DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÃO PARA UMA TORRE …

UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA

THIAGO LAVALL

DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÃO PARA UMA TORRE METÁLICA

ESTAIADA DE LINHA DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA

Palhoça

2019

THIAGO LAVALL



Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro.

Orientador: Prof. Fernanda Soares de Souza Oliveira

Palhoça

2019

THIAGO LAVALL



Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Bacharelado e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina.

Dedico esse trabalho aos meus pais,

Jeferson e Silvana que me motivaram a

chegar ao fim dessa jornada.

AGRADECIMENTOS

Faço um agradecimento em primeiro lugar a minha família, que sempre esteve

do meu lado durante essa caminhada, que me incentivou e me deu o apoio necessário

para chegar a esse momento.

A minha orientadora, a professora Fernanda Soares de Souza Oliveira, pelos

conselhos, ensinamentos e paciência para este presente trabalho.

Aos profissionais da Fluxo Engenharia, que sempre estiveram presentes para

sanar minhas dúvidas e dar sugestões sempre que solicitado, em especial à dois

engenheiros, o Gabriel Cabrinni dos Santos e ao Paulo Celso Pamplona Silva Jr.,

pelas suas orientações, apoio e as contribuições feitas neste trabalho.

A CYMI pela permissão para utilizar seus documentos e os projetos para o

estudo de caso deste trabalho, representada pelo engenheiro Felipe Carmo de Mello.

E finalmente, aos meus amigos que estiveram comigo durante toda essa

jornada da graduação.

“Um trabalho te dá um propósito e um significado. A vida é vazia sem ambos.”

(Stephen Hawking)

RESUMO

O dimensionamento de fundações de torres estaiadas de linhas de transmissão de

energia elétrica em sua grande maioria é englobado por projetos-tipos. Esses projetos

são feitos com o intuito de agilizar, viabilizar e fazer muitas fundações em uma

determinada linha de transmissão. São empregadas fundações usuais na engenharia

civil, porém sempre existe peculiaridades que devemos ficar atentos na hora de fazer

o dimensionamento para as linhas de transmissão. Como por exemplo as solicitações

a compressão, arrancamento e tombamento. Nesse trabalho fez o estudo do

dimensionamento geotécnico de uma estrutura metálica estaiada para uma fundação

do tipo tubulão sem base, empregadas em uma linha de transmissão de energia,

mostrando suas diferenças e peculiaridades. Sendo aplicado o conteúdo visto durante

a prática, utilizando métodos consagrados, montando uma sequência de cálculo e o

dimensionamento de um estudo de caso da linha de 500Kv, Açu III – Milagres II, para

a torre de suspensão leve cross-rope (CLG5).

Palavras-chave: Linha de transmissão, fundação, tubulão, torre, estai.

ABSTRACT

The design of cable-stayed tower foundations for power transmission lines is mostly

encompassed by standard designs. These projects are designed to expedite, enable

and make many foundations on a particular transmission line. Usual foundations are

employed in civil engineering, but there are always peculiarities that we must be aware

of when sizing the transmission lines. As for example the compression, tearing and

tipping requests. In this work, he studied the geotechnical dimensioning of a cable-

stayed metal structure for a baseless tubulon foundation, employed in an energy

transmission line, showing its differences and peculiarities. Being applied the content

seen during practice, using established methods, assembling a calculation sequence

and the design of a case study of the line of 500kv, Açu III - Milagres II, for the

lightweight cross-rope suspension tower (CLG5).

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Exemplo de um relatório de sondagem a trado........................................ 23

Figura 2 - Exemplo de relatório de SPT ..................................................................... 25

Figura 3 - Poço de Inspeção....................................................................................... 27

Figura 4 - Torre de linha de transmissão do tipo autoportante.................................. 29

Figura 5 - Torre de linha de transmissão do tipo estaiada..........................................30

Figura 6 – Estrutura estaiada......................................................................................31

Figura 7 – Tipologia de Torres (a, b) ...........................................................................32

Figura 8 – Tipologia de Torres (b, c, d) ......................................................................32

Figura 9 – Tipologia de Torres (e, f, g) .......................................................................33

Figura 10 – Tipologia de Torres (h, i, j) .......................................................................33

Figura 11 – Tubulão sem base para estais.................................................................35

Figura 12 - Sapata para uma torre autoportante..........................................................36

Figura 13 - Bloco ancorado em rocha..........................................................................37

Figura 14 - Mecanismo de ruptura dos solos...............................................................41

Figura 15 - Mecanismo de ruptura de uma estaca......................................................44

Figura 16 - Distribuição de pressões e diagrama de momento fletores......................45

Figura 17 - Diagrama das forças de reação do solo argiloso em estaca curta............47

Figura 18 - Superfície de ruptura para tubulão ou estaca............................................49

Figura 19 - Região da área de estudo........................................................................53

Figura 20 - Silhueta da seção transversal da torre estaiada CLG5............................54

Figura 21 - Exemplo de planta e perfil........................................................................56

Figura 22 - Desenho do tubulão sem base para os estais...........................................63

Figura 23 - Desenho do tubulão sem base para o mastro............................................69

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 – Parâmetros e dimensões usadas para o dimensionamento da fundação

para solo do tipo I........................................................................................................64

Quadro 2 – Parâmetros e dimensões usadas para o dimensionamento da fundação

para solo do tipo II.......................................................................................................64

Quadro 3 – Dados de entrada para solo do tipo I........................................................64

Quadro 4 – Dados de entrada para solo do tipo II.......................................................64

Quadro 5 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo I arenoso...............65

Quadro 6 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo I argiloso..............65

Quadro 7 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo II arenoso..............65

Quadro 8 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo II argiloso...............66

Quadro 9 – Verificação ao arrancamento do tubulão para solo tipo I.........................66

Quadro 10 – Verificação ao arrancamento do tubulão para solo tipo II........................67

Quadro 11 – Parâmetros iniciais para a tensão de ruptura do solo tipo I.....................68

Quadro 12 – Parâmetros iniciais para a tensão de ruptura do solo tipo II..................68

Quadro 13 – Parâmetros e dimensões usadas para a determinação de ruptura do solo

tipo I............................................................................................................................70

Quadro 14 – Fatores de carga e de forma utilizados para a determinação da tensão

de ruptura para solo do tipo I.......................................................................................70

Quadro 15 – Tensão Admissível e de Ruptura para o solo do tipo I...........................70

Quadro 16 – Parâmetros e dimensões usadas para a determinação de ruptura do solo

tipo II...........................................................................................................................71

Quadro 17 – Fatores de carga e de forma utilizados para a determinação da tensão

de ruptura para solo do tipo II......................................................................................71

Quadro 18 – Tensão Admissível e de Ruptura para o solo do tipo II...........................71

Quadro 19 – Verificação a compressão do solo tipo I.................................................72

Quadro 20 – Verificação a compressão do solo tipo II.................................................72

Quadro 21 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo I arenoso............72

Quadro 22 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo I argiloso............73

Quadro 23 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo II arenoso............73

Quadro 24 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo II argiloso.............73

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Tamanho dos grãos...................................................................................16

Tabela 2 - Índice de compacidade relativa das areias................................................18

Tabela 3 - Classificação dos solos .............................................................................24

Tabela 4 - Grau de Faturamento da Rocha .................................................................26

Tabela 5 - Limite para os parâmetros geotécnicos para solos....................................38

Tabela 6 – Descrição dos tipos de solos.....................................................................39

Tabela 7 - Limites para os parâmetros geotécnicos para rochas................................40

Tabela 8 - Descrição dos tipos de rochas....................................................................40

Tabela 9 - Fatores de forma........................................................................................42

Tabela 10 – Fatores de Segurança globais.................................................................50

Tabela 11 – Solos Típicos (I, II e III) ............................................................................57

Tabela 12 – Resumo das cargas na estrutura CLG5 para estais.................................59

Tabela 13 – Resumo das cargas na estrutura CLG5 para mastro...............................60

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 13

1.1 OBJETIVOS ...................................................................................................... 14

1.1.1 Objetivo Geral ................................................................................................ 14

1.1.1.1 Objetivos Específicos ................................................................................... 14

1.2 JUSTIFICATIVA ................................................................................................. 14

1.3 APRESENTAÇÃO DO CONTEUDO ................................................................. 15

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 16

2.1 TIPOS DE SOLOS ............................................................................................. 16

2.1.1 Solos arenosos ............................................................................................. 17

2.1.2 Solos argilosos ............................................................................................. 18

2.1.3 Solos siltosos ................................................................................................ 19

2.1.4 Solos orgânicos ............................................................................................ 19

2.1.5 Características Físicas ................................................................................. 20

2.1.6 Características Mecânicas ........................................................................... 21

2.2 INVESTIGAÇÕES GEOLÓGICAS E GEOTÉCNICAS ...................................... 22

2.2.1 Sondagem a Trado ........................................................................................ 23

2.2.2 Sondagem a Percussão (SPT) ..................................................................... 24

2.2.3 Sondagem Rotativa ....................................................................................... 25

2.2.4 Poços de Inspeção ........................................................................................ 26

2.3 TORRES DE LINHA DE TRANSMISSÃO ......................................................... 27

2.4 FUNDAÇÕES UTILIZADAS EM TORRE DE LINHA DE TRANSMISSÃO ........ 34

2.4.1 Tubulões ........................................................................................................ 34

2.4.2 Sapatas .......................................................................................................... 35

2.4.3 Bloco ancorado em rocha ............................................................................ 37

2.5 TIPIFICAÇÃO DOS SOLOS .............................................................................. 38

2.6 MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA FUNDAÇÃO ................................... 40

2.6.1 Resistência à compressão ........................................................................... 41

2.6.2 Resistência dos esforços laterais ............................................................... 43

2.6.2.1 Método de Broms ......................................................................................... 43

2.6.3 Resistência ao arrancamento ...................................................................... 48

2.6.3.1 Método de Grenoble ..................................................................................... 48

2.7 MÉTODO DAS TENSÕES ADMISSÍVEIS ......................................................... 50

3 METODOLOGIA .................................................................................................. 51

4 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO .................................................... 53

4.1 ESTUDO DE CASO LT 500KV AÇU III - MILAGRES II ..................................... 53

4.2 TORRE ESTUDADA .......................................................................................... 53

4.3 PLANTA E PERFIL ............................................................................................ 55

4.4 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO ........................................................................ 57

4.5 CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS E CONSIDERAÇÕES DOS

PROCEDIMENTOS DE CÁLCULO ........................................................................... 58

4.6 DIMENSIONAMENTO GEOTÉCNICO DO TUBULÃO SEM BASE PARA

ESTRUTURA ............................................................................................................ 59

4.6.1 Verificação a Compressão ........................................................................... 60

4.6.2 Verificação ao Tombamento ........................................................................ 60

4.6.3 Verificação ao Arrancamento ....................................................................... 61

5 RESULTADOS .................................................................................................... 63

5.1 DIMENSIONAMENTO PARA TUBULÃO PARA OS ESTAIS ............................ 63

5.1.1 Dimensionamento Geotécnico ..................................................................... 65

5.2 DIMENSIONAMENTO DO TUBULÃO PARA O MASTRO ................................ 67

5.2.1 Dimensionamento Geotécnico ..................................................................... 72

6 RESULTADOS E CONCLUSÕES FINAIS .......................................................... 75

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 76

ANEXO A .................................................................................................................. 79

A- TABELA E ABACO DO MÉTODO DE GRENOBLE ........................................... 79

ANEXO B – QUADROS DE HIPÓTESES E CARREGAMENTOS DA TORRE

ANALISADA PELO FABRICANTE .......................................................................... 82

ANEXO C – SONDAGEM À PERCUSSÃO COM SOLO DO TIPO I ........................ 83

ANEXO D – SONDAGEM À PERCUSSÃO COM SOLO DO TIPO II ....................... 84

ANEXO E – SONDAGEM À PERCUSSÃO COM SOLO DO TIPO III ...................... 85

13

1 INTRODUÇÃO

Em virtude da elevada demanda energética do país, o setor elétrico passa por

um crescimento da sua estrutura, apresentando uma previsão otimista para os

próximos anos. De acordo com a (ANEEL) Agência Nacional de Energia Elétrica, no

ano de 2018, o Brasil teve um acréscimo de quase 4 mil quilômetros de linhas de

transmissões de energia. Estima-se que o sistema de transmissão nacional

atualmente conta com 136 mil quilômetros (ANEEL, 2017) de linhas.

A energia gerada no Brasil, em sua grande maioria provém do seu potencial

hidroelétrico, contudo a mesma pode advir de outras fontes, tais como de origem

eólica, solar, termodinâmica e nuclear. Em todas essas alternativas de exploração de

energia, os processos de geração, transmissão e distribuição são complementares e

de fundamental importância para que o produto gerado, a energia elétrica, seja

entregue aos consumidores, tais como residências, comércios e indústrias.

Inicialmente nessa cadeia de produção e transmissão energética, de modo a reduzir

as perdas de transmissão devido às longas distâncias, a energia gerada passa por

uma subestação elevadora, onde a tensão é aumentada e a corrente reduzida,

permitindo consequentemente a redução do diâmetro dos cabos e minimizando a

perda por efeito térmico (Joule). Após a condução da energia pelas linhas de

transmissão, de forma a readequar a tensão e a corrente para a receptação e

distribuição aos consumidores, a energia elétrica passa por outro tipo de componente,

a subestação abaixadora. Finalizando esse processo, em função da demanda

energética das unidades consumidoras, a ligação final entre as mesmas e às

subestações abaixadoras devem passar novamente por transformadores.

De modo geral em função da geografia, em específico para o caso da energia

de origem hidroelétrica, o processo de geração se dá a centenas de quilômetros das

unidades consumidoras e, portanto, necessita de uma complexa e eficiente malha

para o transporte de energia. As linhas de transmissão são compostas por cabos

instalados em estruturas metálicas treliçadas cuidadosamente distribuídas ao longo

do traçado pré-avaliado, sendo a locação destas diretamente condicionadas a uma

série de fatores de ordem técnica tais como a topografia, a definição do tipo de

estrutura metálica, a variação da diretriz do traçado, entre outros.

Em virtude da grande probabilidade de variação das características

geotécnicas ao longo das linhas de transmissão, de modo a simplificar e otimizar o

14

número de projetos de fundação desenvolvidos a serem executados em campo, é

comum classificar os solos em algumas categorias que exprimam parâmetros

geotécnicos que atendam a diversas situações encontradas no campo.

Há uma ampla diversidade de soluções de fundações a serem empregadas nas

linhas de transmissão, todas muito específicas para o tipo de solo encontrado em

campo e para os tipos de estruturas definidas, sejam autoportantes ou estaiadas. A

concepção do tipo fundação empregada vai desde as mais conhecidas como tubulões,

sapatas, ancoragens em rocha e blocos com estacas, até fundações pouco

conhecidas e mais específicas, tais como a viga L.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo Geral

O objetivo do presente trabalho é o estudo e dimensionamento de uma

fundação a ser empregada em uma estrutura metálica estaiada de linha de

transmissão de energia elétrica, quando submetidas às suas principais solicitações:

compressão, arrancamento e tombamento.

1.1.1.1 Objetivos Específicos

Os objetivos específicos do presente trabalho são:

- Estudar e apresentar o dimensionamento geotécnico das fundações por

métodos consagrados no ramo de linhas de transmissões.

- Elaborar um estudo de caso com aplicação dos conhecimentos técnicos

adquiridos na elaboração de projetos de fundações típicas- tubulão sem base – para

estruturas estaiadas pertencentes a LT 500kV Açu III - Milagres II.

1.2 JUSTIFICATIVA

Esse trabalho tem como justificativa a necessidade de estudos que apresentam

as metodologias utilizadas no dimensionamento geotécnico de projetos de fundações

para torres metálicas estaiadas. Demonstrando toda a sequência teórica de cálculos

15

e os conhecimentos dos assuntos pertinentes à definição de todas as premissas de

projeto.

1.3 APRESENTAÇÃO DO CONTEUDO

No capítulo 1 serão introduzidos os objetivos do presente trabalho e a sua

justificativa. No capítulo 2, será realizada uma revisão bibliográfica do conteúdo deste

trabalho por meio de teses, livros, artigos e trabalhos de conclusão de curso

relacionados ao tema. No capítulo 3 a metodologia para elaboração deste trabalho

será minuciosamente detalhada. Por sua vez no capitulo 4, serão exibidas as

informações e características da área objeto deste estudo. Em sequência o capitulo 5

apresenta uma compilação dos resultados obtidos no trabalho e por fim o capitulo 6

exibira as conclusões finais a cerca deste trabalho.

16

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste item serão apresentados todo o conhecimento adquirido durante o curso

de engenharia civil e pesquisas feitas pelo acadêmico, relacionadas especificamente

a linhas de transmissão e fundações.

2.1 TIPOS DE SOLOS

Para a engenharia civil é de suma importância o conhecimento do solo e

subsolo, pois as fundações estarão apoiadas sobre o solo, diretamente ou

indiretamente. Sabe-se que todos os solos existentes são derivados das rochas, isso

é o resultado da decomposição das rochas e minerais sofridos por meio do tempo

durante a ação de fatores biológicos e atmosférico (CAPUTO, 2015).

Vargas (1977) comenta que os solos podem ser classificados de acordo com a

sua natureza da rocha de origem, com o clima da região, com a topografia do local,

ou agente intempérico de transporte e seus processos orgânicos. Ele ainda comenta

que do ponto da engenharia civil, o solo não apresenta uma boa resistência a

escavação mecânica, perdendo toda a sua resistência se entrar em contato com a

água.

A NBR 6502/1995, apresenta uma tabela que classifica os solos de acordo com

o diâmetro de suas partículas, partindo do maior para o menor conforme mostrado na

tabela 1.

Tabela 1 - Tamanho dos grãos

Fonte: (Norma – NBR 6502)

17

Quando falamos de argila, é de suma importância conhecer sua coesão, porém

quando nos referimos a areia devemos conhecer o seu ângulo de atrito.

Conforme a NBR 6502 (1995, p.6).

Coesão é a resistência aos esforços de cisalhamento que depende fundamentalmente da natureza e composição da rocha, ou seja, independe das tensões aplicadas.

O ângulo de atrito de acordo com a NBR 6502 (1995, p.6).

Ângulo de Atrito é o ângulo formado com o eixo das tensões normais pela tangente, em um determinado ponto da curva envoltória de Mohr, representativa das resistências ao cisalhamento da rocha, sob diferentes tensões normais.

De acordo com Pinto (2006) os solos são classificados de acordo com o último

processo ocorrido, sendo dividido em dois grandes grupos, são eles:

• Residuais: um solo é dito residual quando ele permanece no seu local

de origem

• Transportado: Um solo transportado ou sedimentar é aquele que é

transportado por um agente como à gravidade, ar e água.

Dentre os solos citados em função da sua classificação do processo de

formação, os mesmos podem ser agrupados em solos grossos, finos ou orgânicos.

Ainda, dada a composição e granulometria os principais solos podem ser classificados

em: arenoso, argiloso, orgânico e siltoso.

2.1.1 Solos arenosos

De acordo com Pinto (2006) são solos com predominância de areia, composto

de grãos grossos, médios e finos, sendo visíveis a olho nu. Uma das características

principais deste solo, é que ela não tem coesão, isso significa que seus grãos são

separados facilmente, e apresentam um ângulo de atrito elevado.

A areia pode ser dividida em subgrupos, de acordo com a sua granulometria,

sendo assim classificada como areia fina (entre 0,06 mm e 0,2 mm), areia média (entre

0,2 mm e 0,6 mm) e areia grossa (entre 0,6 mm e 2,0 mm).

Elas também podem ser divididas de acordo com sua compacidade relativa

(CR), como mostrado na tabela 2. Braja (2011) comenta que o CR é utilizado para

indicar a compacidade da areia, sendo que quanto maior for sua resistência, maior

18

será sua compactação e menor será a sua deformação. A compacidade relativa é

obtida por:

𝐶𝑅 = 𝑒𝑚𝑎𝑥 − 𝑒 𝑒𝑚𝑎𝑥⁄ − 𝑒𝑚𝑖𝑛 (1)

Onde:

CR – Compacidade relativa;

e – índice de vazios;

emax – índice de vazios do estado mais fofo da areia; e,

emin – índice de vazios do estado mais compacto da areia.

Tabela 2- Índice de compacidade relativa das areias.

Fonte: Adaptado (Schnaid, 2000)

2.1.2 Solos argilosos

O solo argiloso tem como principal característica o tamanho dos seus grãos, de

ordem microscópicas, por causa disso são fáceis de serem moldados com água, além

de serem mais plásticos e apresenta uma maior dificuldade de separação entre seus

grãos. A argila permite a alta quanto a baixa compressibilidade, podendo ter diversas

cores (ALMEIDA, 2004)

De acordo com Pinto (2006), diferente da areia a argila tem coesão, por isso

apresenta um comportamento mais plástico e uma capacidade maior de aglutinação,

sendo usado há milhares de anos como argamassa e na preparação de tijolos. Outra

importante características dos solos argilosos é a alta impermeabilidade, o que

favorece a utilização das argilas como matéria prima em construção de barragens de

terra.

19

Argila possui uma granulometria inferior a 0,002 mm. Sendo a sua consistência

diferente para cada solo, dependendo do seu teor de umidade, podendo ser

classificada como:

• Muito mole: Quando apertada pelas mãos escorrega pelos dedos;

• Mole: Facilmente moldada pelos dedos;

• Média: É possível ser moldada pelos dedos;

• Rija: Difícil de ser moldada requer um grande esforço;

• Dura: Não se pode ser moldada;

2.1.3 Solos siltosos

Conforme Almeida (2004) são solos com predominância maior de silte e tem

como característica ter baixa ou nenhuma plasticidade. Quando úmidos tem baixa

resistência, pois sua coesão não é muito forte, e quando secos, são facilmente

desagregáveis pelos dedos. Sendo um solo lamacento quando chove, e com muito pó

quando faz sol.

O silte é caracterizado por ter sua granulometria situada entre a areia e a argila,

não conferindo uma boa plasticidade quando molhado. Sua granulometria é

compreendida por grãos entre 0,06 mm até 0,002 mm. Sendo um material

caracterizado por sua textura e compacidade.

2.1.4 Solos orgânicos

É um solo que apresenta uma grande quantidade de matéria orgânica, sendo

de fácil reconhecimento pela sua coloração e odor. Normalmente apresenta um tom

de cor preta ou cinza escuro, haja vista a origem da sua formação pela decomposição

da matéria orgânica e elementos de origem mineral.

Não é um solo recomendado para construção civil, pois apresenta baixa

resistência e uma alta compressibilidade (ALMEIDA, 2004).

Pinto (2006, p.73) comenta sobre solos orgânicos.

20

São chamados de solos orgânicos aqueles que contém uma quantidade apreciável de matéria decorrente da decomposição de origem vegetal ou animal, em vários estágios de decomposição.

2.1.5 Características Físicas

Chaves (2004) explica sobre os índices físicos, e e fornece uma correlação para

a caracterização do tipo e da estrutura do solo. Algumas das características físicas

citadas são:

• teor de umidade (w) :É a relação entre a massa de água (Ma) presente

em um volume de solo, pela massa seca do solo (Ms);

𝑤 =𝑀𝑎

𝑀𝑠. 100% (2)

• índice de vazios (e): a relação entre o volume de vazios (Vv) sobre o

volume de sólido (Vs);

𝑒 =𝑉𝑣

𝑉𝑠 (3)

• porosidade (n): É a relação entre o volume de vazios (Vv) dividido pelo

volume total (Vt) em porcentagem;

𝑛 =𝑉𝑣

𝑉𝑡. 100% (4)

• grau de saturação (s): relação entre o volume de água (Va) e o volume

de vazios (Vv) em porcentagem;

𝑠 =𝑉𝑎

𝑉𝑣. 100% (5)

• peso específico (γ): primeiramente é definido o seu peso específico

natural (γnat) que é a relação entre o peso (P) de um solo natural pelo

volume (V). Ainda são definidos o peso específico aparente seco (γd) e

o peso específico saturado (γsat). Pode-se definir o peso específico

submerso (γsub), que é o peso específico saturado menos o peso

específico da água (γw) (no momento é adotado igual a 10kN/m³)

21

γnat =𝑃

𝑉 (6)

γsub = γsat − γw (7)

O teor de umidade, o peso específico natural e o peso específico dos grãos são

índices obtidos através de ensaios de laboratório. Os demais índices são

correlacionados entre si.

2.1.6 Características Mecânicas

De acordo com Chaves (2004) dois fatores são muito importantes para as

características do solo, são eles a resistência e compressibilidade. Sendo algumas

das características mecânicas abordadas:

• resistência ao cisalhamento: Dois fatores são de suma importância para

essa resistência, o atrito e a coesão. Resistência ao cisalhamento nada

mais é, do que o impedimento de uma massa de solo de escorregar com

relação a outra;

• Compressibilidade do solo: É a principal fonte de problemas na

engenharia de fundações, pois como se sabe, quando os solos se

deformam as estruturas tendem a sofrer recalques diferenciais, que são

uma grande preocupação para os projetistas;

• Empuxo do solo: Os empuxos são normalmente classificados em três

tipos, sendo eles:

-Empuxo ativo (reação que o solo exerce em uma estrutura flexível)

-Empuxo passivo (reação que a estrutura exerce sobre o solo)

-Empuxo em repouso (estrutura bastante rígida, não apresentando deformação

em relação ao solo).

22

2.2 INVESTIGAÇÕES GEOLÓGICAS E GEOTÉCNICAS

De acordo com (CHIOSSI, 2013) o primeiro passo que deve ser dado é o

reconhecimento geológico da superfície do terreno onde será feita a fundação, sendo

executado por meio de imagens de satélite, fotointerpretação e inspeções visuais.

Para o traçado proposto para a linha de transmissão, é de vital importância o

conhecimento do solo superficial onde serão feitos os assentamentos das fundações,

de modo a evitar áreas que sejam favoráveis a deslizamentos ou escorregamentos.

De acordo com (PINTO, 2006) a campanha de investigação geotécnica é

fundamental para tipificar e caracterizar o solo, sendo essa inspeção de campo feita

por um profissional qualificado e experiente que colete informações que ajudem a

definir o tipo de fundação que será empregada. Essas informações devem ser

agrupadas em um relatório que deve abordar questões sobre a acessibilidade ao local,

a topografia, sobre a vegetação, se existe alguma outra linha no local e a

documentação fotográfica.

Após ter o conhecimento sobre a superfície do terreno, é necessário fazer o

reconhecimento do seu subsolo. As linhas de transmissões percorrem grandes

distâncias, por isso em seu traçado são encontrados diferentes tipos de solos. De

acordo com (CHAVES, 2004) é indispensável a presença de um estudo geotécnico

neste tipo de trabalho, já que a linha percorre diversos tipos de solos que têm origem,

profundidade e capacidades de carga diferentes, sendo imprescindível prover uma

campanha de investigação geotécnica para escolher a fundação mais apta para ser

utilizada.

Ainda, o mesmo autor comenta que normalmente em linhas de transmissão é

adotado uma sondagem a percussão a cada 10 torres. De acordo com (ASHCAR,

1999) se a estrutura passar por locais como aterro, fundo de vales, travessias de rios,

lugares alagados ou com erosões, encostas, e nas estruturas de ancoragem de meio

ou fim de linha é recomendado que a sondagem do SPT seja feita próxima ao piquete

central.

Há diversos tipos de investigações geotécnicas que tem sua técnica utilizada

na engenharia de fundações segundo (BOWLES, 1984), mas como (CHAVES, 2004)

23

relata, as mais utilizadas em linhas de transmissão são as sondagens a trado, a

percussão (conhecido como SPT), rotativa e os poços de inspeção.

2.2.1 Sondagem a Trado

Esta é uma das sondagens mais usuais e simples. De acordo com a NBR

9603:2015 o ensaio consiste em coletar uma amostra de solo utilizando de um trado

manual. Esse tipo de ensaio é realizado a uma profundidade de até 3m, mesmo este

não sendo seu valor máximo. Esta limitação é aplicada pelo fato de o equipamento

ser manual, da probabilidade de presença de água (NA) e até mesmo pela dificuldade

de escavação solo. A caracterização desse solo é feita pelo procedimento táctil-visual,

sendo assim os parâmetros dos solos não são identificados, entretanto é bastante

utilizada em paralelo a sondagem a percussão (SPT), intercalando as duas para

montar o perfil geotécnico do subsolo. Entretanto, esse tipo de investigação é bastante

utilizado por ter um baixo custo e não necessitar de mão de obra qualificada

(CHAVES, 2004). A (Figura 1) demonstra um exemplo de sondagem a trado. Com a

sondagem a trado conseguimos obter os seguintes dados:

• Presença e profundidade do NA

• Indicação de afloramento ou fragmento de rocha

• Tipo do solo presente

• Dificuldade de escavação

Figura 1 – Exemplo de um relatório de sondagem a trado.

Fonte: (Chaves, 2004)

24

2.2.2 Sondagem a Percussão (SPT)

Uma das características da sondagem a percussão é que a mesma pode ser

realizada com a presença de água, outro aspecto positivo diz respeito ao seu alto

potencial de penetração em solos muito compactos, contudo tem seu avanço

interrompido ao encontrar matérias mais granulares como pedregulho ou rocha

fragmentada. Além de fazer a determinação do tipo do solo pela caracterização táctil-

visual, os resultados da sondagem apontam a existência de um nível de água ou

presença de rocha e também o (NSPT) Índice de Resistência à Penetração, que é o

parâmetro de resistência do solo a um determinado número de golpes, sendo este de

grande importância para a determinação da capacidade de carga do solo NBR

6484:2001. Ainda de acordo com a norma, ela fornece uma tabela com as informações

de consistência dos solos argilosos e dos estados de compacidade de solos arenosos.

(VELOZO, 2010) explica que o ensaio do SPT, que é normatizado de acordo

com a norma NBR 6484:2001, consiste em fazer a contagem do número de golpes N,

para um martelo de peso padrão de 65kgf, lançado de uma altura de 75 cm, forçando

o amostrador a penetrar no solo, este processo ocorre em três etapas, sendo cada

uma de 15cm. O resultado é a soma dos números de golpes dados para os 30cm

finais de cada camada de solo ensaiada. O mesmo autor ainda comenta que é um

dos ensaios mais utilizados no Brasil, não só para os projetos de fundações de torres

de transmissão, mas em obras gerais da engenharia. A seguir na tabela 3 é mostrado

a classificação do solo e na figura 2 é apresentado um boletim de sondagem SPT.

Tabela 3 – Classificação dos solos.

Fonte: (Norma – NBR 7250).

25

Figura 2 - Exemplo de relatório de SPT.

Fonte: (CYMI, 2018).

2.2.3 Sondagem Rotativa

A sondagem rotativa é utilizada em situações em que são encontrados

matacões ou blocos de rocha a serem ultrapassados. A sondagem é realizada com

um mecanismo que gira a haste, forçando a para baixo, sendo que sua extremidade

inferior do barrilete dispõe de uma pastilha de tungstênio ou uma coroa de diamante,

26

que é utilizada para fazer a perfuração na rocha. O barrilete coleta o testemunho das

rochas cortadas, para serem analisada após o ensaio (VELLOSO e LOPES, 2010).

Para (CHAVES, 2004) uma informação de grande importância obtida com esse

ensaio é o RQD (Rock Quality Designation) índice de qualidade da rocha (Tabela 4).

Esse índice consiste em uma porcentagem do número de rochas recuperada com os

fragmentos maiores que 10 cm por metro, e permite medir o grau de continuidade da

rocha.

De acordo com (VELOZO, 2010) este método não é muito utilizado em linhas

de transmissão, sendo empregado em casos específicos quando é necessário um

maior detalhamento do solo, para saber a qualidade da rocha aflorada e trechos de

travessias de grande vão sobre a água.

Tabela 4- Grau de Faturamento da Rocha.

Fonte: (VELLOSO e LOPES, 2010).

2.2.4 Poços de Inspeção

São executados para a análise visual da caracterização das camadas de solo

pela parede da escavação. Como são escavados a pá ou a picareta, tendem a

apresentar uma limitação de profundidade, principalmente se houver ocorrência de

nível de água. Contudo os poços de inspeção (Figura 3) permitem a confirmação do

solo com o previsto em projeto, permitindo o registro fotográfico (BOTELHO, 2014).

27

Figura 3 - Poço de Inspeção.

Fonte: Acervo Fluxo Engenharia (2019).

2.3 TORRES DE LINHA DE TRANSMISSÃO

O sistema de transmissão de energia é formado por linhas, segundo Abreu

(2009), estas são responsáveis pelo transporte de energia do centro onde são

produzidas até os consumidores finais. As linhas que fazem a ligação dos centros de

grande consumo são de alta tensão, ou seja, são tensões maiores que 230kV,

enquanto as que são utilizadas nos centros urbanos são denominadas de baixa

tensão.

Com a finalidade de atender uma companhia de extração de diamantes, surgiu

no Brasil a primeira linha de transmissão de energia, no final de século XIX (GOMES,

2001), desde então, as linhas de transmissão estão em expansão no nosso país. De

acordo com Abreu (2010), a distribuição e a expansão das linhas de transmissão são

mais complicadas para atendimento, do que a própria geração de energia. Conforme

BRUGGER (2008) não havia um padrão nacional quanto à tensão de linha de

transmissão, então foi criada um sistema que tinha como objetivo solucionar esse

problema, padronizando as tensões que são utilizadas até hoje no Brasil: 230kV,

345kV, 440kV, 500kV e 765kV.

De acordo com Fuchs (1977) e Checa (1988) as estruturas das linhas de

transmissão podem ser classificadas com os seguintes critérios:

28

- Estruturas de suspensão: Suportam cargas verticais e horizontais, de modo

geral são projetadas para os esforços de vento atuantes nos cabos e nas estruturas

que ocorrem na linha de transmissão. Ainda, são previstos para as estruturas esforços

especiais no sentido transversal decorrentes a tração nos cabos, isso ocorre em

ângulos iguais ou inferiores a 5. Essas torres são utilizadas para suporte de

equipamentos e cabos.

- Estrutura de ancoragem: As estruturas de ancoragem podem ser divididas em

ancoragem total e ancoragem parcial. As torres de ancoragem total são projetadas

para resistir de maneira unilateral todas as cargas da estrutura, utilizadas usualmente

nos finais das linhas de transmissão. As torres de ancoragem parcial por sua vez são

utilizadas para formar pontos de tensionamento na linha e são utilizadas em pontos

intermediário das linhas, não sendo obrigatório a sua utilização. Normalmente, pelo

fato das torres de ancoragem estarem localizadas nos finais das linhas, estas são

estrutura mais robusta que as demais.

- Estrutura para ângulos: As torres em ângulos são projetadas para quando há

uma mudança de direção na linha de transmissão, podendo haver diferentes ângulos

em uma linha, requisitando de mais de uma estrutura para atender essa necessidade.

As estruturas são dimensionadas para resistir as cargas normais e acidentais,

horizontais e transversais devido a sua angulação.

Outro modo de dividir a classificação das estruturas de acordo com Chaves

(2004), seria denominando as torres em autoportantes e estaiadas. As torres

autoportantes (Figura 4) têm seu equilíbrio garantido pelo seu próprio peso, sendo

antigamente o tipo de torres mais empregadas no Brasil. Normalmente são estruturas

mais pesadas e robustas do que as estaiadas, em consequência disto apresentam um

custo mais elevado, proporcional a altura da torre. São utilizadas principalmente em

terrenos mais acidentados, pois sua fundação é mais compacta, sendo possível

classificá-las como flexíveis, semi-flexiveis e rígidas.

As estruturas estaiadas (Figura 5) são aquelas que utilizam cabos tracionados,

denominados estais, que reagem à tração, em especial devido à ação dos ventos. Os

estais por sua vez são fixados ao solo, com a torre centralizada em relação a esses

pontos de fixação, de forma a prover a ancoragem da torre, garantindo a sua

estabilidade. Normalmente os estais são posicionados na parte superior da torre,

formando com o solo um ângulo 30˚. Sendo assim os estais devem ser utilizados em

29

terrenos mais planos, pois precisam situar-se uma distância razoável da torre para a

fixação dos estais, diferente das autoportantes que são mais compactas.

Ou seja, o que determina qual tipo de sistema estrutural será utilizado é a

topografia do traçado da linha. As estruturas estaiadas tem como características

serem mais esbeltas e leves do que as autoportantes, sendo consideravelmente uma

opção mais barata. Antigamente as torres estaiadas eram utilizadas praticamente em

linhas de grandes tensões, e pouco usual em torres com menos de 500Kv, porém nos

dias de hoje está tomando espaço, e sendo usada em todas as linhas. Este tipo de

estrutura a estaiada será a torre de estudo deste trabalho.

Figura 4 - Torre de linha de transmissão do tipo autoportante.

Fonte: Chaves (2004, p.16).

30

Figura 5 - Torre de linha de transmissão do tipo estaiada.

Fonte: Chaves (2004, p.18).

De acordo Carnasciali (1978) para o projeto da torre estaiada não precisa de

fundações pesadas, somente da ancoragem dos estais. Para isso é necessário

compensar os momentos horizontais de acordo com a altura e tentar preservar as

bases das torres estaiadas articuladas. Os estais fazem a transferência dos esforços

horizontais para o solo, e uma parte desses esforços também é transferida para a sua

própria estrutura. Essas torres podem funcionar como estruturas flexíveis ou

semirrígidas, sendo que os estais tem a função de enrijecimento (Figura 6).

31

Figura 6 – Estrutura estaiada.

Fonte: (Fuchs,1982).

De acordo com (BRAZEIRO ,2015) existem diversas tipologias de torres que

podem ser utilizadas em uma linha de transmissão, variando de acordo com a

necessidade, sendo apresentadas nas figuras 7 a 10, sendo as letras ( a, b, c, d, e, f)

relacionadas às autoportantes e as letras (g, h , i, j) vinculadas às estaiadas. A escolha

do formato de uma torre assim como suas dimensões depende de algumas variáveis,

tais como o vão a ser vencido, a altura necessária, valor de tensão da linha, número

de circuitos, condições geotécnicas, entre outros diversos fatores.

Sendo o formato da silhueta:

(a, b, c) – Tronco-piramidal;

(d) – Delta;

(e) – Raquete;

(f, g) – Cara-de-gato;

(g, h, i) – Estaiada monomastro;

(j) – Estaiada em V;

(l) – Estaiada Cross Rope

32

Figura 7 – Tipologia de Torres (a, b).

Fonte: (Brazeiro,2015).

Figura 8 – Tipologia de Torres (b, c, d).


33

Figura 9 – Tipologia de Torres (e, f, g).


Figura 10 – Tipologia de Torres (h, i, j).


34

2.4 FUNDAÇÕES UTILIZADAS EM TORRE DE LINHA DE TRANSMISSÃO

As fundações são responsáveis por transmitir as cargas de uma superestrutura

para o solo, sem que haja sobrecarga excessivas, que podem ocasionar recalques ou

ruptura do solo.

De acordo com a NBR 6122:2010 as fundações são divididas em dois grupos:

fundações diretas (ou rasas ou diretas) e fundações profundas (indiretas). Entre as

fundações diretas, as mais usais em linhas de transmissão são sapatas, blocos

ancorados, tubulões engastado em rocha. Estes tipos de fundações não serão

abordados neste trabalho, apenas será dada uma explicação sobre essas fundações.

Já para fundações profundas, destaca-se o uso de tubulões e estacas. Neste trabalho

será restringido apenas o uso de tubulão como fundação profunda.

2.4.1 Tubulões

Segundo (VELOZO, 2010) o tubulão é uma fundação profunda de concreto

armado, de formato cilíndrico, normalmente escavado a céu aberto, podendo ser com

ou sem base alargada. Ele tem a função de transmitir as cargas das superestruturas

para o maciço da fundação.

O comprimento do fuste mais base alargada, quando houver, varia de acordo

com as características do solo e os esforços presentes na fundação, variando sua

profundidade de 3,0m a 10,0m (ASHCAR, 1999).

Ferreira (2000) relata que o tubulão tem como vantagens a baixa produção de

ruído, que o engenheiro pode analisar o solo, e se necessário modificar a profundidade

e o diâmetro para atender a novas exigências de solo diferente do previsto em projeto.

Chaves (2004) comenta que os tubulões são bastantes usuais em linha de

transmissão, devido ao seu baixo custo, pois é uma fundação que não necessita de

reaterro, o volume de escavação é pequeno, sua execução requer pequena ou

nenhuma interferência no meio ambiente, além de fornecer proteção aos

componentes da torre devido ao seu diâmetro, sendo assim protegendo das

corrosões.

Os tubulões são utilizados tantos para torres autoportantes como para as

estaiadas (Figura 11), sendo que nos estais, a fundação está apenas submetida aos

35

esforços de tração, que ocorre na direção dos estais. Já no mastro central ocorrem os

esforços de compressão horizontais e verticais (ASHCAR, 1999).

Figura 11 – Tubulão sem base para estais.

Fonte: Elaborado pelo Autor (2019).

2.4.2 Sapatas

Chaves (2004, p.120) defini sapatas como.

São fundações diretas, em concreto armado, que distribuem as cargas nelas aplicadas através de tensões distribuídas no solo. Normalmente elas possuem uma laje na parte inferior (base) que pode ter altura variável ou não.

As sapatas podem ter formas retangulares, quadradas, corridas e circulares.

Sendo a quadrada a mais utilizada em linhas de transmissão. O assentamento das

36

sapatas é feito em profundidade de 2m a 4m, devido à dificuldade da escavação, não

é recomendado que o solo seja muito compressível, pois isso pode causar recalque

nas fundações (ASHCAR, 1999).

Ao final da execução da sapata, deve-se ter muito cuidado na hora de fazer o

reaterro, é de suma importância que tenha uma boa qualidade de compactação, pois

influenciará na resistência ao arrancamento (GARCIA, 2005). A armadura da sapata

de uma linha de transmissão tem uma armação diferenciada em relação às sapatas

utilizadas nas demais obras da construção civil. Pois ela possui a armadura de flexão

superior e inferior, diferente das demais que possuem somente armadura inferior. Isso

ocorre pois nas linhas de transmissão, as torres autoportantes estão sendo

submetidas aos esforços de tração.

A figura 12 mostra a inclinação do fuste juntamente com o stub.

Figura 12 - Sapata para uma torre autoportante.

Fonte: Elaborado pelo Autor (2019).

Esse tipo de geometria mostrado na figura 12, permite que os esforços

coincidam o centro da sapata. Isso é importante pois controla o momento fletor e reduz

custo de implantação. Além de que a inclinação fornece um bom cobrimento para o

37

stub, assim provendo sua proteção sem que precise aumentar suas dimensões

(ASHCAR, 1999).

2.4.3 Bloco ancorado em rocha

É uma fundação onde os blocos de concreto são ancorados em rocha através

de chumbadores (Figura 13). De acordo com Velozo (2010) os blocos são utilizados

em pequenas profundidades, normalmente até 2,5m, desde a ocorrência de rocha

aflorada até pouca profundidade. Estas rochas têm que ser sã ou pouco fraturada.

Como a fundação normalmente é pequena, devido aos valores reduzidos das

dimensões, deve ser tomada muita atenção para a colocação do stub.

Os furos para a colocação dos chumbadores devem ser feitos com um

equipamento de roto-percussão, normalmente o aço utilizado para os chumbadores é

o CA 50. Nesta fundação, os chumbadores fazem a transferência dos esforços de

arrancamento para o maciço (CHAVES, 2004). Neste tipo de fundação o fuste também

é inclinado de acordo com as vantagens econômicas.

Figura 13 - Bloco ancorado em rocha.


38

2.5 TIPIFICAÇÃO DOS SOLOS

Após saber o tipo de torre e o traçado da linha de transmissão e concluídas as

campanhas de investigação geológica e geotécnicas é hora de tipificar os solos que

podem ocorrer ao longo de todo o empreendimento. Em linhas é muito comum fazer

um projeto-tipo de fundação que engloba um agrupamento de variados tipos de solo

que ocorrem no decorrer da linha, porém que tenham competências parecidas, para

isso é preciso que os parâmetros geotécnicos sejam confiáveis. Esta medida reduz o

custo no momento de elaboração dos projetos, permitindo uma padronização na hora

de elaborar o projeto. Estas fundações dos projetos-tipos são as mais utilizadas em

linhas, tais como tubulões, blocos ancorados em rochas e sapatas FURNAS (2003).

Além dos projetos-tipo, existem os projetos especiais. Estes são elaborados de acordo

com a particularidade de cada linha, sendo necessário as vezes um fuste com uma

altura maior do que a dos projetos-tipo em função do levantamento topográfico, ou até

mesmo de incertezas que podem decorrer do terreno ser diferente do que estava

sendo apontado nas sondagens.

Abaixo serão apresentadas as tabelas de classificação dos solos e das rochas

definidas pela especificação técnica EP-5029 de FURNAS (2003).

Tabela 5 - Limite para os parâmetros geotécnicos para solos.

Fonte: FURNAS (2003).

39

Tabela 6 - Descrição dos tipos de solos.


40

Tabela 7 - Limites para os parâmetros geotécnicos para rochas.


Tabela 8 - Descrição dos tipos de rochas.


2.6 MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA FUNDAÇÃO

As fundações estão sujeitas a diversas solicitações, dependendo do tipo da

construção. Nas linhas de transmissão de energia, os principais esforços são o de

compressão, arrancamento e tombamento (QUENTAL, 2008).

41

2.6.1 Resistência à compressão

A especificação técnica de Furnas (2003, p. 36) exige como proprietária que:

A capacidade de carga do tubulão deve ser avaliada através de método apropriado, com respaldo na Mecânica dos Solos (Terzaghi, Meyerof, Brich Hansen), sempre a partir dos valores garantidos dos seus parâmetros geotécnicos. Os valores garantidos do parâmetro geotécnicos são valores de projeto obtido a partir dos seus valores característicos, com os coeficientes de minoração indicado na NBR 6112.

De acordo com (BOWLES,1984) o modelo para a ruptura do solo descrito por

Terzaghi, foi baseado nas investigações de ruptura plástica dos metais submetidos à

punção feita por Prandtl. Chaves (2004) comenta que o modelo de ruptura do solo

propõe a criação de uma cunha sob a fundação, que com ao carregamento, faz com

que o solo abaixo da fundação seja estimulado, formando o aparecimento da zona de

cisalhamento radial (2) e cisalhamento linear (3), conforme indicado na figura 14.

Figura 14 - Mecanismo de ruptura dos solos.

Fonte: Chaves (2004).

Após o cisalhamento da cunha ser totalmente imobilizado, irá ocorrer a ruptura

do leito que a fundação está assentada. Porém, antes de o leito romper, o solo muda

o seu comportamento, de um solo elástico para um solo plástico (VELLOSO E LOPES,

2010).

A ruptura pode acontecer de duas maneiras, de forma local ou geral, em

concordância com Terzaghi. De acordo com ele, os solos que são mais compactos

tendem a ter ruptura geral. Este tipo de ruptura acontece subitamente, e

costumeiramente em estruturas que apresentam tombamento, enquanto que o solo

42

apresenta estufamento de um lado da fundação (CHAVES, 2004). Terzaghi

apresentou uma fórmula que leva em consideração a forma geométrica da fundação,

que é corrigida por fatores de forma, esta fórmula é utilizada para a determinação da

tensão de ruptura do solo.

A ruptura local acontece em solos mais fofos, menos compactados. Para esses

solos, Terzaghi apresentou condições de minoração da capacidade de carga e propôs

que houvesse redução do valor da coesão (VELLOSO e LOPES, 2010).

𝑞𝑢 = 𝑐𝑁𝑐𝑆𝑐 + 0,5𝛾𝐵𝑁𝛾𝑆𝑦 + 𝑞𝑁𝑞𝑆𝑞 (8)

Onde:

𝑞𝑢 – É a tensão última (tensão de ruptura do solo);

γ – Peso específico do solo;

c – Coesão;

𝑁𝑐 , 𝑁𝛾 𝑒 𝑁𝑞 – São fatores de capacidade de carga que estão em função do

ângulo de atrito ϕ;

B – Menor dimensão da fundação;

𝑆𝑐 , 𝑆𝑦 𝑒 𝑆𝑞– São fatores de forma em função da forma de fundação;

Moura (2016) apresenta a tabela de fatores de forma utilizados na formula de

Terzaghi, como podemos ver na tabela 9.

Tabela 9 - Fatores de forma.

Fonte: Moura (2016).

43

Já os valores dos fatores de capacidade de carga do Nq, N e Nc são

adimensionais e necessitam somente do ângulo de atrito, esses fatores são definidos

com as seguintes equações (CINTRA, AOKI e ALBIERO, 2011):

𝑁𝑞 = 𝑡𝑎𝑛2(45 + 0,5𝜑)𝑒𝜋𝑡𝑎𝑛 𝜑 (9)

𝑁𝑐 = 𝑐𝑜𝑡𝜑 (𝑁𝑞 − 1) (10)

𝑁𝛾 = 2 tan 𝜑 (𝑁𝑞 + 1 ) (11)

2.6.2 Resistência dos esforços laterais

As fundações profundas como o tubulão, utilizam da resistência lateral do solo

como amparo para resistir ao tombamento que pode ocorrer na fundação devido aos

esforços horizontais. Nas fundações rasas a verificação ao tombamento, diferente das

profundas, é realizada desprezando a resistência lateral do solo.

O solo é considerado como plástico e elástico, para poder fazer a verificação

das fundações quando submetidas a esforços transversais. Para a verificação da

ruptura do solo, ele é considerado como plástico, enquanto que para a verificação do

ELS (Estado limite de serviço) ele é considerado como elástico. Com os dados obtidos

podemos analisar as deformações sofridas pelo solo, que foram ocasionadas por

esses esforços (VELLOSO e LOPES, 2010).

2.6.2.1 Método de Broms

Broms estudou o comportamento das estacas em solos coesivos e não

coesivos, e posteriormente apresentou um critério para fazer o cálculo das estacas. O

método de Broms segue a filosofia de mecanismo de ruptura (VELLOSO E LOPES,

2010). O rompimento da sua estaca está relacionado a sua fundação e ao seu

comprimento. A figura 15 apresenta algumas possibilidades de rupturas em estacas

longas que foram recomendadas por Broms sendo:

44

(a) Estacas longas impedidas;

(b e c) Estacas curta impedidas;

(d) Estacas longas livres;

(e) Estacas curtas livres;

Figura 15 - Mecanismo de ruptura de uma estaca.

Fonte: Velloso e Lopes (2010).

Este modelo apresentado por Broms ratifica que a ruptura das estacas curtas

acontecerá quando o solo perde a resistência, enquanto que nas estacas longas

ocorrerá quando se formar uma ou duas rótulas plásticas. Em linhas de transmissão

é comum encontrarmos nos tubulões, a situação de ruptura de estaca curta. Para isso

é feita uma suposição de que o maciço do solo esteja em equilíbrio plástico, enquanto

que o tubulão se encontra em uma forma prismático rígido-plástico (VELLOSO e

LOPES, 2010).

Neste método para estaca curtas com o topo livre, para se obter os diagramas

de momentos fletores e as distribuição de pressões, depende do tipo do solo que a

fundação está alocada. Para solos mais argilosos a pressão que o solo exerce sobre

o tubulão será constante durante toda a sua extensão, já em solos com características

mais arenosas, a pressão é distribuída linearmente ao longo do tubulão. Como

podemos ver na figura 16, onde mostra a reação do solo e o diagrama de momento

fletor em uma estaca curta para um solo argiloso e arenoso, respectivamente.

45

Figura 16 - Distribuição de pressões e diagrama de momento fletores.

Fonte: Velloso e Lopes (2010).

Em estacas curtas com o topo livre, que estejam alocadas em solos não

coesivos (arenosos), a pressão do solo seja qual for a profundidade é obtida por 3

vezes o empuxo passivo apresentado por Rankine, isto é:

𝑝𝑢 = 3𝐷𝛾´𝐾𝑝 (12)

𝐾𝑝 =(1+sin 𝜑)

(1−sin 𝜑) (13)

A carga de ruptura (Hu) por sua vez é obtida quando aplicado um esforço com

carga aplicada na ponta da estaca conforme:

𝐻𝑢 = (0,5𝛾´𝐷𝐿3𝐾𝑝/(𝑒 + 𝐿) (14)

46

Já o momento (Mu) é obtido por:

𝑀𝑢 = 0,5𝛾´𝐷𝐿³𝐾𝑝 (15)

Onde:

D – Diâmetro da estaca;

𝛾´- Peso específico efetivo do solo;

Kp – Coeficiente de empuxo passivo;

Φ – Ângulo de atrito;

L – Comprimento enterrado da estaca;

e – Altura de aplicação da carga horizontal;

De acordo com Maciel (2010) em solos coesivos (argilosos), Broms

concorda em desprezar no comprimento inicial de 1,5D a pressão constante que o

solo exerce, considerando que nessa região a resistência do solo não é muito

relevante. A figura 17 mostra a reação de um solo coesivo a um esforço horizontal.

Maciel (2010, p.13) comenta que:

Adotando-se esta simplificação, ele admite que o momento fletor máximo e o comprimento necessário para a estaca são, de alguma forma, maiores que os correspondentes à provável distribuição das forças de reação do solo na ruptura.

O momento máximo é obtido pela seguinte equação:

𝑀𝑚á𝑥 = 94⁄ 𝑐𝐷𝑔² (16)

𝑔 = √4𝑃(9𝑐𝐷)⁄ (𝑒 + 1,5𝐷 + 0,5𝑓) (17)

𝑓 = 𝑃(9𝑐𝐷)⁄ (18)

47

De acordo com Maciel (2006) o comprimento mínimo cravado para um

determinado carregamento P é:

𝐿 = 1,5𝐷 + 𝑓 + √4𝑓(𝑒 + 1,5𝐷 + 0,5𝑓) (19)

Onde:

c – Coesão do solo;

L – Comprimento enterrado da estaca;

e – Altura de aplicação da carga horizontal;

D – Diâmetro da estaca;

Figura 17 - Diagrama das forças de reação do solo argiloso em estaca curta.

Fonte: Maciel (2006).

48

2.6.3 Resistência ao arrancamento

Um diferencial do projeto de fundação de uma linha de transmissão em relação

aos demais casos da engenharia civil é o arrancamento. Embora houvessem estudos

bibliográficos para a determinação da capacidade de carga a tração desde 1910, a

primeira formulação racional surgiu apenas na década de 60 (DANZIGER, 1983).

Danziger (1983, p.6) relata:

A partir daí (início da década de 60), surgiram e se desenvolveram, quase que simultaneamente, diversas linhas de pesquisa em Universidades e Centros Tecnológicos europeus e americanos. Estas pesquisas, que se iniciaram, basicamente, com ensaios em modelos reduzidos, deram origem a metodologias de previsão de capacidade de carga, mais ou menos sofisticadas e abrangentes.

2.6.3.1 Método de Grenoble

Este método foi desenvolvido na Universidade de Grenoble, proposto por

BIAREZ e BARRAUD (1968), envolvendo praticamente todas as fundações usuais

utilizadas, com o apoio da (É. D. F.) Electricité de France, uma organização estatal

francesa de energia. Sendo as ponderações teóricas bem elaboradas, e concebidas

no estudo o do equilíbrio limite dos solos. O método é bem embasado e consta com

um elevado número de provas de cargas realizadas em escala natural por diversas

instituições mediante ao C.I.G.R.t. (Conférence Internationale des Grands Réseaux

tlectrique à Haute Tension) (DANZIGER,1983).

Para Azevedo (2010) devido à grande confiança que esse método conseguiu,

por diversos estudos e ensaios, ele é considerado o método mais utilizado em linhas

de transmissão no Brasil para a verificação de capacidade de carga a tração, embora

o Método de Cone continua sendo muito utilizado.

Por ser o mais utilizado, o método de Grenoble será empregado no trabalho,

embora possa ser aplicado em diversas fundações. O presente trabalho se restringirá

a apresentar o método somente para o tubulão.

De acordo com Danziger, (1983) conforme a Figura 18, para estaca e tubulão

a carga de ruptura será a soma da resistência do cisalhamento ao longo da superfície

de ruptura, acrescentado o peso da fundação, o peso do solo aderido à estaca e

tubulão e da sobrecarga, quando existir este esforço. A fórmula para o tubulão é:

49

𝑄𝑟𝑡 = 𝑝𝐷[𝑐𝑀𝑐 + 𝛾´𝐷(𝑀𝜑 + 𝑀𝛾) + 𝑞0𝑀𝑞] + 𝑃 (20)

Onde:

𝑄𝑟𝑡 − Carga de ruptura;

P - Perímetro da fundação;

D - Profundidade de assentamento;

c - Coesão do solo;

γ′ - Peso específico efetivo do solo;

𝑞0 − Sobrecarga uniforme;

P - Peso próprio da fundação;

𝑀𝑐 , 𝑀𝜑, 𝑀𝛾 𝑒 𝑀𝑞 − Coeficientes de capacidade de carga à tração

Os coeficientes da capacidade de carga a tração são obtidos através de ábacos

disponibilizados em Garcia (2005) e em Danziger (1983), de acordo com o α=-ϕ/8

inseridos neste trabalho no Anexo A.

Figura 18 - Superfície de ruptura para tubulão ou estaca.

Fonte: Azevedo (2010).

50

2.7 MÉTODO DAS TENSÕES ADMISSÍVEIS

O solo tem um parâmetro de resistência de grande confiabilidade que é

utilizado em seu dimensionamento, assim como ocorre com o aço e o concreto, com

seus valores de fyk e fck respectivamente. Essas resistências do fck e fyd são obtidas

em ensaios de laboratório conforme a da NBR-6118:2014.

Por sua vez os solos têm seus valores característico obtidos através das

investigações de campo ou por meio de ensaios de laboratório. A NBR-6122:2010

descreve os métodos utilizados para obter a resistência característica do solo,

podendo ser:

• Teóricos – São alcançados pela teoria concebida pela mecânica dos

solos;

• Semi-empíricos – São feitas correlações adaptadas das teorias da

mecânica dos solos;

• Empíricos – Os valores são obtidos de acordo com a descrição do

terreno.

Utilizando os fatores de segurança global ou parcial, podemos obter valores

com uma confiabilidade para serem usados como pressão admissível. Os valores do

fator de segurança globais, tem seus valores apresentados na tabela 10, conforme

NBR-6122:2010.

Tabela 10 – Fatores de Segurança globais.

Fonte: NBR-6122(1996).

De acordo com a NBR-6122:2010, o fator de segurança utilizado neste trabalho

será de 2,0, pois os valores de resistência da fundação são obtidos através de

correlações de sondagem a percussão, sem prova de carga.

51

3 METODOLOGIA

Neste capitulo é apresentado a metodologia aplicada para fazer o

dimensionamento de uma fundação para uma torre estaiada. Será feito um estudo de

caso de uma linha e demonstrando o dimensionamento geotécnico do projeto de um

tubulão para a torre proposta.

O primeiro passo foi fazer uma ampla pesquisa bibliográfica para levantar

dados para o embasamento do presente trabalho, abordando diferentes conceitos que

existem nos métodos de dimensionamento no projeto de fundação de um tubulão.

A próxima etapa após esse levantamento, foi escolher um estudo de caso. O

escolhido foi a linha de transmissão do empreendimento de Giovanni Sanguinetti,

localizado nos estados do Rio Grande do Norte, Paraíba e Ceará, na LT 500kV Açu

III - Milagres II, com cerca de 292 km de extensão, previsto para ficar pronta no final

do ano de 2019.

Depois decidir qual será o caso do trabalho, será definido o estudo da torre

estaiada, ou seja, as torres autoportantes não serão contempladas neste trabalho.

Para fazer o dimensionamento da fundação é necessário o conhecimento do terreno,

nas linhas de transmissão usamos a planta e perfil, depois sondagens para tipificar o

solo e é montado o seu perfil estratigráfico. As solicitações que são utilizadas no

dimensionamento são fornecidas pela memória de cálculo, elaborado pelo projetista

da estrutura.

Em seguida será feito o dimensionamento da fundação para o mastro dos

estais utilizando o método de Terzaghi para verificar a compressão, o método de

Broms para verificar o tombamento. Para os estais o tombamento também é feito pelo

método de Broms e o arrancamento pelo método de Grenoble.

A seguir é demonstrado um fluxograma com as etapas presente no trabalho.

52

Revisão Bibliográfica

Planta e Perfil

Sondagem pelo SPT

Análise do solo

Perfil estratigráfico

Planta de carga

Dimensionamento da fundação

Método de Terzaghi

Método de Broms

Método de Grenoble

Mastro Estais

Conclusão do dimensionamento da fundação para uma torre estaiada

53

4 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

4.1 ESTUDO DE CASO LT 500KV AÇU III - MILAGRES II

Como falado anteriormente, a linha de transmissão utilizada para esse estudo

de caso será Açu III – Milagres II, em 500kV, sendo o segundo circuito, com circuito

simples com uma extensão de aproximadamente 292 km, tendo seu início na

Subestação Açu II, localizada no estado do Rio Grande do Norte e com termino na

Subestação Milagres II localizada no estado do Ceara.

Figura 19 – Região da área de estudo.


4.2 TORRE ESTUDADA

Em uma linha de transmissão são previstos a construção de diversas torres,

tanto autoportante como estaiada. No presente trabalho, o objeto de estudo foi apenas

as torres estaiadas, não sendo contempladas as torres autoportantes. A torre utilizada

nesse estudo é a torre de suspensão leve cross-rope (CLG5), conforme é mostrado

na figura 20.

As hipóteses de carregamento da estrutura que foram emitidas pelo projetista

da CLG5 são apresentadas no anexo B. Esses valores foram obtidos através da

54

memória de cálculo elaborada pelo projetista da estrutura, demonstrando as cargas

atuantes na torre (Tração nos cabos e vento incidente na estrutura) e as cargas

solicitantes nas fundações

Figura 20 – Silhueta da seção transversal da torre estaiada CLG5.

Fonte: Acervo da CYMI (2018).

Os valores utilizados para o dimensionamento das fundações são provenientes

das combinações que atingem os valores máximos de compressão e de tração

(arrancamento), podendo estar associados ou não aos máximos esforços horizontais.

55

4.3 PLANTA E PERFIL

A planta e perfil mostra a plotação das torres utilizadas no traçado da linha de

transmissão, especificando o vão entre elas, a altimetria em que está localizada a

torre, se á obstáculos que impeçam a construção e a passagem dos cabos, além de

dar uma primeira visão sobre o solo presente na região. Na figura 21 é mostrado um

exemplo de planta e perfil que aborda as estruturas 23/2, 24/1 e 24/2, sendo que as

duas últimas são as torres CLG5 objeto de estudo deste trabalho.

Como observado na planta e perfil, há presença de algumas grotas entre as

torres, ou seja, é possível que haja presença de água no solo desta região. Com a

planta e perfil é possível fazer a caracterização do solo nos trechos onde não foi

disponibilizado qualquer informação por meio das de sondagens, pois como citado

anteriormente no trabalho, em uma linha de transmissão não é necessário fazer

sondagens para todas as estruturas.

56

Figura 21 – Exemplo de Planta e Perfil

Fonte: Acervo da CYMI (2018)

57

4.4 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO

Os parâmetros utilizados para este trabalho foram obtidos através de

correlações do número de SPT das sondagens à percussão feitas ao longo da linha

de transmissão. Com os relatórios de sondagens em mão, se fez a constatação de

que boa parte do empreendimento apresentará um solo com boa resistência e em sua

grande maioria de baixa profundidade, sendo possível que seja encontrado rocha sã

ou pouco fraturada nos primeiros metros de escavação. A maioria do solo encontrado

é areia misturada com silte ou argila, denominado Areia-Siltosa, com uma boa

característica geotécnica, sendo classificado como solo do tipo I. Abaixo, seguem na

tabela 11 os 3 grupos de solos típicos que foram criados.

Tabela 11 – Solos Típicos (I, II e III)

Fonte: Elaborado pelo autor (2019)

Onde:

Nspt é o número médio de sondagem;

é o ângulo de atrito interno do solo;

é o peso específico do solo;

adm é a tensão admissível do solo a uma profundidade de 1,5m;

adm é a tensão de aderência concreto/solo;

Os solos do tipo I são caraterizados por serem um solo residual bem

desenvolvido ou jovem, tendo sua resistência elevada e com a tendência de aumentar

conforme ele vai aprofundando. Um exemplo de sondagem do solo tipo I do

empreendimento está em Anexo C.

Descrição Tipo Nspt

(golpes) Coesão (kgf/m²)

(graus) (kgf/m³) adm

(kgf/cm²) adm

(kgf/cm²)

Areia-siltosa compacta a muito compacta (solo residual)

I ≥ 15 3500 33 1700 3,00 0,35

Areia-siltosa med. compacta II 10 < N <

15 3000 28 1500 2,00 0,25

Areia-siltosa pouco compacta (solo coluvial)

III 5 < N ≤

10 2500 25 1300 1,50 0,15

58

Os solos do tipo II por sua vez estão no meio termo, tem uma boa resistência

se comparado com os solos coluvionares do tipo III, porém não chegam a ter uma boa

resistência como o solo I. São normalmente áreas com um pouco de acumulo de

sedimentos, como por exemplo áreas próximas a taludes e superfícies de baixadas.

No Anexo D, e possível ver uma sondagem a percussão que representa o tipo de solo

mencionado com essas características.

Por fim os solos do tipo III são caracterizados por serem um solo coluvionar, ou

seja, é formado por um solo que foi transportado de seu local de origem por agentes

de transporte como o vento e as águas das chuvas. Por ser um solo com sedimentos,

tem como características uma baixa resistência, sendo um solo que necessita de mais

atenção. No Anexo E podemos ver a demonstração de perfil de sondagem com as

características presentes deste solo. Como não foi um solo muito recorrente na linha

o trabalho se dedicou somente em projetos para o solo do tipo I e II.

As fundações dimensionadas nesse trabalho são do tipo profundas, no entanto

uma linha possui diversos tipos de fundações diferentes para atender as diversas

características e profundidades de solos encontrados. O tubulão foi escolhido para

esse trabalho por ser uma fundação que normalmente tem seu custo menor, e menor

complexidade de execução em termos de montagem de armadura, escavação e

formas.

4.5 CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS E CONSIDERAÇÕES DOS

PROCEDIMENTOS DE CÁLCULO

As fundações típicas englobam diferentes altura de fuste, neste trabalho, os

afloramentos adotados para o mesmo serão de 20cm, visando as peculiaridades dos

terrenos encontrados na região. Devido ao afloramento, há uma variação do peso

próprio do tubulão, sendo apresentado neste trabalho o caso mais crítico. As cargas

apresentadas na memória de cálculo das estruturas foram majoradas em 1,1, de

acordo com FURNAS (2003).

59

Resistência caraterística do aço a tração (𝑓𝑦𝑘)= 500MPa;

Resistência caraterística do concreto (𝑓𝑐𝑘)= 20MPa;

Peso Específico do concreto (𝛾𝑐)= 25 kN/m³;

Demais parâmetros foram obtidos a partir da NBR 6118:2014;

4.6 DIMENSIONAMENTO GEOTÉCNICO DO TUBULÃO SEM BASE PARA

ESTRUTURA

A tabela 12 mostra um resumo dos esforços ocorridos na estrutura CLG5 que

foram utilizados para fazer o dimensionamento do tubulão sem base para os estais.

Enquanto que a tabela 13 mostra o resumo dos esforços que foram utilizados para

fazer o tubulão para o mastro central da estrutura. Os valores obtidos na tabela não

estão majorados em 1,1*. Para os cálculos a seguir foi utilizado o valor máximo de

tração na direção do estai e o valor máximo de compressão para o mastro.

A torre da Cross Rope CLG5 possui os cabos para estais com diâmetro de 1”

EHS - 37 fios, e tem uma carga de ruptura de 50 toneladas. Possui o pino com

38.1mm, com comprimento de 900mm (ASTM A36) e uma calota 300mm (ASTM

A36)

Tabela 12 – Resumo das cargas na estrutura CLG5 para estais

Torre Tipo Natureza Esforço

Hipótese de carga

Ângulo Real do

Estai

Componente Tração na direção do

estai Vertical

(kgf) Horizontal

(kgf)

CLG5 Tração -

Estais 7/8'' 1 35,96 21.339 15.221 26.292


*Conforme é orientado pela norma internacional IEC 60826, especifica para linha de

transmissão de energia

60

Tabela 13 – Resumo das cargas na estrutura CLG5 para mastro.

Eixo Global (kgf)

Natureza Esforço

Hip. Carga

Vertical Transversal Longitudinal Result.

Horizontal

Compressão - Mastro

6E 55458 5864 0 5864

1 52143 6794 0 6794


4.6.1 Verificação a Compressão

Conforme visto anteriormente no trabalho, a verificação a compressão será

feita através de Terzaghi.

Na verificação a compressão a tensão atuante deve ser menor ou igual a tensão

admissível do solo, conforme mostrado nas formulas a seguir:

𝜎𝑐𝑎𝑙𝑐= (𝐶 + 𝑃𝑓𝑚 + 𝑃𝑠 − 𝜋. 𝐷. 𝐿𝑓. 𝜏) (𝜋. 𝐷𝑏2

4⁄ ) ≤ 𝜎𝑎𝑑𝑚⁄ (21)

𝜎𝑎𝑑𝑚=12⁄ . (𝑐. 𝑁𝑐 . 𝑆𝑐 + 𝑐. 0,5𝛾. 𝐵. 𝑁𝛾.𝑆𝛾 + 𝑞. 𝑁𝑞 . 𝑆𝑞) (22)

4.6.2 Verificação ao Tombamento

Como visto no item 4.4 o solo tem característica arenosa,, e para essa situação

será utilizado o método de Broms para verificar o tombamento da fundação, conforme

visto anteriormente:

𝑝𝑢 = 3. 𝐷𝛾′𝐾𝑝 (23)

𝐾𝑝= (1 + sin 𝜑)/(1 − sin 𝜑) (24)

Com uma carga aplicada no topo do tubulão é encontrada a carga de ruptura,

conforme a fórmula:

61

𝐻𝑢= (0,5𝛾′𝐷𝐿³𝐾𝑝)/(𝐺 + 𝐿𝑓 + 𝐿𝑎 + 𝐿𝑏) (25)

Consequentemente o momento é obtido por:

𝑀𝑢= 0,5𝛾′𝐷𝐿³𝐾𝑝 (26)

Na verificação o valor do fator de segurança escolhido foi de 1,5, ou seja,

FS=1,5:

𝐹𝑆 ≥ 1,5 ∴ 𝐹𝑆 = 𝑀𝑢/𝑀𝑡 logo:

FS= 𝑀𝑢 [𝐻(𝐺 + 𝐿𝑓+𝐿𝑎 + 𝐿𝑏)]⁄ (27)

Sendo o carregamento horizontal (H).

4.6.3 Verificação ao Arrancamento

A capacidade de carga de ruptura a tração do tubulão com seção circular é

definida por meio da seguinte fórmula:

𝑄𝑓𝑡 = 𝑃𝑏 × 𝐿′𝑓² × 𝛾𝑡 × 𝑀𝛾 + 𝑃𝑓𝑚 + 𝑃𝑠 (28)

Onde se é definido que o comprimento enterrado (L) é igual a 𝐿′𝑓, então:

LL f =´

M - coeficientes de capacidade de carga.

Através dos parâmetros que são obtidos pelo ângulo de atrito () e da

profundidade relativa da fundação para um ângulo de ruptura de cálculo de -/8

(utilizado em tubulões), é possível se obter os coeficientes de carga pelo Método de

Grenoble, utilizando o ábaco 6 apresentado em Biarez (1968). A profundidade relativa

da fundação é calculada como (2πL´f/Pb).

Onde:

Pb = π.D = perímetro da base do tubulão.

62

Com os valores obtidos usamos o ábaco e achamos o momento em y.

Por fim, a capacidade de carga à tração (Qft) deve ser maior ou igual a própria

tração máxima de cálculo do tubulão, conforme a fórmula abaixo.

𝑄𝑓𝑡 ≥ 1,0. T (29)

63

5 RESULTADOS

5.1 DIMENSIONAMENTO PARA TUBULÃO PARA OS ESTAIS

A seguir será apresentado um desenho esquemático do tubulão sem base para

os estais mostrando o seu diâmetro, o ângulo real do estai e o indicativo da

profundidade e altura da fundação.

Figura 22 – Desenho do tubulão sem base para os estais.


64

Parâmetros geotécnicos adotado para fazer o dimensionamento para o solo do

tipo I:

Quadro 1 – Parâmetros e dimensões adotados para o dimensionamento da fundação para solo do tipo I.

D (cm) L (cm) H (cm) Coesão (kN/m²)

(kN/m²)

(graus)

adm (kgf/cm²)

80 430 450 35 17 3


E os parâmetros geotécnicos utilizados para fazer o dimensionamento para o

solo do tipo II:

Quadro 2 – Parâmetros e dimensões adotados para o dimensionamento da fundação para solo do tipo II.


(kN/m²)

(graus)

adm (kgf/cm²)

80 600 620 30 15 2,0


Os dados de entrada para as verificações geotécnicas pertinentes, os pesos

máximos (PfM) e mínimo (Pfm) da fundação e do solo (PS) para os solos I e II

respectivamente:

Quadro 3 – Dados de entrada para solo do tipo I.

Descrição Valor Unidade

Pfm 5654,87 kgf

PfM 5654,87 kgf

PS 0 kgf


Quadro 4 – Dados de entrada para solo do tipo II.


Pfm 7916,81 kgf

PfM 7916,81 kgf

PS 0 kgf


65

5.1.1 Dimensionamento Geotécnico

O dimensionamento geotécnico das fundações dos estais, conforme

mencionado anteriormente, consiste nas verificações ao tombamento e ao

arrancamento.

Para realizar a verificação ao tombamento do tubulão, foi utilizada a hipótese

de carga 1, para o solo I, conforme mostrado a seguir:

Quadro 5 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo I arenoso.


Para a hipótese 1

Mt 75344 kgf

Me 183394 kgf

FS 2,434 -


Quadro 6 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo I argiloso.

Para a hipótese 1

S1 é maior do que o esforço horizontal, portanto segue a hipótese 1 de verificação.

A1 19922 kgf

I 17597

há 0,93 m

yp 0,61 m

Mmax 18060 kgfm

Lmín 3,26 m


Conforme pode ser observado, a verificação atende, pois, o FS >1,5 e o

comprimento adotado de 4,3 > 3,26.

Em sequência é demonstrada a verificação ao tombamento do tubulão para o

solo tipo II:

Quadro 7 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo II arenoso.

Para a hipótese 10

Mt 103048 kgf

Me 276747 kgf

FS 2,686 -


66

Quadro 8 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo II argiloso.

Para a hipótese 1


A1 9362 kgf

I 14655

há 0,57 m

yp 0,74 m

Mmax 21979 kgfm

Lmín 4,08 m


Assim como o solo do tipo I, a verificação é atendida, pois, o FS > 1,5 e o

comprimento adotado de 6,00 > 4,08.

Após as verificações ao tombamento, verificamos que os valores arbitrados no

início do dimensionamento estão de acordo, e fornecendo uma folga bastante

significativa na segurança.

Concluída essa primeira etapa, as verificações ao arrancamento são

desenvolvidas para os solos I e II, conforme podemos ver nos quadros a seguir

respectivamente:

Quadro 9 – Verificação ao arrancamento do tubulão para solo tipo I.


= -0,072 rad

-0,569 rad

SEN n -0,294 -

n -0,29803 rad

TAN (180/4+/2) 1,842 rad

COS(n) 0,956 rad

SEN () 0,545 rad

COS () 0,842 rad

f/H 0,647 -

(M+M) 0,313 -

Mc3 0,824 -

L'f 4,300 m

Qft 30369 kgf

2*L´f/Db 10,750 -

Fonte: Elaborado pelo autor (2019

67

Quadro 10 – Verificação ao arrancamento do tubulão para solo tipo II.


= -0,055 rad

-0,622 rad

SEN n -0,246 -

n -0,25 rad

TAN (180/4+/2) 1,570 rad

COS(n) 0,969 rad

SEN () 0,423 rad

COS () 0,813 rad

f/H 0,748 -

(M+M) 0,255 -

Mc3 1,009 -

L'f 6,000 m

Qft 37966 kgf

2*L´f/Db 15,000 -


Para o solo tipo I, a carga de tração majorada fica T=23.473kfg, ou seja:

𝑄𝑓𝑡

𝑇⁄ = 1,29 > 1,00

A verificação foi atendida, e está com uma margem de segurança de quase

30%.

Para o solo tipo II, a carga de tração majorada fica T=25.804kfg, ou seja:

𝑄𝑓𝑡

𝑇⁄ = 1,47 > 1,00

A verificação foi atendida, e está com uma margem de segurança de quase

50%.

5.2 DIMENSIONAMENTO DO TUBULÃO PARA O MASTRO

A seguir será apresentado um desenho esquemático do tubulão sem base

alargada para o mastro (figura 23), mostrando o seu diâmetro e o indicativo da

profundidade e altura da fundação.

68

O dimensionamento do tubulão para o mastro é necessário fazer a verificação

à compressão e ao tombamento. Vale ressaltar que o esforço horizontal apresentado

na tabela 13, consiste na soma vetorial dos esforços longitudinais e transversais, de

modo a aumentar a segurança.

No quadro 11 será apresentado os dados de entrada para a verificação pelo

método de Terzaghi do solo tipo I, apresentando os pesos máximo, mínimo e do solo

para os solos I e II respectivamente:

Quadro 11 – Parâmetros iniciais para a tensão de ruptura do solo tipo I.


Pfm 10210,18 kgf

PfM 10210,18 kgf

PS 0,00 kgf


Quadro 12 – Parâmetros iniciais para a tensão de ruptura do solo tipo II.


Pfm 13155,42 kgf

PfM 13155,42 kgf

PS 0,00 kgf


69

Figura 23 – Desenho do tubulão sem base para o mastro


70

Com os dados iniciais definidos, será verificado a compressão, utilizando a

tensão de ruptura do solo. No quadro 13 mostra os parâmetros adotados para se fazer

o dimensionamento pelo método de Terzaghi para fundações presente em solo I.

Quadro 13 – Parâmetros e dimensões adotadas para a determinação de ruptura do solo tipo I.


(kN/m²)

(graus)

q= L (Kn/m²)

100 500 520 35 17 85


Os fatores de cargas e de formas para o solo I presentes no quadro 14,

dependem diretamente das dimensões utilizadas na fundação e do ângulo de atrito,

como podemos ver a seguir.

Quadro 14 – Fatores de carga e de forma utilizados para a determinação da tensão de ruptura para solo do tipo I.

Fatores de Carga

Nc Nγ Nq

49,56 33,32 33,84

Fatores de Forma

Sc Sγ Sq

1,30 0,60 1,00


Com esses fatores obtidos é calculado a tensão de ruptura, presente no quadro

15. Após ter a tensão de ruptura, ela é dividida por um fator de segurança global, para

o tubulão sem base alargada o coeficiente utilizado foi de 3,0.

Quadro 15 – Tensão Admissível e de Ruptura para o solo do tipo I.

Tensão de Ruptura Geral (kgf/cm²)

Tensão Admissível (kgf/cm²)

53,01 17,67


71

Agora o mesmo processo será feito para descobrir a tensão de ruptura para o

solo do tipo II. No quadro 16 mostra os parâmetros adotados para se fazer o

dimensionamento pelo método de Terzaghi para fundações presente em solo II.

Quadro 16 – Parâmetros e dimensões adotadas para a determinação de ruptura do solo tipo II.


(kN/m²)

(graus)

q= L (Kn/m²)

100 650 670 30 15 97,5


Os fatores de cargas e de formas para o solo II presentes no quadro 17,

dependem diretamente das dimensões utilizadas na fundação e do ângulo de atrito,

como podemos ver a seguir.

Quadro 17 – Fatores de carga e de forma utilizados para a determinação da tensão de ruptura para solo do tipo II.

Fatores de Carga

Nc Nγ Nq

25,10 9,70 12,70

Fatores de Forma

Sc Sγ Sq

1,30 0,60 1,00


Com esses fatores obtidos é calculado a tensão de ruptura, presente no quadro

18. Após ter a tensão de ruptura, ela é dividida por um fator de segurança global, para

o tubulão sem base alargada o coeficiente utilizado foi de 3,0.

Quadro 18 – Tensão Admissível e de Ruptura para o solo do tipo II.

Tensão de Ruptura Geral (kgf/cm²)

Tensão Admissível (kgf/cm²)

22,61 7,54


72

5.2.1 Dimensionamento Geotécnico

A hipótese crítica adotada foi a hipótese de carga 1. Nos quadros a seguir

mostra a verificações realizadas para a compressão dos solos I e II respectivamente.

Quadro 19 – Verificação a compressão do solo tipo I.


adm 17,67 kgf/cm²

calc 2,47 kgf/cm²


Quadro 20 – Verificação a compressão do solo tipo II.


adm 7,54 kgf/cm²

calc 2,42 kgf/cm²


Podemos perceber que as tensões calculadas ficaram abaixo das tensões

admissíveis.

Com isso resta a verificação ao tombamento, cuja hipótese adotada para a

verificação foi a hipótese de carga 6E, para a torre CLG5, para o solo I, conforme

mostrado a seguir:

Quadro 21 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo I arenoso.


Para a hipótese 1

Mt 38862 kgf

Me 360413 kgf

FS 9,274 -


73

Quadro 22 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo I argiloso.

Para a hipótese 1


A1 50277 kgf

I 13079

yp 0,33 m

Mmax 10213 kgfm

Lmín 1,82 m

Como pode ser observado, a verificação atende, pois, o FS >1,5 e o

comprimento adotado foi maior que o Lmin, ou seja 5,0 > 1,82.

Agora é demonstrado a verificação ao tombamento do tubulão para o solo do

tipo II:

Quadro 23 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo II arenoso.


Para a hipótese 1

Mt 50072 kgf

Me 439824 kgf

FS 8,78 -


Quadro 24 – Verificação ao tombamento do tubulão para solo tipo II argiloso.

Para a hipótese 1


A1 8927 kgf

I 10944

há 0,73 m

yp 0,92 m

Mmax 24526 kgfm

Lmín 5,02 m


Assim como o solo do tipo I, a verificação é atendida, pois, o FS > 1,5 e o

comprimento adotado foi maior que o Lmin, ou seja 6,5 > 5,02.

74

Após finalizada as verificações ao tombamento, conclui-se que os valores

arbitrados no início do dimensionamento estão de acordo, e fornecendo uma folga

bastante significativa na segurança.

75

6 RESULTADOS E CONCLUSÕES FINAIS

De modo geral, conclui-se que os objetivos do trabalho foram finalizados e

atingiram os resultados desejados. Foi apresentado o dimensionamento geotécnico

para as reações críticas resultantes das hipóteses de carregamento na estrutura

metálica na fundação de um tubulão sem base alargada, utilizado em uma linha de

transmissão de energia, tanto para os estais como para o mastro.

Percebe-se uma diferença nas dimensões geotécnicas do tubulão do mastro

para o estai, sendo o mastro um tubulão mais profundo e com o diâmetro maior, devido

as cargas de compressão serem maiores que as cargas de tração presente nos estais,

ou seja, no mastro a verificação a tensão admissível é o fator mais importante para o

dimensionamento da fundação, enquanto que nos estais a verificação ao tombamento

é o principal fator. Percebe-se a diferença entre os tubulões do solo tipo I e do tipo II,

sendo os fatores de segurança menores para o solo de menor resistência. As

fundações foram mantidas com o mesmo diâmetro, porém com uma profundidade

enterrada mais elevada que o utilizado no solo I.

O dimensionamento foi elaborado utilizando os métodos consagrados

como Terzaghi, Broms e Grenoble. Sendo atendido todos os fatores de segurança

para as hipóteses mais solicitadas como vento extremo transversal e construção –

(fase central em montagem e para-raios e outras fases montados), sendo o vento

extremo transversal o carregamento mais solicitante para os estais e a construção

para o mastro.

Nesse estudo de caso foi optado por fazer o dimensionamento para tubulão

sem base alargada para uma estrutura estaiada, pois conforme visto no capitulo 2,

este tipo de fundação não é necessário fazer uma grande quantidade de escavação,

não havendo reaterro, assim como não há a necessidade de formas e pouca

complexidade na montagem das armaduras. Mesmo o tubulão consumindo mais

concreto que uma fundação para uma sapata por exemplo, ele ainda é muito mais

econômico e amplamente usado em linhas de transmissão, sendo o seu custo um dos

seus principais atrativos.

No fim todos os objetivos foram concluídos com êxito e poderiam ser

utilizados na LT 500kV Açu III - Milagres II.

76

REFERÊNCIAS

ABNT-NBR-5422: Projeto de Linhas Aéreas de Transmissão de Energia Elétrica: Procedimento. Rio de Janeiro, 1985.

ABNT- NBR-6118: Projeto de estrutura de concreto: Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.

ABNT-NBR-6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010.

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79

ANEXO A

A- TABELA E ABACO DO MÉTODO DE GRENOBLE

Os valores de α e Re (raio equivalente) variam com o tipo de solo, conforme

apresentado na tabela A.1.

Tabela A.1 - Variação de α e Re conforme tipo de solo.

Fonte: Garcia (2004)

80

Figura A1- Coeficientes de capacidade de carga à tração Mc e (Mφ+Mγ) para λ=-φ/8.


81

Figura A2- Coeficiente de capacidade de carga à tração Mq para λ=-φ/8


82

ANEXO B – QUADROS DE HIPÓTESES E CARREGAMENTOS DA TORRE

ANALISADA PELO FABRICANTE

Quadro B- Hipóteses de carga para estrutura CLG5.

Fonte: Acervo CYMI (2019)

83

ANEXO C – SONDAGEM À PERCUSSÃO COM SOLO DO TIPO I


84

ANEXO D – SONDAGEM À PERCUSSÃO COM SOLO DO TIPO II


85

ANEXO E – SONDAGEM À PERCUSSÃO COM SOLO DO TIPO III


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