Capítulo Um: Preparação do local e Solo; Cálculos

A água é pesada. O solo do local onde será construido o tanque deve ser de terra muito firme. Se o tanque for construido em terreno ingreme, faça o corte escavando material do barranco para que haja amplo espaço onde construir o tanque (veja ilustração abaixo). Locais onde se acumularam solo escavado não devem ser usados para construção do tanque porque estes tipos de solo compactam-se com o passar do tempo causando desnivelamento do terreno, trincas e danos ao tanque. Tanques de água de ferrocimento duram por décadas e portanto devem ser construídos em solo muito firme e estável.

É muito importante criar espaço suficiente ao redor da área de construção, especialmente ao lado do barranco ascendente, de onde cascalho e material orgânico podem cair e alojar-se na armação de aço que vai compor a estrutura do tanque. Contaminação na estrutura é um problema que deve ser evitado durante a construção.

A área composta da terra escavada deve ser bem compactada e pode ser utilizada para fazer-se a estrada de acesso e armazenar-se os materiais de construção. Se o tanque for grande e o material escavado formar um monte enorme de terra, este deve ser trabalhado e compactado de tal maneira que não venha a causar problemas durante a estação de chuvas e inundações.

Cálculos da Força (pressão da água)

O seguinte exemplo representa um tanque de 60 m3 (metros cúbicos) com una altura de 2,13 metros.

πr² (2.13) = 60 metros cúbicos

r² = 60 metros cúbicos / (2.13 x 3.14) = 8,971 m²

r = raio = 3 metros

2r = diâmetro = d = 6 metros

O exemplo acima, de um tanque com a capacidade de 60 metros cúbicos, foi usado porque muitos tanques deste tamanho foram construídos nunca apresentando nenhum problema, mesmo após um tempo de 25 à 30 anos. Tanques de 200 m³ à 400 m³ (metros cúbicos) também nunca apresentaram problemas durante um mesmo período.

Cálculos da Resistência (estrutura de aço)

πd = 3.14 x 6 metros = circunferência = 1884 centímetros.

A pressão sobre 1 cm² (centímetro quadrado) (Kg/cm²) = à profundidade de 2,13 metros = 0,213 Kg/cm² (quilograma por centímetro quadrado).

Isto significa que há uma pressão com força de 0,213 Kg sobre um centímetro quadrado da parede do fundo do tanque. Como a parede do fundo do tanque tem uma circunferência de 1884 centímetros, a força total dirigida à parede do fundo é de 0,213 x 1884 = 401 Kg (quilogramas).

A próxima etapa será determinar a resistência da parede suficiente para conter a pressão exercida com a força calculada acima. A argamassa de concreto é somente uma camada impermeável para a estrutura de aço. Toda a resistência esta sobre as barras de aço e arame soldado. Conte o numero de fios horizontais do arame soldado e as barras de aço que vão constituir o círculo da parede do tanque. Conte separadamente as barras de aço e os fios de arame pois têm diferentes resistências. As barras de aço possuem 3515 quilogramas de força tensíl por centímetro quadrado e o arame soldado possue 6328 Kg/cm².

Existem 5 (cinco) fios horizontais de arame soldado e 2 (duas) barras de aço reforçando os 30 cm (trinta centímetros) da parede inferior do tanque de 60 m3 (sessenta metros cúbicos). Ignore por enquanto o arame vindo do piso do tanque e dobrado ou curvado para encontrar com o lado de fora da parede; explicação sobre isto virá um pouco mais adiante.O arame soldado padrão é de 10 (dez) calíbres com espaçamento em quadrados de 7,5 cm (centímetros). O arame de 10 calíbres tem um diâmetro de 0,356 cm.

πr² = 0,1 cm² de aço x 5 fios = 0,5 cm². Multiplique 0,5 por 6328 Kg/cm² (quilogramas por centímetro quadrado) = 3164 quilogramas de força tênsil no fundo da parede de 30 centímetros. Divida por 30 para computar a força tênsil do arame em um centímetro médio da parede. 3164/30 = 105 quilogramas de força tênsil de arame soldado horizontal por centímetro médio de parede vertical.

O mesmo cálculo é feito para os dois envoltórios horizontais das barras de aço # 4 (1,25 centímetros).

πr² multiplicado por 2 e multiplicado por 3515 Kg/cm² de força tênsil = 7030 Kg de força tênsil nas barras de aço no fundo da parede de 30 centímetros. Divida por 30 para achar a força média em um centímetro de parede. 7030/30 = 234.

A resistência total do aço da parede é de 234 + 105 quilogramas = 339 quilogramas de força tênsil. Existe uma adicional barra de aço # 4 na chave do piso-à-parede que aumenta a resistência do aço para 456 quilogramas.

A etapa final para comparar a força tênsil do aço à força da água, constitue desenhar um círculo e dividi-lo como mostra a figura acima.

Imagine toda a força da água concentrada no sentido ao longo da seta B. O círculo pequeno A é uma âncora. A seta B puxa com uma força de 401 quilogramas que constituem a força total exercida pela água em um centímetro da parede inferior do tanque (cálculo feito na página 3).

Imagine em seguida que a parede do tanque é infinitamente forte a não ser onde a linha CD corta o tanque ao meio. Nos pontos C e D a resistência da parede tem a força tênsil calculada para o aço; 456 quilogramas em C e 456 quilogramas em D. Desta maneira, a força tênsil total do aço da parede que a água deve superar é de 912 quilogramas. A força tênsil do aço dividida pela força da água é igual à 2,3 (912/401 = 2,3); isto significa que o aço da parede é 2,3 vezes mais forte do que a força da água.

Nota 1 : A extensão de arame soldado do piso do tanque vai aumentar a resistência do aço para quase 2,5 vezes a força da água; esse cálculo assume que os arames da extensão foram vergados ou dobrados 90 graus.

Nota 2: Para dar uma idéia da resistência de estruturas de ferrocimento além de tanques, inverta a seta B; empurre em vez de puxar. Estruturas de ferrocimento bem curtidas têm facilmente 550 quilogramas de força de compressão por centímetro quadrado. Se uma parede estrutural tivesse oito centímetros de espessura, os pontos C e D adicionariam 8800 quilogramas de força ao aço. A seta B deve atuar com uma força de mais de 9700 quilogramas para romper um arco de um centímetro de largura da estrutura de ferrocimento, nos pontos C e D.

Economia (análise de custo):

Área do piso ou do telhado = πr² = π3² = 28.26 m²

Área da parede = 2πr(altura) = 2π(3)(2) = 37.5 m²

Telhado (Cobertura): a ferragem de aço do telhado se estende por quinze centímetros na parede e o telhado também tem a forma de um arco.

Piso: para calcular a quantidade da ferragem de aço para o piso, adicione dez por cento de perda e dez por cento para o aço que se estende além da linha da circunferência antes de dobrar à posição vertical.

O resultado é (1.2)πr² = cálculo da área do piso para o aço. Adicione um pouco mais para o arco da cobertura e use (1.25)πr² = cálculo da área da cobertura para aço a ser usado nela.

A área do piso ou da cobertura multiplicada por 2 (duas camadas de arame soldado) = 56,5 m². Multiplique este fator pelos fatores discutidos anteriormente: 56,5(1,2) (piso) + 56,5(1,25) (telhado) = 138,4 ≈ 138m² de arame soldado para a cobertura e o piso.

Termine os cálculos da quantidade de arame soldado com a adição da parede.

Há duas camadas de arame soldado na parede. 37.5m² multiplicados por 2 = 75 m²; adicione 10 m² para as sobreposições e perdas ou desperdícios de arame = 85 m².

A quantidade total de arame soldado para a cobertura e o piso é de 138m² mais 85 m² para a parede = 223 m². O preço do arame soldado por metro quadrado (m²) multiplicado por 223 m² = custo total do arame soldado.

Os cálculos para as barras de reforço depende do espaçamento usado entre as barras e o comprimento padrão das barras. O capítulo dois usa um espaçamento de 30 à 45 centímetros. O comprimento das barras mencionadas neste livro é de seis metros. O método usado para calcular as barras de reforço visualiza um quadrado igual ao comprimento da barra de reforço. Neste exemplo então o quadrado tem 6 metros com uma área de 36m².

Dezenove barras formam um espaçamento de 33,33 centímetros dentro da distância de seis metros. Isto é equivalente à um total de 38 barras. Divida 38 barras por 36 m² = 1,05 barras de aço por m².  Adicione dez por cento para perda ou desperdício e as sobreposições e assim temos 1.15 barras por m².

28.26m² (cobertura) + 28.26m² (piso) + 37.5m² (parede) = 94m² (total).

1.15 barras/m² se multiplicadas por 94m² = 108 barras de reforço com um espaçamento de 33,33 centímetros.

Estes cálculos com um espaçamento de 45 centímetros entre barras significarão 6 m divididos por 45 cm, mais uma barra = 14,33 barras multiplicadas por 2 para o total de barras = 28,66.  Este número dividido por 36m² = 0,79 barras/m². Adicione dez por cento = 0,9 barras/m², multiplique 0,9 pela área total (94m²) = 85. Este será o número total de barras de reforço que serão necessárias para a construção.

Multiplique o preço de uma barra de reforço pelo número total de barras e obterá o custo total para as barras de aço de reforço.

O total de chapa expandida para o interior do telhado e paredes será as áreas do telhado e da parede multiplicadas pelos seus fatores de uso. 28,26(1,25) (cobertura) + 37,5(1,1) (parede) = 76.5 m².

O concreto é calculado com uma espessura de 7,75 centímetros multiplicada pela área total, mais aproximadamente cinco por cento de perda ou desperdício. O cálculo para o piso é feito separadamente e antes de todos os outros cálculos. Um pequeno volume para a junção entre a parede e o piso é adicionado ao cálculo do piso. 28,26 m² (área do piso) multiplicada por 0,0775 m (espessura) multiplicado por 1,2 = 2,6 m³.

A cobertura e a parede têm (28.26 m² + 37.5 m²)(0.0775)(1.05) = 5.35 m³.

Sumário (tanque 60 m³):

Pigmento, produto impermeabilizante e cola se a parte externa for colorida.