio das armaduras em todos os elementos do reservatrio sero realizados de acordo com a norma vigente para obras em concreto armado, NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto - Procedimento. A NBR 8681: Aes e Segurana nas Estruturas Procedimento poder ser utilizada como auxilio no projeto

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    Roteiro prtico de dimensionamento de reservatrio elevado cilndrico

    2-INTRODUO

    Os reservatrios possuem desde que surgiram, cerca de 25 sculos a.c., uma funo simples, armazenamento de gua. Inicialmente a nica gua armazenada era a de chuva, atualmente alm deste tipo de acumulao, conhecido como cisternas, bem comum o acmulo de guas captadas em mananciais para posterior distribuio a todo um municpio ou cidade, como os tpicos sistemas pblicos de abastecimento de gua, como tambm os que so utilizados para abastecimento de residncias e indstrias.

    Os reservatrios podem ser retangulares ou circulares. Os circulares costumavam ser utilizados para reservao de pequenas quantidades de gua, porm j se descobriu que reservatrios com esta geometria so mais econmicos para grandes reservas por utilizarem menor quantidade de material de construo em relao aos reservatrios retangulares. Esta economia de material de deve principalmente, ao seu bom comportamento quanto distribuio dos esforos, situao gerada pela sua geometria que contem simetrias de revoluo.

    Quando o reservatrio toma a forma cilndrica ou de anel, pode ser colhidas vantagens de um projeto de forma cilndrica. eliminado o esforo devido toro. Os esforos suportados pela parede so tenses ou compresses no anel, dependendo das cargas. Esse tipo de reservatrio exigir, usualmente, menor espessura de parede, contando que o dimetro no seja excessivamente grande. Suas desvantagens esto no alto custo das frmas externas e o uso menos econmico do terreno. (Babbit, H. E.; Doland ,J.J.; Cleasby, J. L. Abastecimento de gua. Traduo Zadir Castelo Branco. Editora Edgard Blucher Ltda, 1973.)

    Estes podem ser construdos em pedra, estruturas metlicas, concreto armado, concreto protendido, argamassa armada, etc. A escolha do material para a construo feita levando-se em considerao o volume de gua que ser armazenado, o local da construo, a finalidade, etc.

    T IPOS DE RESERVATRI OS Existem pelo menos trs tipos bem definidos de reservatrios relacionados com os servios de gua:

    Reservatrios de armazenamento usado para armazenar a gua captada; Reservatrio de compensao usado para compensar as vazes; Reservatrio de distribuio usado para compensar as presses em um sistema de distribuio, mas

    exercer conjuntamente a funo de armazenamento.

    CLASSIFI CAO DOS RESERVATRIOS Dentro de um sistema de distribuio os reservatrios podem ser classificados de acordo com o

    tamanho, a posio, quanto a sua construo.

    Consoante ao tamanho:

    a) Pequenos: com capacidade at 500 m3; b) Mdios: volume at 5000 m3; c) Grandes: com capacidade maior que 5000 m3. Consoante ao sistema construtivo:

    a) Elevados; b) Enterrados; c) De superfcie d) Intermedirios ou semi- enterrados, que so uma soluo que est entre os dois ltimos.

    PARTES DOS RESERVATRI OS

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    Roteiro prtico de dimensionamento de reservatrio elevado cilndrico

    As partes constituintes do conjunto de qualquer tipo de reservatrio so: parede, laje de fundo (ou fundao no caso do semi-enterrado, enterrado e do apoiado), cobertura (quando necessria) e ainda pilares, no caso dos apoiados.

    Cada elemento possui uma caracterstica esttica:

    Parede: um elemento de forma circular, ligada ao fundo e a cobertura do reservatrio em cada extremidade. Sua funo a de resistir presso hidrosttica lateral, no podendo ocorrer vazamentos, e transmitir os carregamentos da cobertura fundao (ou a laje de fundo no caso dos apoiados).

    O fundo: tem a funo de transmitir as cargas consoantes cobertura e as paredes e as presses hidrostticas aos pilares ou a fundao, dependendo do tipo de reservatrio.

    No caso das fundaes dos reservatrios apoiados, semi-enterrados e enterrados, esta deve resistir a esforos localizados de recalques diferenciais e de deslocamentos impedidos.

    Cobertura: esta serve para a proteo do produto armazenado.

    Pilares: para os reservatrios elevados esta parte tem a funo de transmitir as cargas da cobertura, das paredes, e da laje de fundo fundao.

    AES ATUANTES NOS RESERVATRI OS Os esforos atuantes nas partes constituintes dos reservatrios so calculados considerando-se as

    seguintes aes:

    COBERTURA: Peso Prprio Sobrecarga Lanternim

    PAREDE Peso prprio Carga vertical uniformemente distribuda devida a cobertura na borda superior do reservatrio Carga devido ao carregamento lquido

    LAJE DE FUNDO Peso prprio Carga vertical devido a parede circular Carga devido ao carregamento lquido

    DEMAI S AES Efeito do vento Efeitos devido variao de temperatura Retrao

    T IPOS DE LI GAES ENTRE A P AREDE DO RESERVATRI O E A LAJE DE FUNDO A ligao entre a parede do reservatrio e a laje de fundo pode ser de trs tipos: p deslizante, articulada (p

    articulado) ou ainda engastada, o engastamento pode ser perfeito ou elstico. A escolha de uma dessas alternativas de ligao depende da deformabilidade e rigidez dos elementos a serem ligados, como tambm do tipo de reservatrio (apoiado, enterrado ou elevado).1)

    A ligao escolhida para este reservatrio a engastada, ligao que garante que no haver transferncia de momento para os pilares e que o giro entre a parede e a laje de fundo permanea com ngulo de 90. A no abertura do n da ligao ajuda a no formao de trincas que provocam vazamentos.

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    Figura 1- Rotao do n no engaste, sem mudana do ngulo.

    Figura 2- Representao do engastamento da laje de fundo.

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    1) Maiores detalhes sobre esses trs tipos de ligao podem ser encontrados em: Indicaes para Projeto e Execuo de Reservatrios Cilndricos em Concreto Armado desenvolvido por Ana Elisabete Paganelli Guimares (EESC-USP,1995)

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    3-ESCOPO

    O projeto estrutural de um reservatrio, tal como todos os tipos de obras, deve ser minuciosamente detalhado para que no haja prejuzos e desperdcios que tornem a obra economicamente invivel. Para que isso seja evitado se faz necessrio o cumprimento de todo um cronograma de projeto estrutural e observncia de inmeros detalhes no momento de sua execuo.

    O desenvolvimento deste projeto ser feito em cinco etapas principais: 1. Estimativa do volume a ser reservado; 2. Determinao da arquitetura do reservatrio; 3. Clculo dos esforos solicitantes na parede cilndrica; 4. Clculo dos esforos solicitantes da cobertura e da laje de fundo; 5. Verificao dos esforos com o programa computacional RESER.FOR; 6. Dimensionamento da armadura; 7. Detalhamento da armadura;

    Para cada etapa ser exposto, durante este texto, o fundamento terico para que seja possvel a observncia dos assuntos explanados no transcorrer do curso de concreto armado e seu enquadramento na norma vigente, no momento ser apenas relatado o modo que ser desenvolvido cada etapa.

    ETAP A 1 - ESTI MATI VA DO VOLUME A SER RESERVADO A estimativa do volume do reservatrio feita considerando primordialmente a finalidade para a

    qual ser construdo, atendendo este preceito determinou-se que o reservatrio deste projeto abastecer um frigorfico com 600 funcionrios e com capacidade de abater 200 cabeas de boi por dia, enquadrando-se como uso industrial com porte entre pequeno e mdio.

    O volume dirio de gua para consumo sanitrio dos funcionrios, como tambm o volume utilizado no abate foram obtidos junto ao banco de dados da empresa ESA Engenharia. No consumo dos funcionrios j est incluso a quantidade desprendida para o preparo da alimentao destes no refeitrio do frigorfico.

    Usualmente so construdos dois reservatrios, um apoiado que reserva normalmente 90% do volume total e um elevado, reservando os 10% restante. O reservatrio elevado possui a finalidade de manter a presso necessria para distribuio da gua reservada, logo o volume de combate a incndio costuma ser armazenado no reservatrio inferior. Os clculos dos volumes a serem armazenados so feitos prevendo o abastecimento da indstria dirio.

    Dados dirios:

    Consumo sanitrio = 100 L/funcionrios

    Consumo para abate = 1500 L/cabea de boi

    ETAP A 2 - DETERMI NAO DA