Post on 24-Feb-2020
1 ESTUDO DE CASO SOBRE POSSÍVEIS FUNDAÇÕES PARA UMA TORRE DE
INTERNET NO PERÍMETRO RURAL NA CIDADE DE FORMOSO DO ARAGUAIA-TO
Case study on possible foundations for an internet tower in the rural perimeter in the city
of Formoso do Araguaia-TO
Lorena Pereira da Silva¹. Ângela Helena Silva Mendes Stival².
RESUMO
Sabe-se atualmente da grande influência que as redes de telecomunicação desenvolvem no âmbito da evolução humana, para tanto um de seus principais meios são as redes de transmissão via internet. Neste trabalho, será mostrado um estudo de caso sobre possíveis fundações para uma torre de telecomunicação no perímetro rural na cidade de Formoso do Araguaia – TO. Ao decorrer do desenvolvimento deste estudo de caso, será apresentada revisão bibliográfica que norteia os critérios a ser analisada nos resultados de um ensaio de sondagem a percussão SPT, afim de posteriormente fazer esta análise do solo da torre em questão, com o objetivo de dar parâmetros para a escolha das principais fundações possíveis para a torre de internet. Este tratado acadêmico terá fundamentação teórica baseados em normas técnicas, que são necessárias para construção deste estudo assim como artigos, regulamentos sobre o assunto e dados publicados, como livros, dentre outros. Para efeito de cálculo das forças atuantes, será utilizado dois softwares, para encontrar as forças atuante e o SolidBase para cálculo do dimensionamento e detalhamento da torre. Contudo, ao final, espera-se ter informações suficientes para identificar se o método desenvolvido no processo construtivo desta torre já existente é o mais indicado, não sendo, mostraremos o levantamento de qual método mais viável e o dimensionamento e detalhamento utilizando os softwares.
Palavras-chave: Telecomunicação; Sondagem a percussão SPT; Normas Técnicas.
ABSTRACT It is now known that telecommunication networks have a great influence on human evolution, for which one of their
main means is Internet transmission networks. In this work, a case study will be presented on possible foundations for
a telecommunication tower in the rural perimeter of the city of Formoso do Araguaia - TO. In the course of the
development of this case study, a bibliographic review will be presented that guides the criteria to be analyzed in the
results of a SPT percussion drilling test, in order to subsequently perform this soil analysis of the tower in question,
aiming to give parameters for the choice of the main foundations possible for the internet tower. This academic
treatise will have theoretical basis based on technical norms, which are necessary to build this study as well as articles,
regulations on the subject and published data, such as books, among others. For the purpose of calculating the
operating forces, two softwares will be used to find the forces acting and SolidBase to calculate the tower
dimensioning and detailing. However, in the end, it is expected to have enough information to identify if the method
developed in the constructive process of this existing tower is the most indicated, not being, we will show the survey
of which more feasible method and the sizing and detailing using the softwares.
Keywords: Telecommunication; SPT percussion sound; Technical Standards.
¹ Licenciatura plena em Matemática; Graduando em Engenharia Civil, Universidade de Gurupi/UnirG, Tocantins, Brasil.
E-mail: lorena.silva_20@hotamil.com
² Especialista em Gestão de Publica com Ênfase em Desenvolvimento de Projetos pela Faculdade de Ciências Sociais Aplicadas de
Marabá (FACIMAB). Docente da Universidade de Gurupi/UnirG, Tocantins, Brasil.
E-mail: angelahsmendes@gmail.com
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1. INTRODUÇÃO
Assim como nos demais lugares do mundo, nota-se cada vez mais uma crescente
demanda na construção das torres de telecomunicações em nossa nação. É notável que
as Torres de telecomunicação vêm desempenhando um grande papel ao propagar
sinais de telefonia e rede de computadores fixo e portátil para todas as regiões
facilitando uma comunicação com as pessoas de modo simultâneo.
Cumpre-nos esclarecer que a responsabilidade da Anatel é licenciar o conjunto dos equipamentos ou aparelhos componentes da estação de telecomunicações, desde que estejam em conformidade com o estabelecido na Lei Geral de Telecomunicações – LGT n.º 9.472, de 16 de Julho de 1997, e no Regulamento do SMP, aprovado pela Resolução n.º 477, de 07 de agosto de 2007. (ANATEL, 2015)
Dados advindos de um cálculo da ANATEL (Agência Nacional de
Telecomunicações) pesquisados entre 2010 e o ano de 2020, são estimadas a
construção de 100.000 (cem mil) novas torres de telecomunicações em todo o País.
Estas torres terão a finalidade de ampliar e melhorar o sinal dos aparelhos móveis.
Neste ciclo de incremento e desenvolvimento da amplitude de comunicação, são
indispensáveis obras da construção civil. Para tanto, todo mês é instalado no Brasil
cerca de centenas de torres autoportantes. Essas torres são instaladas nas mais
diversas regiões do país urbana e rural. A cada nova implantação os engenheiros são
instigados a construir e projetar torres com suas devidas fundações nas mais variadas
situações.
Quando se faz um levantamento dos quantitativos gastos indispensáveis para a
construção das fundações, elas ganham um destaque simbólico tendo em vista que se
tem um custo elevado no valor do todo da obra. Desta maneira, se faz necessário
conhecer as necessidades de cada projeto e saber aplicar cada fundação de acordo
com os aspectos encontrados em projeto. Deve-se encontrar meios de executar
estruturas seguras, com uma boa viabilidade econômica e eficientes.
Fundações são os elementos estruturais destinados a transmitir ao terreno as
cargas de uma estrutura (AZEREDO, 1997 p29). Segundo (LETÍCIA, MAICON, ALINE,
2017), todo o desenvolvimento da implantação, que vai do projeto estrutural,
investigação do solo e utilização do tipo de material, tem influência direta no
desempenho que as edificações alcançarão ao longo da sua vida útil.
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As fundações destas torres são montadas in loco, por isso se faz necessário
estudos bem detalhados do solo e a construção desejada para a determinação do
melhor método a ser empregado. Com essa elevada demanda exige-se grandes
investimentos na construção de novas torres. Faz-se necessário que se tenha um
controle na elaboração certa dos custos de materiais, da produção, da durabilidade, da
parte execução, da qualidade e segurança, para que todos os investimentos voltados a
essas construções não sejam desperdiçados.
Também nas fundações das torres, a implantação de alguns modelos de cálculo
eletrônico possibilitou uma melhora considerável, acabando com algumas simplificações
de métodos muito extensos. Para o incremento de uma construção de torre, existem
diversas fundações possíveis, dentre elas tem-se sapatas, tubulões, escavada, bloco
ancorado na rocha, radier, estacas e entre outros.
Neste estudo final de curso, será trabalhada uma linha de raciocínio, a fim de
obter parâmetros para a construção da fundação empregada nessa torre de
telecomunicação, além de propor um paralelo das outras possíveis implantações que
poderão ser utilizadas nessas estruturas, tendo entre os principais parâmetros o ensaio
de sondagem a percussão SPT.
Com a finalidade de que se incluam torres estáveis, faz se indispensáveis
fundações projetadas com o intuito de resistir aos esforços que as estruturas são
submetidas. Nas torres metálicas estaiadas, tem-se uma ação do vento atuante na
estrutura que gera esforços que propendem a tombar a torre, provocando momentos de
tração nas fundações. Em consequência disto, se faz importante o conhecimento dos
meios de fundações que dispõem maior competência na resistência aos momentos de
tração e os métodos mais utilizados existentes para estimar estes tipos de esforço.
Dentre as possibilidades de execução, quando se quer dimensionar tem-se o
ensaio, que à não execução adequada pode influenciar de maneira substancial em uma
fundação. Segundo (MILITITSKY; CONSOLI; SCHNAID, 2005), a investigação do
subsolo está entre as causas mais frequente de problemas de fundações. Sabendo que
no solo é o meio que vai suportar as cargas, sua identificação e a caracterização de seu
comportamento são indispensáveis à solução de qualquer problema. Tendo o
conhecimento do solo em questão podem-se evitar possíveis patologias advindas do
mesmo. As patologias são decorrentes das incertezas e riscos inerentes à construção e
vida útil das fundações. (MILITITSKY; CONSOLI; SCHNAID, 2005).
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Segundo (LETÍCIA, MAICON, ALINE, 2017), para uma fundação ser considerada
adequada, ela precisa apresentar fator de segurança às rupturas e recalques
compatíveis com os elementos suportados. A determinação do coeficiente de segurança
não assegura o desempenho adequado da fundação, pois é necessário o estudo
aprofundado do local onde será levantada a estrutura, verificando a topografia do
terreno, o meio do solo, alguns dados geológicos e geotécnicos e inclusive o tipo de
construção, para enfim determinar os deslocamentos admissíveis que poderão ocorrer,
satisfazendo as condições de funcionalidade (ALONSO, 2011 apud LETÍCIA, MAICON,
ALINE 2017, p4.).
Devido a crescente construção das torres de telecomunicação, é forçoso um
dimensionamento da estrutura e os seus processos construtivos de maneira simples e
barata. Com isto, a um elevado grau de preocupação, haja visto que, os gastos que
envolvem a construção das fundações correspondem a boa parte desse investimento.
Analisando essas vertentes, percebe a grande dificuldade nestes cálculos, tendo em
vista que o dimensionamento das fundações deve ser com parâmetros a análise do solo,
ação do vento e demais ações do meio.
Esses dados construtivos em sua maioria são travados pela falta de parâmetros a
serem empregados em consonância com a escolha solicitada, que para tal necessita de
mão de obras especializada e ensaios no solo que na maioria das vezes são caros e de
difícil acesso. Contudo, podemos observar certa padronização das fundações em torres
estaiada, que conta com um conhecimento empírico.
Nesta pesquisa, serão apresentadas as fundações mais comuns implantadas em
torres de internet estaiadas. É proposto um estudo de viabilidade da fundação
empregada na construção da torre estaiada triangular de internet em Formoso do
Araguaia – TO, e posteriormente calcular, segundo a sondagem a percussão do SPT,
através de softwares mostrando o dimensionamento e detalhamento da fundação mais
adequada para a torre estaiada do estudo de caso.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 TORRES VERTICAIS
No momento atual, existem diferentes meios de estruturas verticais que
desempenham como uma de suas funções, suportar equipamentos de transmissão de
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dados de telecomunicações sem fio, temos como exemplo, os mastros, torres e postes
fixados em solos e cavaletes, que são fixados em topo de prédio.
Para a escolha da estrutura é feito um análise de cada caso, que depende de
fatores, como carregamento máximo que se deseja instalar, local de instalação (solo ou
topo de um prédio), área de solo disponível para dimensionar a base da estrutura, altura
máxima que deseja alcançar, entre outros (RIN,R.V, 2014).
A diante, serão dispostos alguns meios principais de estruturas utilizadas para
telecomunicação e suas diferenças: torres estaiadas, postes e torres autoportantes.
Segundo a TELEBRÁS 240-410-600, existe um padrão de classificação de torres
metálicas, que se baseiam de acordo com os modelos que as estruturas podem
suportar.
Configuração Estrutural Antena
Torre e Poste Auto-Suportados Pesados Frequência – SHF
Torre e Poste Auto-Suportados Leves Frequência – UHF e/ ou VHF
Torre e Poste Auto-Suportados Leves Celulares Sistema Móvel Celular
Torre e Poste Auto-Suportados Leves Rurais Frequência VHF
Torre Estaiada Classe A Frequência - SHF
Torre Estaiada Classe B Frequência - UHF
Torre Estaiada Classe C Frequência - VHF
O presente trabalho terá como principal foco as configurações estruturais das
torres estaiada sem se importar com seu tipo de classe, pois não serão considerados os
efeitos produzidos pelas antenas e sim suas fundações.
2.1.1 TORRE ESTAIADA
As torres estaiadas, geralmente são muito esbeltas, podendo ser tubular ou
treliçadas, em formato de aporticado ou poste, que dispõem de cabos de aços
ancorados ou cordoalhas em diferentes posições em seu comprimento e no solo para
estabilização da mesma. Elas têm por finalidade, servir de estruturas para outros
sistemas como arquibancadas, plataformas e antenas, ou ainda ter seu próprio sistema
irradiante, tendo em suas laterais estaias para suporte (GUIMARÃES, 2008).
Tabela 1: Tipos de torres segundo o Padrão da Telebrás.
Fonte:TELEBRÁS-1997.
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2.1.2 PORTES
Portes são tubos circulares com diâmetros diferentes. A seção do tubo se
modifica com a altura do poste com diâmetro máximo próximo à base do poste e
diâmetro mínimo na extremidade mais alta do poste (seção M8). São mais esbeltas do
que as torres estaiadas e autoportantes (em torno de 2 a 3 metros de lado), se auto
suportam sem auxílio de estais e tem altura máxima em torno de 60 metros. Pode ser
feito de aço ou concreto, tendo seu processo de montagem e construção mais rápido
que os das torres (ZAMPIRON 2008 apud RIN,R.V, 2014, 2014).
2.1.3 TORRES AUTOPORTANTES
As torres autoportantes são compostas de um corpo metálico formando uma parte
inferior tronco-piramidal e por uma parte reta superior destinada a fixar as antenas. São
constituídas por módulos e compostas diagonais, barras de contraventamento,
horizontais, montantes e travamento. As ligações são aparafusadas e ligadas por meio
de chapas. Em sua estrutura pode ter seções triangulares ou quadradas e dispor dos
seguintes acessórios: plataformas de fogo, tubulões de topo, plataformas internas (de
trabalho ou descanso) e externa, suportes de antena, escada etc. Podem ser formadas
por perfis laminados e/ou chapa dobrada (RENATO CÉZAR, 2002).
3. CARREGAMENTOS NA TORRE
As ações atuantes nas fundações são essencialmente advindas da própria torre.
Dificilmente encontra-se situações que dispõe de outros carregamentos
sobrecarregando as fundações. Mostra-se como exemplo dessas ações adicionais o
empuxo, colisões de elementos, de conduções, etc (RONALDO, 2004).
A natureza e origem das cargas solicitadas pelos esforços que atuam nas torres
são em sua maioria as mesmas das fundações. Desta maneira estudando as cargas que
requerem, as torres também são consideradas as ações que interfere nas fundações
(RIN,R.V, 2014).
“É de grande importância a análise dessas cargas, pois, sua combinação, e as hipóteses de carregamentos poderão determinar o grau de exigência, ou
tolerância, com relação ao desempenho das fundações” (RIN,R.V, 2014).
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3.1 CARGAS VERTICAIS
Algumas cargas verticais que se dissipam nas torres, são referentes ao próprio
peso da mesma, antenas instaladas e para-raios. Também existem cargas verticais
derivadas de sobrecargas advindas de plataformas de manutenção e equipamentos
adicionais (RIN,R.V, 2014).
3.2 AÇÕES DO VENTO
Nas torres de telecomunicação, a quantidade das cargas originadas do vento está
de conforme a norma brasileira de vento NBR 6123 (1988). Nesse modelo de torre,
ainda não possui uma norma técnica específica como as de linha de transmissão que
são equivalentes a elas. De maneira generalizada, a norma NBR 6123 (1988) das
diretrizes que podem determinar os esforços provocados pelo vento em torres treliçadas.
Tomando a quantidade de antenas implantadas como referência, é feito o projeto
para as diferentes exposições ao vento da torre. Com a obtenção destes dados, as
torres são calculadas considerando os esforços exercidos pelo vento, denominadas
forças de arrasto. Associando com a área que as antenas devem ser implantadas, faz se
uma média de como as torres vão ser projetadas para obterem uma área de contato
com o vento de 8m² e 16m² (RIN,R.V, 2014).
Seguindo a NBR 6123 (1988) como referência, a velocidade característica do vento é
calculada através da expressão:
𝑉𝑘 = 𝑉0 𝑥 𝑆1 𝑥 𝑆2 𝑥 𝑆3 (𝑚/𝑠) (1)
Onde:
- 𝑆1 denomina-se como o fator topográfico
- 𝑆2 denomina-se como fator de rugosidade do terreno
- 𝑆3 denomina-se como fator estatístico de segurança que no caso das torres é o valor
1.1
- 𝑉0 “é a velocidade básica do vento obtida através do gráfico de isopletas (Figura 1),
que tem sua variação de acordo com a região” (NBR 6123, 1988).
Segundo (RIN,R.V, 2014), pode se dizer que a força de arrasto está
simultaneamente ligada a pressão dinâmica do vento, e a área frontal ativa (relaciona-se
de projeção ortogonal da estrutura referente a uma área sobre um plano perpendicular à
direção do vento).
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4. CARREGAMENTO NAS FUNDAÇÕES
Considerando que o vento é o principal carregamento que age em torres de
telecomunicações, a análise das suas ações é a base para os efeitos de cálculo que,
são realizados conforme o seu ângulo de incidência. Nas torres, por diversas vezes,
costumam ser não simétricas, devido aos equipamentos instalados nelas. Dessa forma,
são analisados ventos incidindo a 0º, 45º, 60º, 90º, 120º e 180º graus, a uma direcionada
fase de estudo da torre.
Segundo (RIN,R.V, 2014), para o desenrolar do projeto de fundações, precisamos
ter os referentes esforços que atuam na fundação:
- Máxima Compressão;
- Máxima Tração;
- Máximo Horizontal;
- Momento máximo fletor.
A principal análise a ser feita ao projetar a fundação em uma torre metálica de
telecomunicação, são os de tração, que tem sua origem em esforços que propiciam a
tombar a torre. Geralmente, esses momentos têm números tão elevados que podem
conduzir o cálculo da fundação, de forma que as proporções calculadas para suportar
estes momentos de arrancamento é o suficiente para se contrapor às outras cargas na
fundação.
Figura 1 – Isopletas da velocidade Básica do vento 𝑉0(m/s).
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5. INSPEÇÃO DO SOLO
5.1 RELATÓRIOS DE INSPEÇÃO DE CAMPO
Este relatório tem como principal finalidade a tomada de posição pela opção a ser
empregada na fundação, assim como o melhor modelo a ser usado na execução da
torre. Segundo CHAVES (2004), as referências que o norteiam fazem parte de várias
naturezas mostradas a seguir:
• Informes referentes a acesso ao local;
• Informes referentes a vegetação (árvores protegidas por lei);
• Informes referentes a oportunidade e emprego de equipamentos agrícolas se
locomover no local (cobertura estais das torres e das fundações), ou até mesmo o
emprego de outras máquinas, tais como o pivô central para irrigação;
• Informes referentes a carência de obras de pequena proteção no terreno, ou
fundações do local (reflorestamento da vegetação, drenagens e contenção.);
• Possíveis mateiras a ser empregados na construção conforme a região;
• Informes referente a quais métodos foram utilizados nas fundações e a
oportubidade de outra linha;
• Documentos com relação fotográfica;
• A indicação da topografia se é acidentada ou não;
• Informes iniciais da natureza do solo;
• Informes referentes a chance de se ter uma elevação do lençol freático;
• Informes referentes a chances de se ter uma inundação no local;
• Relatos dos meios de encostas e a segurança dos solos;
• A indicação do método de sondagem geotécnica integrante que se deve executar;
• Informes especiais, como construção, a translação da torre afim de evitar alguns
acidentes geográficos, até mesmo como a chance de execução dos trabalhos;
• Informes que relatam uma existência de adutoras, também redes de esgoto e de
água;
• Levantamento de possíveis fundações e métodos dada a cultura local.
5.2 INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DO SUBSOLO
Os métodos para investigação geotécnica do subsolo são inúmeros que ficam
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possíveis aos engenheiros para sua utilização na Engenharia das Fundações. Segundo
(RIN,R.V, 2014), tratando-se do implante de torres de telecomunicações, os meios que
fornecem resultados significativos de modo prático e mais usados são:
• Investigação a Trado;
• Sondagem Tipo SPT (Standard Penetration Test);
• Insvestigação Rotativa e Mista
O tipo de investigação a ser empregada se remete a:
• Classificação que das cargas que as torres transferem nos solos;
• Especificações geotécnicas do solo;
• A base da área da torre;
• Custos de verificação;
• Acessibilidade de máquinas na região estudada.
Usualmente, para a locação de uma torre, necessita no mínimo duas
investigações feitas a cada torre. Se após a verificação os resultados obtidos não
atender uma precisão necessária para a execução do projeto, é de responsabilidade do
engenheiro fazer novas sondagens, realizando furos novos ou podendo fazer uso de
novas técnicas como amostragem de solo, ensaios específicos de laboratório
(cisalhamento, adensamento, compressão trixial, etc).
Para este estudo de caso, será proposto o ensaio de SPT (Stantard Penetration
Test), que a partir dos dados coletados, será feito uma análise da melhor fundação a ser
empregada.
5.2.1 Sondagem à percussão ou de simples reconhecimento (SPT)
Dentre os métodos mais realizados no Brasil para investigação do solo, o ensaio
de SPT é o mais utilizado. Realizado in-situ (NBR 6484, 2001), é um ensaio de fácil
execução e que traz muitas informações referentes à capacidade do solo. Este ensaio
incide em contar o número de golpes “N imprescindíveis a fim de que um peso de 65 kgf,
que cai de uma altura de 75 cm, impulsiona a penetração de 45 centímetros no solo de
um medidor com diâmetro de 2”. Através da quantidade de golpes N é denominado o
“Índice de Resistência à Penetração”. De maneira visual e palpável, são retiradas
algumas amostras do solo.
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Com este método, podem-se verificar várias informações, dentre as de maiores
importâncias estão:
• Característica táctil visual e a tipologia do solo;
• Nspt – número de golpes dos últimos 30 centímetros;
• Fundura do nível d’água.
Este ensaio SPT, é muito usado no Brasil para todas as áreas da engenharia que
tenham necessidades do conhecimento do subsolo que visam à locação de fundações.
Pertinente a sua grande utilização, não somente em fundações de torres, as máquinas
para a execução deste ensaio são de fáceis acessos para comprar e possui um custo
baixo. Em contrapartida, quando este serviço é executado terceirizado os custos são
altos.
Com o decorrer do tempo, algumas relações foram estabelecidas através da
quantidade de golpes N obtendo parâmetros variando tipologias de solo. Desta forma,
alguns ensaios, até então mais minuciosos, estão sendo dispensados levando em conta
a grande segurança transmitida atrás destes do SPT.
Dentre inúmeras vantagens desse ensaio, com a quantidade de golpes N, pode
se indicar o ângulo de atrito interno do solo, o coeficiente de recalque, a resistência à
compressão, e o módulo de elasticidade, analisando cada tipo de solo, metro a metro
verificado.
6. TIPOS DE FUNDAÇÕES
6.1 FUNDAÇÕES APLICÁVEIS A ESTRUTURAS ESTAIADAS (FURNAS, 2003)
6.1.1 Fundações para o Mastro
Para sustentar os momentos de compressão (horizontais e verticais) que agem no
mastro central do esqueleto das estaiadas, pode ser utilizada fundações de blocos de
concreto armado e em sapatas.
Estes blocos e sapatas podem ser concretados no local da estrutura ou concreto
pré-moldado. Da mesma maneira que as fundações são empregadas nas torres
autoportantes, nas torres estaiadas seguem os mesmos princípios. Porém, cabe
lembrar, que, existem meios menos brutos para os recalques abaixo das cargas de
serviço, em virtude do sistema estrutural e da consequente possibilidade de arranjos dos
estais pelos serviços de assistências (LILIANE, 2010).
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Em solos mais frágeis, podem ser utilizadas as fundações tubulões ou estacas,
com as particularidades calculadas nas estruturas de autoportantes. Ao atingir uma
rocha não escavável manualmente com uma profundidade (até cerca de 2,5 m), utiliza-
se os blocos ancorados, que possuem particularidades parecidas com as empregadas
para as fundações autoportantes (LILIANE, 2010).
6.1.2 Fundações para os Estais
Os estais, também conhecidos por ter formatos longos, são compostos por cabos
de aço ligados a barras associadas a peças cravadas no solo. Estas peças enterradas
têm função de aguentar os esforços de tração nos cabos oriundos do outro extremo e
estão atados ao mesmo mastro central do esqueleto.
As fundações dos estais, pode ser de placas de concreto armado pré-moldadas,
tendo seu aspecto circular ou poligonal. Considerando que o solo a ser executado
permita escavações a céu aberto, outra maneira de fazer essas ancoragens dos cabos
dos estais pode ser através de tubulões curtos. Este método tem sido mais o
empregado, pois não se faz necessário um grande volume de escavação, tendo assim
um aproveitamento das vantagens da escavação e concretagem em poço de seção
circular.
Daremos ênfase somente em três tipos de fundações, a sapata de concreto, que
foi a utilizada no processo construtivo do referente estudo de caso, estacas e tubulão em
solos fracos, que são as outras possíveis sugestões que também atenderia o solicitado
em projeto.
6.2 SAPATAS
Sapatas são elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado
de modo que as tensões de tração nele produzidas não sejam resistidas pelo concreto,
mas sim pelo emprego da armadura (LETÍCIA, MAICON, ALINE 2017).
As sapatas quadradas e retangulares, estão entre as mais comuns, porém elas
podem assumir qualquer forma plana. São mais indicadas em solos que contêm baixa
profundidade e alta resistência. Normalmente, elas são construídas com variação de 2 a
4 metros de profundidade.
Nas escavações deste tipo de estruturas, as escavações podem ser mecanizadas
ou manuais, dependendo da acessibilidade ao local, do equipamento e do tamanho
necessário da escavação de maior volume de solo. Para essas escavações, os
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equipamentos mais utilizados são a retroescavadeiras e mini escavadeiras. Estes
equipamentos são utilizados até a escavação com profundidade de 3 metros, a partir
deste nível deve se continuar manualmente (RICARDO, 2014).
Usualmente, as sapatas são concretadas em duas etapas, a primeira se refere à
base e a segunda ao seu fuste. Quando o solo tem um teor de risco, se faz necessário
um escoramento durante a execução da obra, para evitar desmoronamento do solo.
Com a finalidade de garantir a segurança dos trabalhadores, sempre que a obra passar
de 1,5 metros de profundidade deve-se fazer o escoramento (RICARDO, 2014).
6.3 TUBULÕES
Segundo Velloso (2004), os tubulões são subsídios de fundações profundas
cilíndricos, tendo em alguma de suas etapas a decida de um operário, e com o formato
da base meio larga ou não. Os tubulões também podem ser identificados como estacas
escavadas por possuir um grande diâmetro de sua base larga. Na grande maioria, é
difícil fazer a diferenciação de tubulões e estacas escavadas. Tubulões com base
avantajadas precisa ter fuste com no mínimo 70 cm de diâmetro para admitir a entrada e
saída de operários. Com a crescente escavação de tubulões por equipamentos
mecanizados, está ficando menos necessário a decida de operários, podendo ser essa
prática abandonada no futuro.
Para execução deste tipo de estrutura, é indispensável, na maioria das vezes, a
cota de assentamento da base encontrar-se em cima do lençol freático. Quando é
possível o controle da água no centro do tubulão e não havendo riscos de arrasamento
do mesmo, é permitida a construção de tubulões que estejam sob o nível d’agua.
As cargas dissipadas nos tubulões são através de uma base com maior
resistência. Elas são empregadas em locais que as tensões admissíveis razoáveis estão
longes da superfície do terreno onde as camadas tem baixa compressibilidade.
Os tubulões pneumáticos, geralmente não são construídos em torres metálicas.
Quando o nível d’água está próximo da superfície, usualmente se utiliza as fundações
rasas, que tem o intuito de viabilizar economicamente a obra (RICARDO, 2014).
Segundo Ricardo (2014), algumas fundações de tubulões apresentam vantagens
que justificam a sua construção de fundações para torres:
• Custos baixos na desmobilização e mobilização se comparados com outros
equipamentos. Quando a execução para sustentar a torre chega de três a quatro
tubulões estes aspectos são de grande importância a se considerar;
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• Quando a obra se encontra em meio urbano e com construções próximas, o processo
construtivo gera uma baixa intensidade e vibrações devem ser considerados;
• No processo de execução o próprio operário responsável pode classificar e observar
o solo retirado, já pegando o solo previsto em projeto e fazendo comparações com o
extraído;
• O diâmetro dos tubulões e o comprimento podem ser alterados ao passar das
escavações a fim de sanar as possíveis condicionantes do subsolo caso haja
diversidade.
6.4 ESTACAS ESCAVADAS
Consideradas como elementos esbeltos, alocados nos solos por perfuração as
estacas escavadas, têm por finalidade imprimir as cargas ao solo, sendo pela resistência
de inferior ou de ponta, ou pela combinação de ambas e de atrito, ou seja, pela
resistência ao alongamento do fuste (RICARDO, 2014).
Usualmente, as estacas escavadas são realizadas com perfuratrizes rotativas, e
possuem características que permitem depois da escavação do solo serem moldadas no
local. Estes equipamentos rotativos podem vir acoplados a equipamentos de esteiras e
em caminhões, podendo assim atender variadas situações de difícil acesso. Utilizando
estes equipamentos pode-se alcançar uma profundidade de até 40 metros.
Geralmente, no diâmetro das brocas das perfuratrizes tem uma variação de 0,20
a 1,70 metros. Considerando essa capacidade elevada, está havendo uma redução na
abertura manual para diâmetros maiores que 0,50 metros.
Tendo perfurações acima do lençol freático, faz necessária a utilização destes
tipos de fundações, e também são utilizadas quando a superfície do terreno do solo
apresenta uma deformidade alta ou difere da capacidade de suporte exigida.
Segundo Ricardo (2014), há algumas vantagens na aplicação deste método
executivo que são elencadas, a seguir:
• Custos baixos;
• Alta capacidade e mobilidade na execução dos equipamentos existentes no mercado;
• Gera baixas vibrações no seu processo construtivo, fator de grande importância a
considerar;
• Possibilidade de execução rápida;
• Assim como nos tubulões o operário que estiver fazendo a escavação pode classificar
e observar o solo em questão, com a finalidade de equilibrar as categorias trabalhosa
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do subsolo.
Comumente são arquitetados blocos de coroamento no topo, que ao receberem
as cargas das torres as transferem para as estacas.
7. METODOLOGIA
Para a elaboração deste tratado acadêmico, será utilizada a estratégia
metodológica de estudo de caso. Goode e Hatt (1979, p. 421-422) apud Lavilha (2010),
definem o estudo de caso, como um método de olhar para a realidade social. “Não é
uma técnica específica, é um meio de organizar dados sociais preservando o caráter
unitário do objeto social estudado”.
“Este tipo de pesquisa pode se ramificar de várias maneiras, mas a que se refere a este trabalho terá caráter descritivo, ou seja, ao final deste consiste em uma descrição do assunto submetido e a indagação levantada (LILIANA, 2012).”
A meta deste estudo é construir uma base teórica, baseada em normas, revistas,
materiais digitais e impressos, dentre outros, para se propor possíveis fundações que
servirão para substituir a utilizada em Formoso do Araguaia – TO, caso a utilizada não
seja a ideal. Para isso, faremos uma relação dos dados no desenvolvimento da
construção da torre em questão, uma apresentação do modelo que foi desenvolvido,
assim como a quantidade de materiais empregados e fotos da torre, além do relatório de
gastos do dono da torre de telecomunicação e posteriormente, faremos uma análise do
ensaio de Sondagem a Percussão SPT, para analisar o solo em questão. Depois do
resultado da análise do solo devidamente expostos, e mediante as informações
levantadas, será proposto um comparativo de outras fundações possíveis, verificando se
existe uma viabilidade maior em alguma outra adotada através de softwares FTOOL e
SAP 2000 utilizados para calcular as forças atuantes e o Solidbase para efeitos de
dimensionamento e detalhamento da torre triangular.
8. RESULTADOS E DISCURSÃO
Para o cálculo do tipo de fundação mais adequada, foi necessário fazer o
levantamento dos quantitativos de materiais, para isso houve a necessidade de calcular
a quantidade de estais a serem utilizados a força normal, cortante e momento fletor
16
atuante na torre estaiada. Afim de efetuar esses cálculos, foi solicitado ao proprietário da
torre os dados dela.
Dados da torre estudada:
- Fazenda Alexandrina zona rural CEP 77.470-000 - Altura: 29 Mts - Cordoalha de aço zincado de 4,7 mm - Parafusos e porcas de 80 x 8 mm - Esticadores de 5.2 mm - Manilha 3cm x 10cm x 10cm, Peso: 515,00 Gramas - Base da torre de concreto simples de 1,5m de profundidade e 1m nas larguras - Base dos estais de 60cm x 60cm x 1,00m 15 módulos de;
- Módulo torre triangular com 37 cm de largura cada lado por 2 metros de altura para provedor de internet, Via Rádio, Telefonia. - Cantoneira lateral 1"x1/8 polegadas - Cantoneira interna e transversal: 3/4"x1/8 - Largura 37cm cada lado - Comprimento 2 metros - Peso do modulo 17,5quilos
- Peso total da torre de 262,5 kg - Engastado um metro na base
Com a disposição dos dados e o peso próprio da torre, foi utilizado dois
programas de software para efeito de cálculos das forças atuantes.
8.1 CÁLCULOS AS FORÇAS: MOMENTO MÁXIMO, CORTANTE E NORMAL
Com a disposição dos dados e o peso próprio da torre, foram utilizados dois
programas de software para efeito de cálculos das forças atuantes. O software FTOOL,
foi inserido os dados da torre, como as imagens a seguir demonstram:
Figura 2 - Inserção das dimensões da base, no FTOOL.
Figura 3 - Inserção dos materiais, no FTOOL.
17
Nesta parte, foi inserido, o peso próprio da torre as dimensões da base a ser
trabalhado, o valor da ação do vento 30m/s, segundo a NBR 6123 (1988), recolhidos no
isopletas da velocidade e o módulo de elasticidade ou módulo de Young do aço de
200000Mpa. Depois de inserir todos os dados, colocou-se o programa para processar.
Neste gráfico, nas figuras 5 e 6 apresentam-se os valores das forças atuantes na
estrutura, considerando a ação do vento, além do peso próprio. Todos os valores
inseridos estão baseados nas normas pertinentes.
Figura 4- Gráfico das forças atuante; momento fletor, carga axial e cortante, no FTOOL.
Figura 5 - Gráfico da força cortante máxima, no FTOOL.
18
No gráfico a seguir, apresentado pela figura 10, podemos observar os valores das forças
atuantes e o deslocamento, sem considerar na estrutura, os estais, utilizando estes
valores assim como a altura para determinação da fundação e os estais.
Para servir de base, foi calculado as mesmas forças no software SAP 2000
versão 20, a fim de dar maior confiabilidade nos dados a serem utilizados no
Figura 6 - Gráfico do momento máximo, no FTOOL.
Figura 7 - Gráfico do deslocamento máximo com a ação dos ventos sem as cordoalhas, no FTOOL.
19
dimensionamento posterior. Para isso, primeiramente, fez-se a inserção dos dados,
como mostra, a seguir nas figuras 8, 9, 10 e 11.
Depois de concluir a inserção dos dados e em seguida o valor da ação do vento
30m/s, segundo a NBR 6123 (1988), dados advindos do isopletas da velocidade e o
módulo de elasticidade ou módulo de Young do aço de 200000Mpa e também o peso
especifico aparente do aço de acordo com a NBR 6120 - 1980. E depois de inseridos
Figura 8 - Inserção das dimensões da base da torre, no SAP 2000.
Figura 11 - Inserção do modulo de elasticidade e peso específico aparente do aço, no SAP 2000.
Figura 9 - Inserção dos dados para efeito global, no SAP 2000.
.
Figura 10 - Inserção dos dados de ação do vento segundo as dimensões, no SAP 2000.
20
todos os dados mais uma vez, colocou-se o programa para processar, gerando os
gráficos e forças a seguir.
Figura 12 - Gráfico da força cortante máxima, no SAP 2000.
Figura 13 - Gráfico da força cortante máxima, no SAP 2000.
21
Observando e comparando os dois programas utilizados, percebeu que ambos
possuem os mesmos valores para as forças atuantes na estrutura. Sendo assim, foram
utilizados os dados coletados para efeitos de cálculo das fundações.
8.2 CÁLCULOS DAS FUNDAÇÕES
Com a finalidade de ter maior facilidade no cálculo e poder fazer um comparativo,
tanto financeiro quanto a melhor fundação a ser utilizada de acordo com o solo no nosso
estudo de caso, foi utilizado um programa online de software, o solidBase.
O solidBase é um software que trabalha em modo online e gera relatório de
maneira geral. Relatório dos tipos de fundações possíveis (sapata, tubulão e estaca
escava) e relatório de materiais gastos e quantitativos, também gera o detalhamento dos
cálculos de cada fundação, assim como o detalhamento no formato .dxf (em planta e os
cortes). Este programa disponibiliza um comparativo dos três tipos de fundações.
Utilizando este recurso do software, foi escolhida a fundação que era mais viável
economicamente, como mostra a seguir.
Na análise, dimensionamento e detalhamento dos elementos estruturais desta
fundação, foram utilizadas as prescrições indicadas pelas seguintes normas:
NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto - Procedimentos;
NBR 6122:2010 - Projeto e execução de fundações;
Figura 14 - Gráfico do deslocamento máximo com a ação dos ventos sem as cordoalhas, no SAP 2000.
22
Além destas normas, foram utilizados os cálculos recomendados pela CEB-70
para sapatas, submetidas a momentos fletores.
Depois da análise da tabela, percebe-se que a fundação mais viável
economicamente é bloco sobre estaca, porém estes valores são somente para o bloco
sem contabilizar à estaca, dados que ainda não estão disponíveis na versão atual.
Tendo em vista isso, neste estudo será escolhido o tubulão que é o mais econômico
quando comparado com a sapata. A partir desta escolha, foi coletado os dados do
dimensionamento.
Figura 15 - Comparativo dos quantitativos de cada fundação, solidBase versão 1.0.0.
Figura 16 - Escolha da fundação a ser utilizada, solidBase versão 1.0.0.
23
Nesta parte do software, você escolhe o tubulão, seleciona abrir, gera o relatório
do dimensionamento e detalhamento, como apresentado abaixo:
Diâmetro do fuste:
𝜎𝑐 = 0,85∗𝑓𝑐𝑘
𝛾𝑓∗𝛾𝑐
(2)
𝜎𝑐 = 0,85 ∗ 20000
1,8 ∗ 1,4= 6746,03
𝑘𝑛
𝑚2
𝑑𝑓 = √4∗𝑝
𝜋∗ 𝜎𝑐 (3)
𝑑𝑓 = √4 ∗ 87
𝜋 ∗ 6746,03= 0,128𝑚
De acordo com os critérios definidos:
𝑑𝑓 = 0,7 𝑚
Diâmetro da base
𝑑𝑏 = √4∗𝑝
𝜋∗ 𝜎𝑐 (4)
𝑑𝑏 = √4 ∗ 87
𝜋 ∗ 500= 0,471 𝑚
Como o diâmetro encontrado é menor que o do fuste, foi adotado para o mesmo
𝑑𝑓 + 0,4, procurando garantir uma altura mínima de 0,3 m NBR 6122:2010.
𝑑𝑏 = 1,1 𝑚
Altura da base
ℎ = 0,866 ∗ (𝑑𝑏 − 𝑑𝑓) (5)
ℎ = 0,866 ∗ (1,1 − 0,7) = 0,35 𝑚
0,3 ≤ ℎ ≤ 1,8 𝑚 = 𝑜𝑘
24
Volume de concreto
𝐴𝑏 =𝜋∗𝑑2
4 (6)
𝐴𝑏 =𝜋 ∗ 1,1²
4= 0,95 𝑚²
𝐴𝑓 =𝜋 ∗ 0,7²
4= 0,385 𝑚²
𝑉𝑐 = 𝐴𝑏 ∗ 0,2 +ℎ−0,2
3∗ (𝐴𝑏 + 𝐴𝑓 + √𝐴𝑏 + 𝐴𝑓) + 𝐴𝑓 ∗ (𝑐𝑜𝑡𝑎 − ℎ) (7)
𝑉𝑐 = 0,95 ∗ 0,2 +0,35 − 0,2
3∗ (0,95 + 0,385 + √0,95 + 0,385) + 0,385 ∗ (6 − 0,35)
𝑉𝑐 = 2,461 𝑚³
Armadura
Para a armação do tubulão foi adotada a mínima prevista na NBR 6118:2014 para
pilares circulares.
𝐴𝑠,𝑚𝑖𝑛 ≥ {0,15 ∗
1,61∗𝑝
𝑓𝑦𝑘
0,04 ∗ 𝐴𝑓
(8)
𝐴𝑠,𝑚𝑖𝑛 ≥ {0,15 ∗
1,61 ∗ 87
50= 0,42 𝑐𝑚2
0,04 ∗ 3850 = 15.394 𝑐𝑚2
𝐴𝑠,𝑚𝑖𝑛 = 15.394 𝑐𝑚²
Armadura selecionadas
Longitudinal
Número de barras Bitola ∅ Espaçamento
20 10 0,5
Transversal:
Número de barras Bitola ∅ Espaçamento
24 5 12
Tabela 2 – Quantitativos Longitudinal
Tabela 3 – Quantitativos Longitudinal
25
Ainda fazendo uso do software, ele dispõe de umas tabelas de quantitativos:
Esta figura mostra os quantitativos gerados no solidBase, aço por bitola e por
tubulão, facilitando assim o cálculo em reais gastos.
8.2.1 DETALHAMENTO DA FUNDAÇÃO
m
Tabela 4 - Quantitativos do Tubulão, solidBase versão 1.0.0.
26
O corte e a planta mostram o detalhamento da fundação utilizada considerando
ser mais econômica, segundos os levantamentos comparativos do software solidBase.
8.3 QUANTIDADES DE ESTAIS
Este trabalho acadêmico, será baseado o cálculo dos estais de acordo com a
ABNT NBR 16730:2018 (Cordoalha de fios de aço zincados para eletrificação).
“Este Documento estabelece os requisitos para cordoalhas de fios de aço
zincados, utilizadas em estais, tirantes, cabos mensageiros, cabos para-raios,
contrapeso ou em aplicações similares para o segmento de transmissão e
distribuição de energia elétrica. ABNT NBR 16730:2018”
Segundo a norma, que também atendem as especificações em questão, onde fala
sobre os estais, temos os seguintes dados:
TABELA 5 - CARACTERÍSTICAS GERAIS
REFERÊNCIA DESTA NTC
NTC
CÓDIGO COPEL
FORMAÇÃO DIÂMETRO NOMINAL
(mm)
CATEGORIA (ABNT)
MASSA
APROXIMADA
(kg/1000m)
NÚMERO DE FIOS
DIÂMETRO DOS FIOS
(mm)
1 813651 20000102 7 2,03±0,08 6,4 MR ou SM
(média resistência) 180
2 813655 20000132 7 3,05±0,10 9,5 AR ou HS
(alta resistência) 407
1 2 3 4 5 6 8 9
TABELA 6 - CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS
REFERÊNCIA DESTA NTC
CATEGORIA (ABNT)
CARGA DE RUPTURA
MÍNIMA (daN)
ALONGAMENTO SOB CARGA MÍNIMA
(em 600mm)
%
1 MR ou SM
(MÉDIA RESISTÊNCIA) 1430 8
2 AR ou HS
(ALTA RESISTÊNCIA) 4900 5
1 2 3 4
De acordo com os dados analisados em tabela, seria necessária 7 (sete)
cordoalhas para estabilidade da torre e combater os momentos com a influência da ação
do vento. Foi usado 9 (nove) cordoalhas de aço zincada afim de dar maior estabilidade,
considerando que a torre em questão é de base triangular a uma distância de 12m (doze
metros) da base da torre. Os estais são posicionados a partir de uma altura de 11m
(onze metros) de altura, sendo o primeiro a esta altura de 15m (quinze metros), o
segundo a 21m (vinte e um metros) e o último a 28m (vinte e oito metros) que já é o
suficiente para esta torre. Porém, estudos mostrando que os estais geralmente devem-
27
se estaiar a partir de 6m (seis metros) de altura e a cada 6m (seis metros), para torres
com altura superior a 35m (trinta e cinco metros).
Dispondo desses dados, calcula a quantidade de metros necessárias de
cordoalhas:
𝑎2 = 𝑏2 + 𝑐2 (9)
Cordoalha a 15 m:
𝑎2 = 122 + 152 = 19,21𝑚
Cordoalha a 21 m:
𝑎2 = 122 + 212 = 24,19𝑚
Cordoalha a 28 m:
𝑎2 = 122 + 282 = 30,43𝑚
Totalizando 73,83 m de cordoalhas para execução desta torre.
9. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho de conclusão de curso, teve como objetivo mostrar um caso de uma
torre estaiada de internet, a partir do estudo do solo pelo ensaio de sondagem a
percussão SPT, utilizando recursos de software que facilita o cálculo das forças atuantes
na torre e fundações de uma torre estaiada de internet. Estas estruturas desempenha
um papel muito importante na comunicação virtual, que, hoje é um dos meios de
comunicação mais utilizados, tendo em vista que a comunicação e propagação de uma
notícia são quase em tempo real devido ao acesso à internet.
Dispondo do laudo de sondagem, fez-se necessário o conhecimento de
programas que possibilitasse calcular as características dos esforços solicitantes,
considerando a ação do vento, segundo NBR 6123 (1988). Foi realizado um
levantamento dos materiais disponibilizados pelo proprietário da torre e, posteriormente,
calculado através de software (FTOOL e SAP 2000), que gerou as forças atuantes sobre
a fundação. Com estes dados em mãos, fez a inserção em outro programa, SolidBase.
Este é um programa com menos de 5 (cinco) anos de utilização, mas que dispõe de uma
interfase de fácil compreensão, facilitando de forma significativa os cálculos das forças
atuantes, podendo assim, gerar um comparativo e o dimensionamento e detalhamento
dos três principais tipos de fundações recomendadas pela literatura de dimensionamento
de torre estaiada.
28
Considerando os cálculos no FTOOL e SAP 2000, que gera um deslocamento de
aproximadamente 85 cm (oitenta e cinco centímetros) no ponto mais crítico da torre,
acarretado ao tipo de solo disponível, pode alterar de maneira significativa esforços a ser
transmitida a fundação a ser escolhida. Com isso percebeu, que é fundamental o cálculo
da ação do vento junto ao peso próprio para dimensionamento dos esforços, que na
maioria das vezes, os esforços e dimensões já calculadas para os esforços de tração,
são os mesmos que utilizados nas demais cargas na fundação.
Em relação aos tipos de fundações, que pode ser utilizada para esta torre
estaiada, que são sapata, tubulão e estaca escava, conclui-se que na maioria das vezes
quando o solo apresenta boa resistência à baixa profundidade, faz fundações rasas que
são as sapatas e radier. Este tipo de fundação é mais vantajoso por ser facilmente
construída ajudando a implantação em locais de difícil acesso.
Quando as fundações são mais profundas, são os tubulões e as estacas
escavadas, este é o método desenvolvido no nosso estudo de caso. Os tubulões são
mais utilizados quando o solo tem baixa resistência nas primeiras camadas, tendo assim
que dimensionar abaixo do solo mais frágil. São mais desvantajosos, pois precisa de
equipamento específico para fazer a execução, além de mão de obra especializada.
Conclui-se que, quando se tem o ensaio de Sondagem a percussão SPT, pode-se
fazer a inserção dos dados da estrutura em uns softwares e eles possibilitam o
desenvolvimento mais rápido dos cálculos, além do comparativo entre cada tipo de
fundação, a fim de verificar qual é mais viável, podendo assim evitar cálculos fadigosos
e extensos, para depois fazer a análise comparativa.
29
10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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