Repositorio da Producao Cientifica e Intelectual da Unicamp: Estabilidade de tubos metálicos corrugados
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Title: Estabilidade de tubos metálicos corrugados
Title Alternative: Stability of corrugated metal pipe
Author: Kherlakian, Patrick, 1992-
Abstract: Resumo: Tubulações metálicas corrugadas são amplamente utilizadas como bueiros para drenagem de rodovias e como túneis para passagem de pessoas e animais. Essa estrutura apresenta uma boa relação custo-benefício e capacidade de suporte, que depende diretamente do solo que a envolve. Normalmente, esse solo adjacente é considerado com propriedades mecânicas homogêneas para o dimensionamento estrutural, o que nem sempre representa a realidade. Neste estudo buscou-se avaliar a influência de solos com propriedades mecânicas espacialmente correlacionadas ao modo de instabilidade da tubulação metálica corrugada, além da pressão de sobrecarga que o conjunto aterro e tubulação é capaz de suportar. Empregaram-se análises paramétricas em conjunto com simulações em elementos finitos e análises estatísticas para obtenção dos resultados. Os parâmetros avaliados foram a distância de correlação das propriedades mecânicas do solo, diâmetro da tubulação e seu perfil de seção transversal. Os resultados obtidos mostraram que o modo de colapso da estrutura está intimamente ligado à plastificação da seção transversal e não foram observadas instabilidades elásticas. Além disso, as tensões limites encontradas nas tubulações pouco variaram em função da heterogeneidade do solo ou aumento de diâmetro. Por outro lado, as pressões de sobrecarga limite foram influenciadas por essa distribuição das propriedades mecânicas do solo e levaram a resultados mais críticos do que quando considerado um solo homogêneo. Os resultados foram então comparados com normas que contemplam o dimensionamento dessas estruturas e mostraram que a norma NCPSA (National Corrugated Steel Pipe Asssociation) provê resultados satisfatórios em relação ao cálculo da pressão de sobrecarga. Entretanto, a limitação do dimensionamento através de tensões limites na estrutura não mostrou-se adequada. Por fim, tem-se que a distribuição probabilística que melhor representa a distribuição da pressão de sobrecarga crítica em um solo com propriedades mecânicas correlacionadas espacialmente para um dado perfil de seção transversal e diâmetro é a distribuição generalizada de valor extremo, entretanto, a distribuição normal por ser mais usual provê resultados satisfatórios
Abstract: Corrugated metal pipe are widely used as sewers for highway and road drainage and as tunnels for animals and people. This structure presents great cost-benefit and bearing capacity; note that the later relies on support from surrounding soil. Usually, the surrounding soil mechanical properties are considered as a homogenous material in regards to structural design, which is not always true. This study evaluates the influence of spatially correlated mechanical fields on the structural stability of corrugated metal pipes, and on the overload pressure of the pipe and embankment assembly. Parametrical analyses are performed through finite element simulations. The parameters evaluated herein are the soil¿s mechanical properties correlation distance, pipe¿s diameter, and profile cross-section. The results obtained lead to conclude that collapse mechanism is controlled by material yielding and neither buckling modes are prevalent. Therefore, limit stress is similar when soil¿s mechanical properties, pipe¿s diameter, and profile cross-section are varied. Conversely, critical overload pressures are affected by the variation of soil¿s mechanical properties and soil heterogeneity. The authors understand that limiting structural design by defining a critical stress shall not be recommended in design standards. The simulation results are compared to structural design standards and, although limiting capacity by stress demand, NCSPA (National Corrugated Steel Pipe Asssociation) provides satisfactory results. Finally, the probabilistic distributive function that best fit the variability of structural capacity of corrugated metal pipes buried in a heterogenous field is generalized extreme value function; a normal distribution function, however, also provides satisfactory results
Citation: KHERLAKIAN, Patrick. Estabilidade de tubos metálicos corrugados. 2018. 1 recurso online (104 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Campinas, SP.