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Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução -
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução - Crysthian Purcino Bernardes Azevedo Belo Horizonte • 2011
Ficha Catalográfica Bibliotecária: Denise Cristina de Castro CRB 1941-6 Diagramação, fotografia e arte da capa: Josemar Lucas Azevedo, Crysthian Purcino Bernardes Fundações para linhas de transmissão: dimensionamento e execução / Crysthian Purcino Bernardes Azevedo. – Belo Horizonte: Fundac-BH, 2009. 411 p.: il.; 21 cm. ISBN 978-85-85477-27-1 1. Engenharia – história. 2. Engenharia – currículo. 3. Engenharia – estudo e ensino. I. Título. CDU 62(091) A994 www.fundac.org.br
Ao Deus da minha vida por ter mandado seu filho Jesus Cristo para morrer pelos meus pecados e pela nova vida que me deu. Pela força dada diante das lutas que me trouxeram aqui neste ponto. Pelo Espírito Santo que me consola e me permite sorrir sempre, mesmo diante de desafios aparen- temente intransponíveis. À minha querida e amada esposa Keila. Te amo! Que mulher surpre- endente. Meu amor por você cresce a cada dia! Soube sempre superar as difi- culdades e individualidades entendendo que o sonho é nosso e não somente meu. Obrigado pelo seu amor e dedicação. Este livro é nosso! Aos Engº João Batista (Joãozinho) e Engº Roberto Perona que me deram a oportunidade como estagiário de engenharia de fundações. Ao Rogério Guimarães que confiou no profissional e permitiu que eu tivesse hoje uma profissão: engenheiro de fundações. Ao Engº Mágico Gonzaga e Engº Mauro Célio pelos conhecimentos práticos de execução de obras. A todos os clientes que comentam os projetos acrescentando conhecimentos de detalhes específicos. Ao Engº Hudson Wagner pela nova oportunidade na área. A Engª Maria Guilhermina pelo apoio e confiança neste projeto. Ao Engº Evanildo Ribas pela aprovação e apoio deste projeto. A LEME Engenharia pelo patrocínio e confiança técnica nesta publicação. Aos meus amados irmãos em Cristo pelas orações. Eis mais uma obra para honra e glória de Deus. Então, falou Jesus às multidões e aos seus discípulos: Na cadeira de Moisés se assentaram os escribas e os fariseus. Fazei e guardai, pois, tudo quanto eles vos disserem, porém não os imiteis nas suas obras; porque dizem e não fazem. Atam fardos pesados [e difíceis de carregar] e os põem sobre os ombros dos homens, entretanto, eles mesmos nem com o dedo querem movê-los. Praticam, porém, todas as suas obras com o fim de serem vistos dos homens; pois alargam os seus filactérios e alongam as suas franjas. Amam o primeiro lugar nos banquetes e as primeiras cadeiras nas sinagogas, as saudações nas pra- ças e o serem chamados mestres pelos homens. Vós, porém, não sereis chamados mestres, porque um só é vosso Mestre, e vós todos sois irmãos. (Mt. 23:1-8) Agradecimentos
Filho de Dona Solange e do Seu Rafael, irmão do Dí e do Kennedy. Foi gerado em Bom Despacho e nasceu em Pará de Minas. Cresceu no cen- tro de Belo Horizonte, próximo e dentro do Parque Municipal. Cursou o 1º grau na Escola Estadual Afonso Pena e o 2º grau no Estadual Central e Colégio Pitágoras, ambos na capital mineira. Engenheiro Civil pela UFMG em 2000 passou 3 anos em construções de Linhas de Transmissão (Rio Grande do Sul, Pará, Maranhão e Argentina). Retonrou a Belo Horizonte em 2003 quando cursou Especialização em Ge- otecnia Ambiental pela UFMG. No ano seguinte concluiu a Especialização em Engenharia de Estruturas, pela UFMG. Em 2006, tournou-se mestre em Engenharia Civil, também pela UFMG. Hoje, com Doutorado, é professor substituto do Departamento de Estruturas da UFMG. Profissionalmente compõe a equipe de engenheiros do Núvleo Civil da Linha de Produtos e Sistemas Elétricos da Leme Enge- nharia. Planeja iniciar um MBA em Gestão de Projetos e Pessoas para aper- feiçoar seu crescimento profissional. Dados biográficos
Este livro Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamen- to e Execução, vem preencher uma importante lacuna na bibliografia técnica disponível sobre fundações, particularmente sobre fundações para linhas de transmissão. Talvez esta lacuna até então existente, possa ser explicada, em parte, pela especificidade destas fundações. Com efeito, muito embora todas as fundações tenham as mesmas funções básicas, quais sejam, as de supor- tar os carregamentos oriundos da super-estrutura transmitindo-os de forma compatível à capacidade de resistência dos solos, as fundações para linhas de transmissão possuem algumas características que as distinguem das demais. Em primeiro lugar, pode-se destacar o elevado número de fundações que compõem cada projeto, alcançado facilmente a casa de milhares de unida- des. Por outro lado, há que se recordar que, pelas suas extensões, as linhas de transmissão freqüentemente costumam atravessar variados tipos de solo em um só projeto. Outro aspecto ainda bastante relevante a ser observado no projeto destas fundações, é a composição dos carregamentos a que estão submetidas. Sempre existem elevadas cargas de arrancamento, quase iguais às cargas de compressão, associadas com cargas horizontais significativas. Por esta razão, uma bibliografia que abordasse tema tão complexo e extenso como as fundações para linhas de transmissão, precisaria ser escrita por alguém que tivesse profundo conhecimento das incertezas que envolvem as questões relacionadas à mecânica dos solos, bem como uma razoável ex- periência prática de execuções de fundações no campo. É exatamente o que ocorre com o autor deste livro. Tendo o mesmo a oportunidade de trabalhar no universo da indústria onde pôde aprender as questões práticas do “como fazer”, teve o autor a chance de voltar à universidade aprofundando seus estu- dos através de programas de mestrado e doutorado sobre a matéria. Este livro é, pois, uma conjunção balanceada de conhecimentos de na- tureza teórico-práticos, importantes e necessários para quem se habilite a tra- balhar em projetos que, por demandarem somas incalculáveis de recursos fi- nanceiros, tornam imperativa a conjugação do binômio segurança-economia. Engº João Batista Guimarães Ferreira Silva Prefácio
Neste livro os métodos de cálculo de fundações de Linhas de Trans- missão consagrados serão avaliados no intuito de se apresentar a evolução e estado da arte. Até hoje não havia sido publicado em uma única fonte in- formações que possam ajudar na formação de um engenheiro de fundações em Linhas de Transmissão. As informações geralmente estão dispersas em artigos e livros diversos. A intenção aqui é apresentar uma base sólida de conhecimentos para a formação de engenheiros de fundações com visão técnica e prática dos projetos. Serão apresentados exemplos de cálculos dos diversos tipos de fundações aplicados em LT’s, detalhes de projeto, detalhes construtivos, especificações de serviços, ensaios de compressão e tração (ar- rancamento) etc. Fundações bem projetadas apresentam resultados em ensaios de pro- tótipos acima do esperado nos cálculos, o que leva a uma tranqüilidade em relação à segurança, mas também um alerta na direção de crescimento dos custos. Atualmente, a grande competitividade entre empresas nacionais e in- ternacionais em leilões não permitem a extrapolação em quantitativos, e uma economia em fundações leva a vitórias em leilões e ampliação da margem de lucros. Desta forma, neste livro será apresentado uma nova Metodologia de Cálculo Baseada em Confiabilidade para Projeto Otimizado de Fundações de Linhas de Transmissão usando Ensaios de Protótipos. O objetivo pri- mordial desta nova metodologia é reduzir as dimensões das fundações com manutenção sem abrir mão da segurança. O objetivo é fornecer ao meio técnico informações fundamentais que permitam ao engenheiro projetar e executar fundações de Linhas de Trans- missão dentro de conceitos técnicos consagrados pela experiência prática e acadêmica. Apresentação
À minha amada, idônea, maravilhosa e dedicada esposa auxiliadora Keila. Ao fruto lindo de nosso amor: João Crysthian. Ao próximo lindo fruto hoje em formação no útero da Keila. Ao TODO PODEROSO DEUS soberano! Dedicatória
Sumário Lista de Símbolos ............................................................................................ Lista de Abreviaturas ...................................................................................... 1 Introdução 1.1 Apresentação do Problema ............................................................ 1.2 Importância do trabalho ................................................................ 1.3 Objetivos .......................................................................................... 1.4 Apresentação do trabalho .............................................................. 2 Estudos Preliminares 2.1 Levantamento Plano-altimétrico de Linhas de Transmissão .... 2.2 Investigações Geológico-Geotécnicas ......................................... 3 Fundações de Linhas de Transmissão 3.1 Introdução ........................................................................................ 3.2 Etapas do Projeto de Fundação de uma LT ............................... 3.2.1 Etapa 1: Levantamento de quantitativos para concorrência .............. 3.2.2 Etapa 2: Projeto básico .................................................................... 3.2.3 Etapa 3: Projeto executivo ............................................................... 3.2.4 Etapa 4: Projeto “Como construído” ............................................... 3.3 Metodologias Clássicas de Cálculo de Fundações de LT ......... 3.3.1 Generalidades .................................................................................. 3.3.2 Compressão ..................................................................................... 3.3.3 Arrancamento (Tração) ................................................................... 3.3.4 Tombamento .................................................................................... 3.3.5 Método da Universidade de Grenoble ............................................... a) Introdução .................................................................................. b) Expressões gerais da capacidade de carga à tração .............. c) Expressões dos coeficientes de resistência ao arrancamento d) Expressões da Capacidade de Carga à Tração – Estacas .... e) Expressões da Capacidade de Carga à Tração – Placas ....... f) Expressões da Capacidade de Carga à Tração – Sapatas ..... g) Expressões da Capacidade de Carga à Tração – Tubulões com Base Alargada ................................................................... h) Exemplos de Cálculo da Capacidade de Carga à Tração .... 3.3.6 Método de Meyerhof e Adams ......................................................... a) Introdução .................................................................................. b) Teorias anteriores ...................................................................... 25 27 29 32 33 34 37 41 51 52 53 55 62 64 64 64 65 65 66 67 67 68 68 70 72 79 84 85 104 104 105
c) Fundações pouco profundas .................................................... d) Fundações com grande profundidade .................................... e) Fundações circulares e retangulares ......................................... 3.4 Dimensionamento Geotécnico de Fundações para LT ............. 3.4.1 Introdução ....................................................................................... 3.4.2 Capacidade de Carga dos Solos ........................................................ 3.4.3 Recalques ......................................................................................... 3.4.4 Recalque Admissível ........................................................................ 3.4.5 Tensão Admissível ........................................................................... 3.5 O Estado da Arte de Projetos de Fundações para LT ............... 3.5.1 Generalidades .................................................................................. 3.5.2 Principais Estudos ........................................................................... 3.5.3 Por que projetos de fundações de Linhas de Transmissão são especiais ........................................................................................... 3.5.4 Confiabilidade ................................................................................. a) Método determinístico ............................................................... b) Método probabilístico ............................................................... 3.5.5 Projeto Geotécnico ............................................................................. 4 As Incertezas Envolvendo o Projeto e a Execução de Funda- ções de Linhas de Transmissão 4.1 Introdução ......................................................................................... 4.2 Incertezas .......................................................................................... 4.2.1 Generalidades ................................................................................... 4.2.2 Tipos de Incertezas ............................................................................ 4.2.3 Incertezas Físicas .............................................................................. 4.2.4 Incertezas Estatísticas ....................................................................... 4.2.5 Incertezas de Modelagem ................................................................... 4.2.6 Incertezas Relacionadas a Fatores Humanos ..................................... 4.2.7 Incertezas de Avaliação ..................................................................... 4.2.8 Incertezas Fenomenológicas ................................................................ 4.2.9 Incertezas de Medição ....................................................................... 4.2.10 Conclusões ...................................................................................... 5 Ensaios de Fundações de Linhas de Transmissão 5.1 Detalhamento do Ensaio de Campo ............................................. 5.1.1 Preparação do Terreno ...................................................................... 5.1.2 Montagem do Tripé de Ensaio .......................................................... 5.1.3 Levantamento do Estai Provisório .................................................... 5.1.4 Retirada do Grampo U do Estai Ensaiado e Alívio dos Outros Estais ............................................................................................... 108 110 111 114 114 114 115 115 116 117 117 117 119 119 119 120 122 125 127 127 127 128 130 131 133 135 135 136 138 139 139 140 140 143
5.1.5 Nivelamento do Tripé de Ensaio ....................................................... 5.1.6 Prova de Carga ................................................................................. 5.2 Procedimento de Ensaio ................................................................... 6 Metodologia de Cálculo Baseada em Confiabilidade para Projeto Otimizado de Fundações de Linhas de Transmissão 6.1 Introdução ......................................................................................... 6.2 Objetivo ............................................................................................. 6.3 Metodologia ...................................................................................... 6.3.1 Confiabilidade baseada na equação de projeto (IEC 60826, 2003) ... 6.3.2 Avaliação da capacidade geotécnica de projeto da fundação .................. 6.3.3 Avaliação da capacidade do teste da fundação ..................................... 6.3.4 Análise e calibração de dados baseadas no Modelo de Regressão linear a) Geral .............................................................................................. b) modelo m - nenhuma correlação (dados de teste repetidos em um local de teste específico) ............................................... c) modelo m - com correlação (dados de teste plotados ao longo de uma linha reta) ............................................................. d) Fator de resistência da fundação, ØF sob o modelo da regressão linear ............................................................................ 6.3.5 CASO A – O Intercepto é não-nulo e a variação dos erros residuais é constante ......................................................................................... 6.3.6 CASO B – O Intercepto é não-nulo e a variação dos erros residuais não é constante .................................................................................. 6.3.7 CASO C – Apenas inclinação sem intercepto e variação constante dos residuais ...................................................................................... 6.3.8 CASO D – Apenas inclinação sem intercepto e variação não cons- tante dos residuais ............................................................................. 6.4 Exemplo ............................................................................................... 6.4.1 m - modelo ........................................................................................ 6.4.2 Modelo da regressão linear ................................................................ 6.5 Sumário e conclusões ......................................................................... 7 Especificações Técnicas 7.1 Objetivo ................................................................................................ 7.2 Generalidades ...................................................................................... 7.3 Documentos de referência ................................................................ 7.4 Serviços preliminares ......................................................................... 7.4.1 Levantamentos Topográficos .............................................................. 7.4.2 Caminhos de Serviço e Acesso ........................................................... 7.4.3 Investigações Geotécnicas ................................................................... 144 146 150 155 155 156 156 158 159 160 160 161 162 164 167 167 167 167 164 167 168 170 173 173 174 175 175 176 177
7.4.4 Ensaios de Laboratório ..................................................................... 7.4.5 Desmatamento, Destocamento e Limpeza .......................................... 7.4.6 Demolições e Desmontagens ............................................................... 7.5 Terraplenagem ..................................................................................... 7.5.1 Generalidades ................................................................................... 7.5.2 Normas e Códigos Aplicáveis ........................................................... 7.5.3 Materiais .......................................................................................... 7.5.4 Serviços Preliminares ........................................................................ 7.5.5 Cortes ............................................................................................... 7.5.6 Aterros ............................................................................................. a) Aterro junto às estruturas de concreto ..................................... b) Controle Tecnológico ................................................................. c) Controle Geométrico .................................................................. 7.5.7 Material de Empréstimo ................................................................... 7.5.8 Área de Disposição de Material Excedente (ADME) ...................... 7.5.9 Enrocamentos (Aterros com material de 3ª Categoria) ....................... a) Controle Tecnológico .................................................................. b) Enrocamento em substituição a solos ..................................... c) Enrocamento de proteção .......................................................... 7.5.10 Remoção de Solos Moles .................................................................. 7.5.11 Reaterro de Escavações em Solos Moles ........................................... 7.5.12 Momento Extraordinário de Transporte .......................................... 7.5.13 Escavação, Carga e Transporte de Material Estocado ..................... 7.6 Escavações ........................................................................................... 7.6.1 Generalidades ................................................................................... a) Objetivo ......................................................................................... b) Normas ......................................................................................... c) Considerações gerais ................................................................... d) Plano de escavação ...................................................................... e) Classificação dos materiais ......................................................... 7.6.2 Escavação ......................................................................................... a) Locação ......................................................................................... b) Execução ...................................................................................... 7.6.3 Escavação de Fundações .................................................................... 7.6.4 Escoramento ..................................................................................... a) Execução ....................................................................................... b) Retirada do escoramento ............................................................ 7.6.5 Esgotamento ..................................................................................... 7.6.6 Apiloamento ..................................................................................... 7.7 Reaterro ................................................................................................ 7.7.1 Objetivo ............................................................................................ 177 178 179 180 180 180 180 181 181 184 188 188 189 190 190 191 193 193 194 195 197 197 197 198 198 198 198 199 199 200 201 201 201 202 203 203 204 204 205 205 205
7.7.2 Precauções ......................................................................................... 7.7.3 Execução .......................................................................................... 7.7.4 Execução de Reaterro Com Solo-Cimento ......................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Teor de Cimento – Traço Solo-Cimento ................................. c) Ensaios de Validação ................................................................... 7.8 Drenagem superficial ......................................................................... 7.8.1 Sarjetas ............................................................................................ a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.2 Valetas de Pé de Aterro ................................................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.3 Valetas de Crista de Corte ................................................................ a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.4 Revestimento das Valetas .................................................................. a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ 7.8.4.b.1 Revestimento de concreto simples com agregados convencionais ....... 7.8.4.b.2 Revestimento com Pedra Argamassada ........................................ 7.8.4.b.3 Revestimento com Grama ............................................................ c) Controle ........................................................................................ 7.8.5 Saídas e Descidas d’água .................................................................. a) Generalidade ................................................................................. b) Material ......................................................................................... c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ e) Aceitação ....................................................................................... 7.8.6 Soleiras de Dispersão ........................................................................ a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.7 Caixas Coletores e de Passagem ........................................................ 205 206 207 207 209 210 212 212 212 212 212 213 213 213 213 213 214 214 214 214 214 215 215 215 215 215 216 216 216 216 216 217 217 218 218 218 218 218 219 219 219
a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.8 Bueiros ............................................................................................. a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.9 Berços ............................................................................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.10 Alas e Bocas para Bueiros .............................................................. a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.11 Canaletas ....................................................................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ e) Aceitação ....................................................................................... 7.8.12 Caixa Separadora de Água e Óleo - CSAO .................................. a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.9 Drenagem subsuperficial – trincheiras drenantes .......................... 7.9.1 Objetivo ........................................................................................... 7.9.2 Condições Gerais .............................................................................. 7.9.3 Material ........................................................................................... a) Tubos de drenagem ..................................................................... b) Material drenante ......................................................................... c) Material filtrante ........................................................................... 7.9.3.c.1 Agregados ................................................................................... 7.9.3.c.2 Geossintéticos .............................................................................. 7.9.4 Execução .......................................................................................... 7.9.5 Manejo Ambiental ........................................................................... 219 219 219 220 220 220 220 220 221 222 222 222 222 222 222 222 223 223 223 223 223 224 225 226 226 226 226 226 226 227 228 228 229 230 230 230 231 231 231 232 233
7.9.6 Controle de Qualidade ...................................................................... a) Material .......................................................................................... b) Geométrico .................................................................................. c) Acabamento .................................................................................. d) Verificação dos trabalhos ........................................................... 7.9.7 Poços de Visita ................................................................................. 7.10 Drenagem profunda – dreno subhorizontal ................................ 7.10.1 Objetivo .......................................................................................... 7.10.2 Normas Complementares ................................................................ 7.10.3 Condições Gerais ............................................................................ 7.10.4 Material ......................................................................................... a) Tubo ............................................................................................... b) Argamassa ..................................................................................... c) Filtro de geossintético ................................................................. 7.10.5 Execução ........................................................................................... 7.10.6 Manejo Ambiental ............................................................................. 7.10.7 Controle de Qualidade ....................................................................... a) Material .......................................................................................... b) Geométrico .................................................................................. c) Condições hidráulicas ................................................................. d) Verificação dos trabalhos ........................................................... 7.11 Estruturas em gabiões ..................................................................... 7.11.1 Objetivo .......................................................................................... 7.11.2 Normas Complementares ................................................................ 7.11.3 Condições Gerais ............................................................................ a) Gabiões – caixa com revestimento em PVC ........................... b) Gabiões – colchão com revestimento em PVC ...................... c) Gabiões – saco com revestimento em PVC ............................ 7.11.4 Execução da Obra ......................................................................... a) Enchimento dos gabiões ............................................................ b) Montagem de gabiões - caixa .................................................... c) Montagem de colchões ............................................................... d) Montagem de gabiões-saco ....................................................... 7.12 Estruturas reforçadas com geossintéticos .................................... 7.12.1 Generalidades ................................................................................. 7.12.2 Normas Complementares ................................................................ 7.12.3 Processos Construtivos ..................................................................... 7.12.4 Sistemas Dreno-Filtrantes .............................................................. 7.12.5 Manuseio e Acondicionamento do Geossintético ............................... 7.12.6 Cuidados na Instalação do Geossintético ......................................... 7.13 Solos grampeados ............................................................................. 234 234 235 235 236 236 236 236 236 237 237 237 238 238 238 240 240 240 241 241 242 242 242 242 242 242 243 243 243 244 244 245 246 246 246 246 248 250 251 251 252
7.13.1 Objetivo .......................................................................................... 7.13.2 Normas Complementares ................................................................ 7.13.3 Seqüência Construtiva .................................................................... 7.13.4 Grampos ........................................................................................ 7.13.5 Geometria ....................................................................................... 7.14 Muros em terra armada ................................................................... 7.14.1 Generalidades ................................................................................. 7.14.2 Componentes ................................................................................... a) Soleira de concreto ...................................................................... b) Escamas de concreto .................................................................. c) Juntas ............................................................................................. d) Armaduras .................................................................................... e) Material do aterro ........................................................................ 7.14.3 Cuidados Especiais ......................................................................... a) Armazenamento ........................................................................... b) Equipamentos e materiais .......................................................... 7.14.4 Seqüência Executiva de Montagem ................................................. a) Soleira ............................................................................................ b) Assentamento da primeira linha de escamas ........................... c) Colocação das juntas ................................................................... d) Execução de aterro compactado ............................................... e) Colocação das armaduras ........................................................... f) Montagem das linhas subsequentes........................................... 7.15 Concreto ............................................................................................ 7.15.1 Generalidades ................................................................................. 7.15.2 Normas Complementares ................................................................ 7.15.3 Materiais ........................................................................................ a) Composição do concreto ........................................................... b) Agregado graúdo ......................................................................... c) Água ............................................................................................... d) Aditivos ......................................................................................... 7.15.4 Argamassas .................................................................................... a) Objetivo ......................................................................................... b) Normas complementares........................................................... c) Materiais ........................................................................................ 7.15.4.c.1 Cimento .................................................................................... 7.15.4.c.2 Água ........................................................................................ 7.15.4.c.3 Cal ........................................................................................... 7.15.4.c.4 Areia ........................................................................................ 7.15.4.c.5 Argamassas pré-misturadas ....................................................... d) Preparo .......................................................................................... 252 252 252 253 253 253 253 254 254 254 254 254 255 255 255 255 256 256 256 257 257 258 258 258 258 259 260 260 262 263 264 264 264 264 265 265 265 265 265 266 266
7.15.5 Preparo do Concreto ....................................................................... a) Dosagem ....................................................................................... b) Amassamento ............................................................................... c) Concretagem ................................................................................. d) Lançamento do concreto ........................................................... e) Adensamento do concreto ......................................................... f) Juntas de concretagem ................................................................. g) Juntas de dilatação ....................................................................... 7.15.5.g.1 Considerações gerais ...................................................................... 7.15.5.g.2 Aplicação ..................................................................................... h) Acabamentos superficiais........................................................... i) Cura e proteção do concreto ...................................................... 7.15.6 Formas .............................................................................................. a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais utilizados ...................................................................... c) Aberturas para concretagem ...................................................... d) Tirantes das formas ..................................................................... e) Escoramentos ............................................................................... f) Projetos de formas e escoramentos .......................................... g) Precauções anteriores ao lançamento do concreto ................ h) Retirada das formas ..................................................................... i) Aberturas, furos e peças embutidas ........................................... 7.15.7 Armaduras ........................................................................................ 7.15.8 Tolerâncias ......................................................................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Tolerâncias em trabalhos de concreto ...................................... 7.15.9 Controle Tecnológico do Concreto ........................................................ 7.15.10 Aparelhos de Apoio ......................................................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Material ......................................................................................... 7.15.10.b.1 Aparelho de apoio de elastômero fretado ..................................... c) Execução ....................................................................................... 7.15.10.c.1 Montagem do aparelho de apoio de elastômero fretado .................. 7.15.11 Controle ........................................................................................... a) Aparelho de apoio de elastômero fretado ................................ 7.15.12 Demolição de Estruturas de Concreto ............................................... 7.16 Revestimento vegetal ....................................................................... 7.16.1 Objetivo ............................................................................................. 7.16.2 Condições Gerais ................................................................................ 7.16.3 Materiais ........................................................................................... a) Grama ............................................................................................ 266 266 267 268 269 271 271 272 272 272 273 274 275 275 275 276 276 276 277 277 278 279 279 281 281 282 283 283 283 284 284 284 284 285 285 288 289 289 289 289 289
b) Árvores e arbustos ...................................................................... c) Tela vegetal ................................................................................... d) Geossintéticos .............................................................................. e) Matéria orgânica ........................................................................... f) Material protetor .......................................................................... g) Fertilizantes e corretivos ............................................................. h) Análise do solo ............................................................................ 7.16.4 Execução ........................................................................................ 7.16.5 Manejo Ambiental ......................................................................... 7.16.6 Controle de Qualidade .................................................................... a) Material .......................................................................................... b) Geométrico .................................................................................. c) Acabamentos ................................................................................ d) Aceitação e rejeição ..................................................................... 7.17 Bioengenharia ................................................................................... 7.17.1 Objetivo .......................................................................................... 7.17.2 Materiais e Serviços de Bioengenharia ............................................. a) Introdução .................................................................................... b) Paliçadas ........................................................................................ c) Preenchimento de concavidades com cilindros vegetativos . d) Correção do solo (aplicação de calcário) ................................. e) Controle das formigas cortadeiras ............................................ f) Coveamento / espaçamento para herbáceas ............................ g) Adubação inicial ........................................................................... h) Semeio manual ............................................................................. i) Aplicação de biomanta de fibras vegetais ................................. j) Adubação de cobertura ................................................................ k) Ressemeio ..................................................................................... l) Manutenção anual ......................................................................... 7.18 Cuidados com a segurança e proteção ambiental ....................... 8 Planilhas de Locação das Fundações 8.1 Cálculo da Profundidade e Afloramento para Fundação em Tubulão 8.1.1 Fundação em tubulão com comprimento constante “L” ............................ 8.1.2 Fundação em tubulão com comprimento “L” variável e profundidade “h” constante ..................................................................................... 8.2 Dimensões do Tubulão ...................................................................... 8.3 Cálculo da Profundidade e Afloramento para Fundação em Sapata .................................................................................................... 8.3.1 Fundação em sapata com comprimento constante “L” e fuste inclinado 8.3.2 Fundação em sapata com comprimento “L” variável e profundidade “h” constante .............................................................................................. 290 290 290 291 291 291 291 292 293 294 294 294 294 294 295 295 295 295 296 297 297 297 298 298 298 299 300 300 300 300 303 303 305 305 306 306 306
9 Execução das Fundações 9.1 Introdução ........................................................................................... 9.2 Relatório fotográfico .......................................................................... Referências Anexo I - Planilha Resumo de Quantitativos .............................................. Anexo II - Carregamento das Fundações .................................................... Anexo III - Investigações Geológico-Geotécnicas .................................... Anexo IV - Fundações Especiais .................................................................. Anexo V - Relatório de Definição de Fundações ....................................... Anexo VI - Tabela de Locação de Estruturas e Pontos Críticos .............. Anexo VII - Lista de Construção .................................................................. Anexo VIII - Planilha de Marcação de Cavas ............................................. Anexo IX - Reforços de Fundações ............................................................. Anexo X - Tabelas com Coeficientes de Capacidade de Carga – Meto- dologia da Universidade de Grenoble .......................................................... Anexo XI - Avaliação Probabilística de Deslocamentos de Fundações de Linhas de Transmissão .............................................................................. XI.1 Introdução ......................................................................................... XI.2 Sistema Norte-Nordeste ................................................................. XI.3 As Fundações ................................................................................... XI.4 Ensaios de Arrancamento em Fundações de Torres Estaiadas ... XI.5 Tratamento Estatístico .................................................................... XI.5.1 Parâmetros e Distribuições de Probabilidades ................ XI.5.2 Covariância e Correlação entre os Modos de Falha ....... XI.6 Probabilidade de Falha das Fundações ......................................... XI.6.1 Falha no Subsistema Estai .................................................. XI.6.2 Falha em uma Fundação de Torre Estaiada ..................... XI.6.3 Falha Nas Fundações dos Estais de Uma Torre Estaiada XII - Estudo Probabilístico da Resistência à Compressão de Concretos Utilizados em Fundações de Linhas de Transmissão ................................ XII.1 Introdução ....................................................................................... XII.2 Características do concreto empregado no empreendimento .... XII.3 Orientações normativas para a resistência do concreto ........... XII.3.1 NBR 12655 .......................................................................... XII.3.2 ACI 318 ................................................................................ XII.3.3 Eurocode 2 .......................................................................... XII.4 Avaliação Estatísitica da resistência do concreto ....................... XII.5 Valores estimados para fck ........................................................... XII.6 Conclusão para os valores estimados para fck ........................... 307 307 331 335 336 339 341 342 343 345 346 349 350 364 364 365 366 368 371 371 381 385 385 387 388 392 392 394 395 395 397 398 399 407 410
Lista de Símbolos • 25 Lista de Símbolos Símbolo Descrição B Largura de uma base retangular 2B Largura de uma base retangular 2Bf Largura de um fuste retangular c Intercepto de coesão C Coesão ao longo do plano vertical de corte da fundação Cf Força de coesão D Profundidade enterrada Dc Profundidade crítica DL Efeito dos carregamentos de peso próprio e Espessura da base E Número de erros F Força de atrito Fa Carga de tração (arrancamento) H Altura da fundação kp Coeficiente de empuxo passivo do solo kpv Componente vertical do coeficiente de empuxo passivo do solo ku Componente de levantamento nominal de pressão do solo 2L Comprimento de uma base retangular 2Lf Comprimento de um fuste retangular m Coeficiente de redução devido à espessura da base M Resposta prevista usando o Modelo. Me Momento Estabilizante Mt Momento de Tombamento Mc Coeficiente de capacidade de carga à tração relacionado à coesão Mφ Coeficiente de capacidade de carga à tração relacionado ao ângulo de atrito Mγ Coeficiente de capacidade de carga à tração relacionado ao peso específico Mq Coeficiente de capacidade de carga à tração relacionado à sobrecarga O Oportunidade de erros p Perímetro pb Perímetro da base pf Perímetro do fuste po Sobrecarga para o método de Meyerhof P Peso próprio Peso da fundação
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 26 pp Empuxo passivo total inclinado de um ângulo δ com a horizontal Ps Peso do solo Peso do volume de solo do tronco de cone Ptub Peso próprio do tubulão qo Sobrecarga uniforme, infinitamente extensa, atuante na superfície do terreno Q50 Efeito de carga resultante de um evento com período de retorno T = 50 anos Qft Capacidade de carga à tração Qfc Termo de coesão da capacidade de carga à tração Qfφ Termo de atrito da capacidade de carga à tração Qfγ Termo de gravidade da capacidade de carga à tração Qfq Termo de sobrecarga da capacidade de carga à tração QT Efeito da carga correspondente a um dado período de retorno T. Qu Carga última à tração R Raio Raio da base Resposta Real RC Resistência característica ou nominal do componente Re Raio equivalente de uma estaca prismática com perímetro “p” Raio equivalente de uma base não-circular de perímetro “pb ” Rf Raio do fuste Rfe Raio equivalente de um fuste não-circular de perímetro “pf ” RN Resistência Nominal do Componente s Fator de forma que governa a pressão passiva do solo na parede cilíndri ca convexa Sb Área da base Sf Área do fuste Sl Área lateral T Período de retorno Xm Fator de resistência. W Peso do solo e da fundação α Ângulo da superfície de ruptura do solo com a vertical Inclinação do vetor Força de coesão “Cf ” com a vertical Ângulo do Cone de Arrancamento β Inclinação do vetor Força de atrito “F” com a vertical δ Ângulo da inclinação do empuxo passivo total com a horizontal φ Ângulo de atrito interno φbase Diâmetro da base da fundação φfuste Diâmetro do fuste da fundação
Lista de Abreviaturas • 27 ΦR Fator de resistência ΦC Fator relacionado à relação entre o limite de exclusão rela e o valor igual a 10%. ΦN Fator relacionado ao número de componentes submetidos ao máximo efeito de carga. ΦR Fator de resistência ΦS Fator relacionado com a coordenação de resistência entre diferentes componentes. ΦQ Fator relacionado ao nível de qualidade. σ Tensão normal na superfície de ruptura γ Peso específico natural do solo Fator de ponderação aplicado ao efeito da carga Q50 γU Fator de uso e depende da utilização das estruturas de suportes em relação ao máximo vão de projeto τ Tensão de resistência ao cisalhamento unitária Lista de Abreviaturas Abreviatura Descrição CIGRÈ Conferénce Internationale dês Grands Reseaux Électriques a haute tension CPT “Cone Penetration Test” DMT “Dilatometer Test” EPRI Electric Power Research Institut IEC INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION LT Linha de Transmissão Me Momento Estabilizante MFAD Moment Foundation Analysis and Design Mt Momento de Tombamento N.A. Nível de água NSPT Número de Golpes no ensaio SPT PEH Probabilidade de erro humano PMT “Pressuremeter Test” SPT “Standard Penetration Test” WG07 “Work Group” 07
1. Introdução • 29 1. Introdução 1.1 Apresentação do Problema O avanço da economia de um país é dependente da oferta de energia a custos competitivos e com suprimento garantido. Destacada a importância da utilização de recursos renováveis com as devidas precauções na preser- vação do meio ambiente o foco sempre será o desenvolvimento sustentável. O Brasil possui alto potencial hidráulico; entretanto, o aumento da distância dos pontos de geração aos centros consumidores é verificado, acarretando grande importância à transmissão da energia (AZEVEDO, 2007). A energia elétrica pode ser produzida através de usinas hidroelétricas, termoelétricas, nucleoelétricas ou através de sistemas eólicos e solares. O sis- tema elétrico pode resumidamente ser subdividido em três etapas: produção, transmissão e distribuição de energia (AZEVEDO, 2007). A etapa de transmissão de energia é efetuada através das LT (Linhas de Transmissão). O projeto de linhas de transmissão começa com estudo de viabilidade técnica e econômica visando uma minimização do custo de transporte associada a um alto padrão de qualidade dos serviços. Para maio- res extensões de LT, as tensões são elevadas no intuito de reduzir as per- das de energia elétrica. Porém, esta prática implica na elevação dos carrega- mentos mecânicos, estruturas pesadas e maiores volumes para as fundações (AZEVEDO, 2007). A viabilidade do projeto é avaliada a partir de vários fatores, dentre os quais podem ser destacados: o custo da desapropriação das terras ao longo do traçado da LT, a topografia, o custo e a capacidade de transmissão de energia, o capital disponível e as características geotécnicas. Os estudos de viabilidade técnica e econômica são na verdade anteprojetos onde são definidos: a classe de tensão da LT, os modelos das estruturas das torres, os materiais e os diâmetros dos cabos condutores e pára-raios, as cadeias de isoladores, etc. Após estes estudos, inicia-se o projeto mecânico onde são determinados todos os esforços atuantes sobre os membros constituintes. O
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 30 projeto mecânico pode ser subdividido em três fases básicas: (1) Projeto dos cabos e da distribuição das torres sobre os perfis dos terrenos; (2) Projeto estrutural das torres; e (3) Projeto das fundações. O custo total de um empreendimento é calculado pela soma do custo inicial de implantação, custo de manutenção, custo de inspeção e os custos associados aos distintos modos de falha. Entretanto, o que pode ser obser- vado no mercado é uma excessiva preocupação com o custo inicial sem levar em conta os demais custos envolvidos. Os custos iniciais de uma LT podem ser reduzidos ao otimizarmos os projetos de fundações. Portanto, necessita- se um maior comprometimento em pesquisas que objetivam o aperfeiçoa- mento de ferramentas que levem em conta o desempenho real dos materiais e carregamentos envolvidos. Os conceitos de confiabilidade estrutural cons- tituem poderosa ferramenta para a tomada de decisão racional de projetos de LT (AZEVEDO, 2007). Conforme mostrado na Fig. 1.1 a seguir, o sistema linha de transmis- são é composto de vários componentes (subsistemas): componentes elétri- cos e componentes mecânicos (cabos, estruturas das torres autoportantes e estaiadas, isoladores, ferragens (componentes utilizados em sua maioria para fixação de cabos nas torres), fundações de torres autoportantes, funda- ções de mastros e estais de torres estaiadas, etc.). A característica essencial deste sistema é que a falha em qualquer componente implicará a falha do sistema como um todo, que por definição é o conceito de um sistema dito em série. Atualmente, muitos estudos de confiabilidade, por exemplo, ME- NEZES (1988), MENEZES e SILVA, (2000) e MENEZES e SILVA (2003) são conduzidos em âmbito nacional porém, no mais das vezes, tais estudos destacam o desempenho elétrico e as estruturas de suporte metálico. Inter- nacionalmente, conceitos probabilísticos vêm sendo aplicados a estruturas de fundações de LT´s por fóruns de discussão tais como o Working Group 22/07 Foundations of Transmission Lines da CIGRÈ – Conferénce Internationale dês Grands Reseaux Électriques a haute tension, com publicações de seus membros, CIGRÈ (2002, 2008), KULHAWY et al (2004), HERMAN et al (1999), HALDAR et al (1999), DEMBICKI et al (1993). Além disso, os conceitos do IEC 60826 já vêm de forma consagrada sendo utilizados. Porém nacio- nalmente, em fundações de LT’s o Brasil carece de estudos nesta área. Este trabalho procura dar o tom que a partir de conceitos probabilísticos seja viabilizado o projeto de fundações dentro do território nacional.
1. Introdução • 31 Hoje devida à alta competitividade no mercado há uma evidente ne- cessidade de otimizar os projetos de fundações com redução de volumes vi- sando menores custos iniciais e em manutenções futuras. Ao mesmo tempo, o conhecimento completo do problema é utópico devido às incertezas que fazem parte de todo o processo (que também até certo ponto serão levadas em conta neste trabalho). Fica evidente que para projetar de forma a garantir a segurança e ao mesmo tempo custos reduzidos exigem uma metodologia mais cuidadosa com o mínimo possível de “gorduras” a favor da seguran- ça. O meio técnico está diante de uma encruzilhada, pois, tem evoluído de métodos determinísticos (Tensões admissíveis) para semi-probabilísticos (Estados limites), porém é necessário subir mais um degrau e para isso é imprescindível a adoção de conceitos de confiabilidade caminhando para projetos puramente probabilísticos. A idéia é projetar e decidir sob condi- ções de incerteza a partir de conceitos probabilísticos, pois já são percebidas as aleatoriedades das variáveis envolvidas num sistema de interação solo- estrutura. E como reduzir dimensões garantindo segurança diante de incer- tezas de todas as naturezas? FIGURA 1.1 - Sistema Linha de Transmissão e seus Subsistemas (Componentes)
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 32 1.2 Importância do trabalho A Engenharia de Estruturas passa por uma necessária adaptação nas concepções de projeto. Conceitos de Confiabilidade Estrutural vêm sendo introduzidos com a finalidade de avaliar probabilisticamente os dados de entrada e também de saída dos processos em estudo. Em projetos eletro- mecânicos e de estruturas de torres de LTs muitos conceitos do IEC 60826 vêm sendo aplicados com sucesso e já consagrados no meio técnico. Em engenharia civil de fundações, postulados e axiomas da mecânica dos solos clássica têm permanecido como regra. Na verdade, com auxílio de coeficientes, estas formulações têm fornecido respostas que vêm garantindo segurança. A evolução dos modelos tem acontecido, porém, a presença de incertezas é evidente. Todos estes modelos aceitos e utilizados em projetos de LTs giram em torno de ângulos de arrancamento, variando apenas nos valores destes ângulos. Internacionalmente, grupos de estudos já adotam conceitos probabilísticos em suas concepções de fundações, CIGRÈ (2008), por exemplo. Em nível nacional os projetos de fundações ainda estão distantes de adotarem tais conceitos. Resta a responsabilidade ao meio acadêmico em parceria com o meio técnico operacional de empresas projetistas e estatais adaptarem e conceberem normas técnicas baseadas em confiabilidade. Neste trabalho, a partir dos resultados de ensaios em protótipos de fundações de LTs será concebida uma nova Metodologia de Cálculo Base- ada em Confiabilidade para Projeto Otimizado de Fundações de Linhas de Transmissão. Este procedimento fornecerá ao meio técnico subsídios para otimização de volumes com redução de custos finais de implementação de empreendimentos. Um estudo mais aprofundado das incertezas envolvidas nestes tipos de projetos e a partir da avaliação de resultados de ensaios de protótipos será possível a determinação do comportamento das fundações com maior segurança.
1. Introdução • 33 1.3 Objetivos O objetivo principal deste trabalho é a elaboração de uma nova Me- todologia de Cálculo Baseada em Confiabilidade para Projeto Otimizado de Fundações de Linhas de Transmissão usando Ensaios de Protótipos. O es- tudo da evolução das metodologias de cálculo destas fundações, bem como a avaliação das incertezas que estão envolvidas nos projetos de fundações de linhas de transmissão servirá como base sustentadora para a defesa desta metodologia como a forma mais coerente de projetar fundações de LTs na atualidade. O objetivo primordial desta nova metodologia é reduzir as dimensões das fundações com redução nos custos de implantação e manutenção com garantia dos níveis de segurança das estruturas. Um software de Fundações de Linhas de Transmissão vem sendo desenvolvido pelo autor deste livro (Purcino Foundations TL). Este pro- grama será executado em ambiente visual do windows que abrangerá di- mensionamento de todas as fundações aplicáveis em Linhas de Transmissão utilizando todos os métodos abordados na revisão bibliográfica bem como a nova metodologia proposta, levantamento de quantitativos e um banco de dados com quantitativos e custos para orçamentos e propostas. Neste também conterá o módulo de otimização que avaliará as melhores soluções inseridas nas regiões de aplicação dos projetos com base em projetos já executados. Reduzir tempo de trabalho (aumento da produção), aumentar a confiabilidade do processo e centralizar em um único local todas as infor- mações relativas aos projetos destas fundações, que vêm sendo executadas com planilhas Excel para cada tipo de solução. Este programa poderá e deverá ser retroalimentado continuamente visando seu aperfeiçoamento e aumento de confiabilidade e sucesso.
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 34 1.4 Apresentação do trabalho Diante do problema apresentado, destacada a importância deste es- tudo e em destaque os objetivos aqui traçados, foram seguidas as seguintes etapas e metodologia de trabalho conforme mostra a Fig. 1.2. Inicialmente, no capítulo 2 – Estudos Preliminares, as informações a respeito dos dados de entrada serão apresentadas. Estas são necessárias a um projeto de fundações tais como: levantamentos topográficos, investigações geológico-geotécnicas, parâmetros geotécnicos e tipificação dos solos. No capítulo 3 – Fundações de Linhas de Transmissão, as metodo- logias de projeto de fundações de LTs serão apresentadas em âmbito geral. Neste ponto serão avaliados conceitos técnicos dos termos mais utilizados no presente trabalho. Além do mais, esta revisão bibliográfica vai passar pela evolução de conceitos e métodos até os dias atuais. No capítulo 4 – As Incertezas Envolvendo o Projeto e a Execução de Fundações de Linhas de Transmissão será fornecida ao meio técnico uma discussão a respeito destas incertezas que envolvem um projeto de funda- ções tais como: incertezas físicas, estatísticas, de modelagem, de métodos de cálculo, relacionadas ao fator ser humano, de interpretação de resultados, de procedimentos de ensaios de campo, da natureza, etc. A partir do fluxogra- ma de informações de um projeto de fundações serão caracterizadas várias incertezas envolvidas. No capítulo 5 – Ensaios em Fundações de Linhas de Transmissão se- rão apresentados o procedimento de execução dos ensaios (carregamentos, deslocamentos, equipamentos, etc.) e quantitativos indicando a localização dos testes. Aqui serão apresentados vários tipos de fundações ensaiadas com seus resultados esperados e observados. No capítulo 6 – Metodologia de Cálculo Baseada em Confiabilidade para Projeto Otimizado de Fundações de Linhas de Transmissão usando En- saios de Protótipos será apresentada a metodologia proposta com vários exem- plos a partir dos resultados de ensaios apresentados no capítulo anterior. No capítulo 7 – Especificações Técnicas serão apresentadas diversas especificações contendo os métodos construtivos adotados para que se al- cance com qualidade os parâmetros exigidos nos projetos.
1. Introdução • 35 No capítulo 8 – Planilhas de Locação das Fundações serão apresenta- das diversas planilhas utilizadas pela equipe de execução para escavação das fundações e locação de pontos de fundamento, grampos “U” e nivelamento de cantoneiras de ancoragem (“stubs”). No capítulo 9 – Execução de Fundações serão apresentadas fotos ilustrativas das diversas etapas de execução de variados tipos de fundações de Linhas de Transmissão. Nos anexos são apresentadas informações relevantes ao entendimen- to e visualização dos projetos de fundações de linhas de transmissão. FIGURA 1.2 - Fluxograma de Desenvolvimento dos Trabalhos
2. Estudos preliminares • 37 2. Estudos preliminares 2.1 levantamento plano-altimétrico de linhas de transmissão Neste ponto o objetivo é apresentar diretrizes e critérios básicos que deverão ser seguidos pelas equipes de topografia para a execução dos servi- ços de levantamento plano-altimétrico do eixo e da faixa da LT, bem como, dos serviços de levantamento cadastral das propriedades e levantamentos de matas. O escopo dos trabalhos de levantamento é o seguinte: Perfil do eixo da LT – coordenadas topográficas X, Y e Z do perfil • do terreno no caminhamento do eixo da LT; Levantamento dos perfis laterais – coordenadas X, Y e Z de pontos • afastados lateralmente ao eixo da LT a uma distância de 10 metros (por exemplo); Levantamento de características superficiais do terreno – coordena- • das dos limites de banhado (pântano), de terreno úmido, de terreno inundável, de terreno com pedregulhos, com rocha aflorando ou com matacões, assim como, de início e fim da erosão; Levantamento de travessias – coordenadas, descrição e croquis de • travessias como: rodovias, estradas, ruas, avenidas, ferrovias, linhas de transmissão, vias navegáveis, tubulações metálicas de porte (ole- odutos, gasodutos ou adutoras), etc; Levantamento de divisas de propriedades – coordenadas, descrição • e croquis de diversas propriedades, com indicação do nome do pro- prietário, sejam elas privadas ou públicas; Levantamento de obstáculos na faixa – coordenadas, descrição e • croquis de obstáculos tais como: cercas, muros, valas divisórias, tai-
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 38 pas, diques, banhados ou pântanos, lagoas, açudes, represas, canais, córregos, arroios, rios não navegáveis, pedreiras, saibreiras, pontos de quebra de topografia (buracos profundos, paredões, encostas), redes elétricas de tensão inferior a 34,5kV, linhas telegráficas, tele- fônicas, teleféricos, etc; Levantamento de divisas municipais e estaduais – coordenadas, des- • crição e croquis das divisas entre municípios e estados; Levantamento de obstáculos fora da faixa – coordenadas, descrição • e croquis de pistas (cabeceiras) de aeroportos, aeródromos, helipor- tos, estações transmissoras ou receptoras de rádio, retransmissoras de televisão, torres de telecomunicações; Levantamento de paralelismo fora da faixa com distância inferior a • 100 metros – coordenadas, descrição e croquis de obstáculos even- tualmente existentes fora da faixa, porém, paralela ao eixo da faixa, tais como: linhas de transmissão, linhas de telecomunicações, tubu- lações metálicas e ferrovias; Levantamento de benfeitorias – coordenadas e croquis de benfei- • torias eventualmente existentes na faixa tais como: casas, ranchos, galpões, pavilhões, silos, telheiros, garagens, reservatórios de água, mangueiras, banheiras para animais, etc; Levantamento de áreas cultivadas – coordenadas dos limites (início • e fim) das áreas cultivadas, incluindo pomares, e indicação dos limi- tes das áreas em croquis correspondente; Levantamento de áreas com vegetação – coordenadas dos limites • da vegetação, registrando o tipo de cobertura vegetal, se campo, ca- poeira, mato alto ou baixo, mato nativo, ciliar ou reflorestado, com indicação dos limites em croquis; Determinação do norte magnético e verdadeiro – no início e fim • da LT; Amarração com marcos geodésicos – transferência de cotas de ní- • veis de marcos geodésicos próximos ao eixo da LT e transfer~encia de coordenadas que permitam uma amarração em coordenadas ge- ográficas e/ou UTM; Colocação de marcos e piquetes – marcos nos vértices e em pon- •
2. Estudos preliminares • 39 tos intermediários dos alinhamentos e piquetes nos trechos entre marcos; Abertura de picadas – abertura de trilhas na vegetação ou matas • para realização dos trabalhos de topografia; Colocação de placas de acesso à LT – placas de indicação de vérti- • ces ou marcos da LT nas principais vias de acesso e cruzamentos; Elaboração de croquis de acesso à propriedade – croquis com regis- • tro de nome do proprietário indicando o caminho para se chegar a sede da propriedade quando a mesma não tiver fácil localização. Os dados topográficos são enviados para escritório e são elaborados os desenhos de Perfil e Planta – contendo todas as informações corres- pondentes ao levantamento realizado de interesse para o projeto da locação da LT. As travessias são detalhadas em projetos específicos. Um memorial descritivo da faixa é elaborado com a descrição técnica do desenvolvimento da LT. Também é realizado um levantamento completo de dados do pro- prietário, dados de identificação do proprietário entre outras informações suficientes e necessárias para preparação do processo de liberação da faixa, que inclui o levantamento descritivo das benfeitorias e do uso da terra, com descrição geral das características das construções e dos cultivos praticados na faixa da LT de cada propriedade. Tendo em vista que o levantamento topográfico geralmente é rea- lizado por mais de uma equipe, cada um deverá partir com um sistema de coordenadas definidas pelo GPS, onde o eixo N ficará em concordância com o azimute de cada alinhamento. Ao final do levantamento de todos os trechos, todos os dados deverão ser transplantados para uma origem única de coordenadas. Para o levantamento dos dados todos os pontos do terreno deverão estar sobre o alinhamento. O espaçamento dos pontos do perfil do terreno deve ser tal que permita a perfeita identificação do relevo do terreno, não ultrapassando desníveis entre si maiores que 50cm. Entretanto, os pontos não deverão estar afastados entre si mais que 30 metros. Necessariamente, todos os pontos de zonas baixas (depressões do terreno), assim como de
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 40 elevações, devem ser levantados. As cotas de níveis devem estar identificadas nos marcos de início e fim da LT, em todos os marcos dos vértices e em marcos intermediários a cada 3,00 km, pelo menos. Especial atenção deve ser dada quanto ás informações de cheias má- ximas em zonas de inundação periódica. O dado deverá estar referenciado à origem do sistema em uso no levantamento. Caso haja referência a cotas geográficas, estas devem também ser registradas, porém, de forma a não causar confusão. No caso de registro de mata não preservada ou mata ciliar que não poderá ser cortada, toda a extensão da mata deverá ser levantada com o mesmo código específico (mata preservada), informando sempre a altura da copa das árvores mais altas existentes nas proximidades do eixo (15 metros para cada lado). Nestes casos, o projeto deverá buscar uma solução para passar os cabos acima das árvores. O topógrafo, durante a execução do le- vantamento, se encontrar qualquer tipo de problema ou obstáculo que possa dificultar a construção da LT, tem o dever de fazer o registro especial e in- formar à empresa responsável pelo projeto antes de concluir os trabalhos. No caso em que a LT caminhar paralela a um circuito existente o levantamento topográfico deve registrar a localização das torres existentes amarrando-as ao perfil topográfico (amarradas em off-set com indicação da sua altura). Em cada estação ou ponto de prisma é obrigatório o levantamento de perfil lateral direito e esquerdo a uma distância de 10 metros do eixo. No le- vantamento deve ser observado se existem mudanças bruscas de inclinação do terreno no sentido transversal que possam, por exemplo, causar proble- mas para o balanço de cabos. Em tais situações, um registro especial deve ser feito de forma a que isto possa ser considerado no projeto. Na ocorrência de inclinação lateral maior que 50%, por um longo trecho, de comprimento superior a 500 metros, além de fazer os devidos levantamentos de perfis laterais, deverá ser feita uma comunicação imediata à empresa responsável pelo projeto para avaliação do local antes de concluir o levantamento. Essa exigência não se aplica quando se trata de vale profundo onde a ocorrência de inclinação acentuada não afeta o projeto de locação. No caso de obstáculos paralelos ou aproximadamente paralelos, do tipo ferrovias, gasodutos e adutoras, devem ser levantadas as suas coorde-
2. Estudos preliminares • 41 nadas sempre que a distância for igual ou superior a 100 metros do eixo da LT. Identificar a ferrovia levantando a extensão do paralelismo com a futura LT, assim como, as distâncias correspondentes. Informas todos os dados relacionados ao paralelismo de forma similar ao realizado para cruzamen- tos. Necessariamente deve ser levantada a extensão da LT que permanece paralela ou próxima desta condição de paralelismo, assim como, das res- pectivas distâncias. No caso de paralelismos com tubulações tipo oleodu- tos, gasodutos, adutoras, ou outros, todos os dados deverão ser levantados para avaliação das interferências. Neste caso também interessa a medição do comprimento do trecho paralelo assim como a respectiva distância. O documento de Perfil e Planta é fundamental para o engenheiro de fundações de LT’s. No primeiro momento os prováveis locais de solos espe- ciais são levantados a partir das informações deste documento. O programa de sondagens além de critérios consagrados de definição a serem registrados no próximo item também leva em consideração as informações de Perfil e Planta para definição de pontos que deverão ser sondados à percussão. A presença de nível de água em algumas torres constados em algumas son- dagens pode ser extrapolada para outras estruturas a partir de um estudo minucioso de fluxo de água. 2.2 Investigações Geológico-Geotécnicas Para a elaboração de projetos de fundações é imprescindível um adequado conhecimento do subsolo no local da obra. Desta forma, a iden- tificação e classificação das diversas camadas componentes, bem como, uma avaliação de suas propriedades de engenharia, constituem elementos sem os quais nenhum projeto poderá ser elaborado de uma forma segura e confiável. Em LT’s devido ao grande número de fundações não é economica- mente viável a execução de sondagens em todos os pontos de implantação das fundações. Em todas as torres deverão existir uma sondagem. O que geralmente é feito é uma mescla entre sondagens à percussão (nas torres de ângulo e nos pontos que o Perfil e Planta apresenta indicativo fundação es- pecial – brejos, pântanos, etc.) e nas demais sondagens a trado. Em presença de rocha a sondagem mista pode ser usada, mas nem sempre o é. Nos dias
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 42 atuais já se utilizam sondagens tipo DPL para definição de fundações em algumas LT’s no Brasil. As investigações geológica-geotécnicas devem ser executadas por profissional capacitado e supervisionado por geólogo ou engenheiro com experiência na função, bem como ser aplicado processo executivo e equipa- mentos que garantam uniformidade e qualidade constante ao longo de toda a extensão do trabalho. Considerando as características dos solos da região normalmente são executadas sondagens tipo trado (com caracterização di- reta do solo no campo) e/ou percussão (simples reconhecimento com regis- tro do número de golpes SPT). Atualmente também está sendo utilizada a sondagem tipo DPL. As sondagens a trado devem seguir, no geral, as disposições da NBR 9603. Devem ser identificadas as camadas de solo encontradas e preenchidas as Planilhas de Sondagem a Trado, de acordo com as instruções correspon- dentes. Devem ser empregados trados manuais com diâmetro máximo de 4 polegadas, até a profundidade mínima de 4,0 metros (com variações che- gando a 6,0 metros dependendo dos critérios de projeto). Considerando os tipos de fundações e torres previstas para a LT, bem como as características predominantes da região, a profundidade mínima padrão das sondagens a trado é definida. A identificação das camadas e a correspondente descrição táctil-visual de suas características devem ser feitas quando houver mudança do tipo de solo. O nível d’água deve ser registrado sempre que existir. Quando forem encontrados solos moles, ou quando o lençol freático situar-se próximo à superfície deverá ser feita uma comunicação imediata à fiscalização, para serem tomadas as devidas providências para execução de sondagem à percussão. No caso de ocorrer impenetrabilidade do trado, realizado no centro da torre, e havendo identificação através de uso de ponteira da provável existência de rocha, pedras, matacões e pedregulhos a menos de 3,0 m de profundidade, deve-se proceder da seguinte forma: Para torres autoportantes, pesquisar a profundidade de solo rocho- • so impenetrável em dois pontos adicionais diametralmente opostos, localizados sobre o eixo de uma seção diagonal e a uma distância padronizada de 10,0 m, medida a partir do centro da torre.
2. Estudos preliminares • 43 Para torres estaiadas, além da pesquisa realizada no centro da torre, • deve ser pesquisada a profundidade da rocha usando o trado nos quatro pontos de fixação dos estais. A profundidade obtida em cada ponto deve ser devidamente regis- trada. Para fins de referência de cota dos furos, tomar como cota arbitrária 100,0 m, a cota do marco de centro da torre. No caso de ocorrer impene- trabilidade ao trado, devem ser feitas tentativas de se verificar a causa da impenetrabilidade. Se for constatado tratar-se de solo livre de leito rochoso, porém muito duro, limitando o avanço do trado a um valor menor do que 50mm em 10 minutos de operação contínua, a Sondagem é terminada e os correspondentes registros registrados na respectiva Planilha. O ensaio de penetração dinâmica, SPT, é realizado simultaneamente com a amsotragem e, consiste na cravação do amostrador padrão, conectado à extremidade inferior da haste e, descido até repousar no fundo do furo, na profundidade (de 1 em 1 metro a partir de 1 metro de profundidade inicial) já atingida pela perfuração. Em seguida o martelo padrão é apoiado suave- mente sobre a cabeça da haste, após conexão na mesma de peça de proteção denominada cabeça de bater, introduzindo-se sua haste guia no interior da haste conectada ao amostrador. Eventual penetração do amostrador nestas condições (sem bater) é anotada. Se esta penetração for igual ou superior a 45 cm a cravação do amostrador não será realizada. Caso contrário o ensaio é prosseguido pela cravação de 45 cm do amostrador, inclusive penetração inicial sem bater, anotando-se o número de golpes necessários à cravação de 3 segmentos sucessivos de 15 cm cada um, previamente marcados com giz na haste, utilizando-se como referência o topo do revestimento. A cravação é efetuada pelo martelo padrão de 65 kg, caindo em queda livre de uma altura de 75 cm, controlada por marca existente na haste guia. Se após 45 golpes não se tiver conseguido penetrar os 45 cm do amostrador, o ensaio é paralisado, anotando-se a penetração parcial obtida. Define-se o índice de resistência à penetração, SPT, de um solo como sendo o número de golpes de um martelo de 65 kg, caindo em queda livre de 75 cm de altura, necessários á cravação dos últimos 30 cm de um amostrador padronizado, após penetração inicial de 15 cm.
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 44 No registro dos resultados de um ensaio de penetração, anotado sob forma de fração, o numerador indica o número de golpes (sendo que “P” indica zero golpes) e o denominador indica a penetração ocorrida. Os exem- plos a seguir ilustram o exposto: 2 3 5 ; ; ; 0 15 15 15 P corresponde a um NSPT de 8 2 4 6 ; ; ; 3 12 15 15 P corresponde a um NSPT de 10 4 6 8 ; ; ; 2 17 11 15 P não define um NSPT . Neste caso, costuma-se avaliar o SPT pelo valor proporcional obtido da seguinte forma: = × = 30 14 16 26 SPT N . 65 P indica um solo muito fraco cujo NSPT pode ser assumido como igual a 0. 18 P ; 1 28 indica um solo muito fraco cujo NSPT pode ser assumido como igual a 1. 1 2 4 ; ; ; 8 10 15 12 P não define um NSPT . Neste caso, costuma-se avaliar o SPT pelo valor proporcional obtido da seguinte forma: = × = ≈ 30 6 6.7 7 27 SPT N . 15 20 10 ; ; ; 0 15 15 11 P nãodefineumNSPT .Nestecaso,costuma-seavaliaroSPTpelo valor proporcional obtido da seguinte forma: = × = ≈ 30 30 34.6 35 26 SPT N .
2. Estudos preliminares • 45 As sondagens do tipo SPT devem seguir rigorosamente as disposi- ções da Norma NBR 6484/2001, tanto nos procedimentos aplicados, como no equipamento utilizado (o diâmetro do amostrador, o peso e a altura de queda serão aqueles padronizados pela Norma). Geralmente, a profundida- de mínima da sondagem SPT foi igual a 10,45 m, exceto na ocorrência de camada impenetrável ou enquadramento do perfil de resistência num dos critérios de paralisação indicados a seguir. Recomenda-se a observação dos critérios abaixo para paralisação da • sondagem sem prejuízo ao disposto no anteriormente: se obtiver penetração inferior ou igual a 5 cm durante 10 golpes • consecutivos; se obtiver até um máximo de 50 golpes para um mesmo ensaio • penetrométrico (45 cm); após se atingir 7 metros de profundidade forem obtidos 3,0 metros • sucessivos com penetração igual ou superior a 20 golpes para a cra- vação dos 30 cm finais do amostrador, respeitando-se um máximo de 50 golpes na execução de um mesmo ensaio. A amostragem e resistência à perfuração é executada da seguinte • forma: Até 1,0 m de profundidade devem ser coletadas com o trado duas • amostras de solo (uma a cada 0,5 m); a partir daí devem ser obti- das amostras a cada metro de perfuração através do amostrador padrão; A cada metro de profundidade, o número de golpes do amostrador • padrão (diâmetro interno 1 1/3” e externo 2”) sob ação de peso de 65 kg sob queda a uma altura de 75 cm, deve ser anotado para penetrar três séries de 15 cm, sucessivamente. Os valores a serem considerados como representativos correspondem às duas últimas séries, isto é, o número de golpes para penetrar os 30 cm finais; As amostras de solos coletadas através do trado ou do amostrador • padrão, deverão ser devidamente acondicionadas, com clara indi- cação do local e profundidade onde foram extraídas, para envio ao laboratório e posterior análises e verificações.
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 46 O ensaio DPL significa Dynamic Probe Light e é o mesmo penetrô- metro que alguns autores brasileiros denominal PDL, Penetrômetro Dinâ- mico Leve. As sondagens do tipo DPL devem seguir rigorosamente as dis- posições das Normas DIN 4094 e ISSMFE 1989, tanto nos procedimentos aplicados como no equipamento utilizado (o diâmetro e comprimento da ponteira, o peso e a altura de queda do martelo serão aqueles padronizados pela referida norma). O DPL em forma de aparelho manual, com torquíme- tro, permite medir resistência de ponta e atrito lateral da ponteira, até 12 m de profundidade. A ponteira tem maior diâmetro do que as hastes, 36 mm contra 22 mm, o que permite que, na maioria dos casos, o solo está em pou- co contato com as hastes, sem exercer pressão significativo. O DPL trabalha através cravação de um martelo de 10 kg caindo 50 cm, emitindo a energia de 50 J, quase 10 vezes menor em comparação do SPT (488 J). Existem, com a mesma forma da ponteira, mas em maior escala e com maior energia, os ensaios DPM, DPH, e DPSH, mas DPL é o mais interessante para uso em fórmulas de resistência. A profundidade mínima da sondagem DPL para este projeto foi igual a 10,0 m, exceto na ocorrência de camada impenetrável ou enquadramento do perfil de resistência num dos critérios de paralisação indicados a seguir. A amostragem e resistência à perfuração é executada da seguinte forma: A estratigrafia será identificada através de testemunhas nas pontei- • ras e nas hastes, bem como pelas correlações gráficas e analíticas apresentadas nos boletins. A resistência à penetração será obtida através do número de golpes • “N10 ” aferidos a cada 10cm de penetração da ponteira, bem como através do ensaio de torquímetro realizado a cada 1,0 m. Os resul- tados serão plotados em gráficos contra profundidade, onde devem constar separadamente os valores N10 , e qd (resistência de ponta) e fs (atrito lateral). Este tipo de sondagem possui qualidade para resistir manuseio e ope- ração em condições difíceis. Tem acessibilidade para atendimento em longas distâncias e chega a locais de difícil acesso. A operação permite velocidade de cravação de 60 metros por dia. O equipamento está em 5 a 10 minutos
2. Estudos preliminares • 47 montado em novo furo. O operador levanta para cima o martelo de 10 kg, deixá-lo cair livre 50 cm no batente no jogo das hastes, que cravam a pon- teira pelo solo. Na planilha do campo registra-se a quantidade de golpes ne- cessários para a penetração de cada 10 cm A ponteira de 36 mm tem maior diâmetro do que as hastes de 22 mm, o que permite o registro de resistência do solo através geometria e energia conhecida. Pela facilidade a mobilizar o equipamento por veículo de passeio, ou graças ao baixo peso e volume, admite transporte em avião, barco ou ônibus e o equipamento pode chegar muito rápido ao campo. A operação permite velocidade de cravação de 60 metros por dia, pode ser mais alta em solos moles. O equipamento inteiro de DPL pode ser transportado em carro pe- queno. Na construção da LT 230kV Vilhena-Jauru foram realizados 10 en- saios tipo DPL em torres que também tinham resultados SPT. A partir des- tes resultados por estudo de regressão linear simples (com coeficiente de correlação r2 = 0,872) obteve-se a correlação entre os resultados de sonda- gens SPT (N30 ) e DPL (N10 ) pela seguinte equação: = - 30 10 1,02 2,11 N N (2.1) Onde: N30 é o valor relativo à sondagem SPT e N10 à sondagem DPL. Esta correlação é evidentemente comprometida pela pequena quan- tidade de unidades amostrais (n=10). Uma melhor aproximação seria obtida com uma maior quantidade de dados. A partir destes resultados e conheci- da as correlações existentes nas publicações conhecidas relativas aos golpes SPT, este artigo propõe a seguinte interpretação dos resultados a partir dos demais resultados de sondagem DPL deste empreendimento: Tabela 2.1 - Interpretação de Solos Granulares N10 (DPL) N30 (SPT) COMPACIDADE < 1 < 2 Muito fofo < 7 2 a 4 Fofo < 83 5 a 18 Médio > 83 > 19 Compacto
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 48 Tabela 2.2 - Interpretação de Solos Coesivos, não-saturados N10 (DPL) N30 (SPT) CONSISTÊNCIA < 3 < 2 Muito mole 3 - 6 3 - 5 Mole 6 - 12 6 - 10 Médio 12 - 22 11 - 19 Rijo 22 - 45 20 - 24 Muito Rijo > 45 > 25 Duro A sondagem rotativa emprega equipamentos e processos que se mos- tram capazes de perfurar materiais impenetráveis para as sondagens à per- cussão, tais como rochas, pedras (matacões) ou outros obstáculos encontra- dos no subsolo, inclusive concreto. Os equipamentos utilizados são: sonda rotativa, haste de perfuração, revestimento, barriletes, coroas, alargadores ou calibradores, caixa de mola e mola, sapatas, conjunto moto-bomba e tripé. A execução da sondagem rotativa consiste na perfuração do material através da realização de manobras consecutivas, nas quais a composição de perfuração formada por hastes e barrilete, conectado à sua extremidade in- ferior, é girada pela sonda no mesmo tempo que é empurrada (pull down) na direção e sentido do furo. Por abrasão, a coroa vai assim cortando o material, sendo durante todo o processo, mantida a circulação de água injetada pela bomba, que tem como função a remoção dos resíduos oriundos do corte, bem como a refrigeração do sistema. O comprimento máximo de cada ma- nobra é limitado pelo comprimento do barrilete, que é em geral, de 1,5 a 3,0 metros. Ao fim de cada manobra o barrilete é alçado do furo e a amostra ob- tida no seu interior (testemunho), é retirada e colocada em caixas especiais com separação e, obedecendo a ordem de avanço da perfuração. No boletim de campo da sondagem são anotadas as profundidades de início e término das manobras e o comprimento dos testemunhos recuperados, medidos na caixa após sua arrumação cuidadosa. Deverão constar ainda do boletim de sondagem as demais informações pertinentes, tais como local da obra, nú- mero do furo, diâmetros de revestimento utilizados, número de fragmentos de cada amostra, descrição do material perfurado e nível d’água. O grau de fraturamento é, em geral, expresso pelo número de fratu- ramentos por metro, obtido dividindo-se o número de fragmentos obtidos em uma amostra pelo comprimento em metros desta amostra. O critério de denominação obedece ao exposto na tabela a seguir.
2. Estudos preliminares • 49 Tabela 2.3 - Definição de Grau de Fraturamento das Rochas GRAU DE FRATURAMENTO NÚMERO DE FRATURAS POR METRO Ocasionalmente fraturado < 1 Pouco fraturado 2 a 5 Medianamente fraturado 6 a 10 Muito fraturado 11 a 20 Extremamente fraturado > 20 Em fragmentos Pedaços de diversos tamanhos caoticamente dispersos A sondagem mista é aquela realizada com a sonda rotativa, execu- tando-se, nos trechos em solo, a amostragem com o amostrador padrão de percussão e o ensaio SPT e, nos trechos em rocha, ou material impenetrável, emprega-se os processos de perfuração e amostragem próprios das sonda- gens rotativas. O diâmetro mínimo do furo deverá ser de 73,0 mm (BW ou BX) para que o amostrador de percussão possa ser utilizado. O conhecimento dos parâmetros geotécnicos do solo é fundamental como dados de entrada de um projeto de fundações. A quantidade dos en- saios precisa atender a critérios estatísticos. Aumentando a variedade dos en- saios e a família estatística, o fator de segurança pode diminuir, acarretando menos incerteza, menos riscos e mais consistência. O projeto fica bem defi- nido, com melhor controle e menor risco, tanto no aspecto técnico como fi- nanceiro. Na execução das investigações geotécnicas, muitos problemas po- dem aparecer e o custo envolvido deve ser reduzido sem perda da qualidade e confiabilidade dos resultados. Quatro problemas típicos devem ser levados em conta: acesso, espaço de operação do equipamento, produtividade e cus- to. Os ensaios convencionais geram mais despesas nas campanhas em serras, várzeas, mangues, matas fechadas e em locais distantes dos grandes centros populacionais. Uma programação de sondagem deve sempre considerar se o local é acessível, se a área de operação está disponível, eventual distância necessária a ser percorrida a pé, obstáculos como encostas e rios, contami- nações e os riscos. Fazer ensaios em taludes, banquetas, bermas, escavações, poços, beiras de rios, ruas e calçadas pode implicar em um custo adicional de preparo. É demorado instalar equipamentos convencionais em mato fe- chado, solos moles, lagoas ou rios e locais com matacões e rocha superficial. A produtividade cai e o custo aumenta quando é necessário fazer desloca- mentos dos furos. A movimentação com equipamentos pesados em picadas no mato é demorada ou impossível. Para projetos residenciais e outros de
Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 50 pequeno porte, com necessidade de poucos furos, o preço por furo encare- ce. O transporte de equipamentos pesados tem alto custo. Pela facilidade a mobilizar o equipamento de DPL por veículo de passeio, ou graças ao baixo peso e volume, admite transporte em avião, barco ou ônibus e o equipamen- to pode chegar muito rápido ao campo. A operação permite velocidade de cravação de 60 metros por dia, pode ser mais alta em solos moles. O equipa- mento inteiro de DPL pode ser transportado em carro pequeno. Solos com valores de N10 menores que 8 são solos que merecem cuidados especiais. Solos com N10 maior que 70 oferecem boas condições de assentamento. Solos com N10 entre 4 e 25 são geralmente fáceis de escavar. As tabelas a seguir fornecem indicações de valores que podem ser usados como estimativas dos principais parâmetros dos solos, baseados no SPT, para solos arenosos e argilosos: Tabela 2.4 - Parâmetros para solos arenosos (areias e siltes arenosos) NSPT Peso específico (kN/m3 ) Coesão (kN/m2 ) Ângulo de Atrito (º) Módulo de Elasticidade (kN/m2 ) 0-4 16,0 0,00 25-30 10-50 5-8 18,0 0,00 30-35 60-140 9-18 19,0 0,00 35-40 150-400 19-40 20,0 0,00 40-45 400-700 41-50 21,0 0,00 45 700-1000 Tabela 2.5 - Parâmetros para solos argilosos (argilas e siltes argilosos) NSPT Peso específico (kN/m3 ) Coesão (kN/m2 ) Ângulo de Atrito (º) Módulo de Elasticidade (kN/m2 ) 0-2 13,0 0,05-0,13 0 3-12 3-5 15,0 0,16-0,25 0 13-28 6-10 17,0 0,30-0,50 0 29-50 11-19 19,0 0,60-1,40 0 60-150 20-50 20,0 1,50-4,50 0 160-300
3. Fundações de Linhas de Transmissão • 51 3. Fundações de Linhas de Transmissão 3.1 Introdução A história de projetos de fundações para torres metálicas de linhas de transmissão reflete transformações contínuas devido ao progresso da mecâ- nica dos solos, revelando novos conceitos e adaptando teorias já consagra- das. Esta evolução se dá necessariamente pela complexidade das proprieda- des mecânicas dos novos materiais, bem como a necessidade de diminuição de volumes para redução de custos. Os primeiros tipos de fundações eram meras extensões das pernas das torres (grelhas), projetadas para uso universal sem levar em conta os diversos tipos de solo. Mais tarde, estas grelhas foram diferenciadas por tipo de solo encontrado. O uso de lajes de concreto no fundo para assentamento destas grelhas foi iniciado no intuito de padronizar o tipo de grelha e variar a altura de laje dependendo do tipo de solo (WIGGINS, 1969). Com o aumento das alturas de torres, foram exigidas fundações maiores. Além do mais, problemas com corrosões das grelhas se tornaram aparentes. Com isso, introduziu-se a prática de cobrir as grelhas completa- mente com concreto. Esta ação foi tomada formalmente como método para o reforço de fundações metálicas com problemas estruturais. Uma pequena cantoneira na inclinação do pé da torre tinha a função de transferir esfor- ços da torre para a fundação. Este tipo de fundação requer operações de escavação, forma e reaterro. Os empuxos resultantes abaixo da sapata são facilmente calculados (WIGGINS, 1969). O crescimento do custo da mão de obra e a necessidade de redução de prazos nas obras foram responsáveis pelo crescimento do uso de equipa- mentos mecânicos para execução de fundações de torres metálicas. Segundo WIGGINGS (1969), o primeiro benefício do uso de sapatas para fundações de torres foi a redução do tempo de trabalho. Em 1965 numa linha constru- ída no estado de Nova Iorque, na qual foram construídas grelhas metálicas, foi obtida a seguinte produtividade: a média por equipe era executar 75% das fundações de uma torre (três grelhas) por dia. Uma equipe era compos-
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  • 3. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução - Crysthian Purcino Bernardes Azevedo Belo Horizonte • 2011
  • 4. Ficha Catalográfica Bibliotecária: Denise Cristina de Castro CRB 1941-6 Diagramação, fotografia e arte da capa: Josemar Lucas Azevedo, Crysthian Purcino Bernardes Fundações para linhas de transmissão: dimensionamento e execução / Crysthian Purcino Bernardes Azevedo. – Belo Horizonte: Fundac-BH, 2009. 411 p.: il.; 21 cm. ISBN 978-85-85477-27-1 1. Engenharia – história. 2. Engenharia – currículo. 3. Engenharia – estudo e ensino. I. Título. CDU 62(091) A994 www.fundac.org.br
  • 5. Ao Deus da minha vida por ter mandado seu filho Jesus Cristo para morrer pelos meus pecados e pela nova vida que me deu. Pela força dada diante das lutas que me trouxeram aqui neste ponto. Pelo Espírito Santo que me consola e me permite sorrir sempre, mesmo diante de desafios aparen- temente intransponíveis. À minha querida e amada esposa Keila. Te amo! Que mulher surpre- endente. Meu amor por você cresce a cada dia! Soube sempre superar as difi- culdades e individualidades entendendo que o sonho é nosso e não somente meu. Obrigado pelo seu amor e dedicação. Este livro é nosso! Aos Engº João Batista (Joãozinho) e Engº Roberto Perona que me deram a oportunidade como estagiário de engenharia de fundações. Ao Rogério Guimarães que confiou no profissional e permitiu que eu tivesse hoje uma profissão: engenheiro de fundações. Ao Engº Mágico Gonzaga e Engº Mauro Célio pelos conhecimentos práticos de execução de obras. A todos os clientes que comentam os projetos acrescentando conhecimentos de detalhes específicos. Ao Engº Hudson Wagner pela nova oportunidade na área. A Engª Maria Guilhermina pelo apoio e confiança neste projeto. Ao Engº Evanildo Ribas pela aprovação e apoio deste projeto. A LEME Engenharia pelo patrocínio e confiança técnica nesta publicação. Aos meus amados irmãos em Cristo pelas orações. Eis mais uma obra para honra e glória de Deus. Então, falou Jesus às multidões e aos seus discípulos: Na cadeira de Moisés se assentaram os escribas e os fariseus. Fazei e guardai, pois, tudo quanto eles vos disserem, porém não os imiteis nas suas obras; porque dizem e não fazem. Atam fardos pesados [e difíceis de carregar] e os põem sobre os ombros dos homens, entretanto, eles mesmos nem com o dedo querem movê-los. Praticam, porém, todas as suas obras com o fim de serem vistos dos homens; pois alargam os seus filactérios e alongam as suas franjas. Amam o primeiro lugar nos banquetes e as primeiras cadeiras nas sinagogas, as saudações nas pra- ças e o serem chamados mestres pelos homens. Vós, porém, não sereis chamados mestres, porque um só é vosso Mestre, e vós todos sois irmãos. (Mt. 23:1-8) Agradecimentos
  • 6. Filho de Dona Solange e do Seu Rafael, irmão do Dí e do Kennedy. Foi gerado em Bom Despacho e nasceu em Pará de Minas. Cresceu no cen- tro de Belo Horizonte, próximo e dentro do Parque Municipal. Cursou o 1º grau na Escola Estadual Afonso Pena e o 2º grau no Estadual Central e Colégio Pitágoras, ambos na capital mineira. Engenheiro Civil pela UFMG em 2000 passou 3 anos em construções de Linhas de Transmissão (Rio Grande do Sul, Pará, Maranhão e Argentina). Retonrou a Belo Horizonte em 2003 quando cursou Especialização em Ge- otecnia Ambiental pela UFMG. No ano seguinte concluiu a Especialização em Engenharia de Estruturas, pela UFMG. Em 2006, tournou-se mestre em Engenharia Civil, também pela UFMG. Hoje, com Doutorado, é professor substituto do Departamento de Estruturas da UFMG. Profissionalmente compõe a equipe de engenheiros do Núvleo Civil da Linha de Produtos e Sistemas Elétricos da Leme Enge- nharia. Planeja iniciar um MBA em Gestão de Projetos e Pessoas para aper- feiçoar seu crescimento profissional. Dados biográficos
  • 7. Este livro Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamen- to e Execução, vem preencher uma importante lacuna na bibliografia técnica disponível sobre fundações, particularmente sobre fundações para linhas de transmissão. Talvez esta lacuna até então existente, possa ser explicada, em parte, pela especificidade destas fundações. Com efeito, muito embora todas as fundações tenham as mesmas funções básicas, quais sejam, as de supor- tar os carregamentos oriundos da super-estrutura transmitindo-os de forma compatível à capacidade de resistência dos solos, as fundações para linhas de transmissão possuem algumas características que as distinguem das demais. Em primeiro lugar, pode-se destacar o elevado número de fundações que compõem cada projeto, alcançado facilmente a casa de milhares de unida- des. Por outro lado, há que se recordar que, pelas suas extensões, as linhas de transmissão freqüentemente costumam atravessar variados tipos de solo em um só projeto. Outro aspecto ainda bastante relevante a ser observado no projeto destas fundações, é a composição dos carregamentos a que estão submetidas. Sempre existem elevadas cargas de arrancamento, quase iguais às cargas de compressão, associadas com cargas horizontais significativas. Por esta razão, uma bibliografia que abordasse tema tão complexo e extenso como as fundações para linhas de transmissão, precisaria ser escrita por alguém que tivesse profundo conhecimento das incertezas que envolvem as questões relacionadas à mecânica dos solos, bem como uma razoável ex- periência prática de execuções de fundações no campo. É exatamente o que ocorre com o autor deste livro. Tendo o mesmo a oportunidade de trabalhar no universo da indústria onde pôde aprender as questões práticas do “como fazer”, teve o autor a chance de voltar à universidade aprofundando seus estu- dos através de programas de mestrado e doutorado sobre a matéria. Este livro é, pois, uma conjunção balanceada de conhecimentos de na- tureza teórico-práticos, importantes e necessários para quem se habilite a tra- balhar em projetos que, por demandarem somas incalculáveis de recursos fi- nanceiros, tornam imperativa a conjugação do binômio segurança-economia. Engº João Batista Guimarães Ferreira Silva Prefácio
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  • 9. Neste livro os métodos de cálculo de fundações de Linhas de Trans- missão consagrados serão avaliados no intuito de se apresentar a evolução e estado da arte. Até hoje não havia sido publicado em uma única fonte in- formações que possam ajudar na formação de um engenheiro de fundações em Linhas de Transmissão. As informações geralmente estão dispersas em artigos e livros diversos. A intenção aqui é apresentar uma base sólida de conhecimentos para a formação de engenheiros de fundações com visão técnica e prática dos projetos. Serão apresentados exemplos de cálculos dos diversos tipos de fundações aplicados em LT’s, detalhes de projeto, detalhes construtivos, especificações de serviços, ensaios de compressão e tração (ar- rancamento) etc. Fundações bem projetadas apresentam resultados em ensaios de pro- tótipos acima do esperado nos cálculos, o que leva a uma tranqüilidade em relação à segurança, mas também um alerta na direção de crescimento dos custos. Atualmente, a grande competitividade entre empresas nacionais e in- ternacionais em leilões não permitem a extrapolação em quantitativos, e uma economia em fundações leva a vitórias em leilões e ampliação da margem de lucros. Desta forma, neste livro será apresentado uma nova Metodologia de Cálculo Baseada em Confiabilidade para Projeto Otimizado de Fundações de Linhas de Transmissão usando Ensaios de Protótipos. O objetivo pri- mordial desta nova metodologia é reduzir as dimensões das fundações com manutenção sem abrir mão da segurança. O objetivo é fornecer ao meio técnico informações fundamentais que permitam ao engenheiro projetar e executar fundações de Linhas de Trans- missão dentro de conceitos técnicos consagrados pela experiência prática e acadêmica. Apresentação
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  • 11. À minha amada, idônea, maravilhosa e dedicada esposa auxiliadora Keila. Ao fruto lindo de nosso amor: João Crysthian. Ao próximo lindo fruto hoje em formação no útero da Keila. Ao TODO PODEROSO DEUS soberano! Dedicatória
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  • 13. Sumário Lista de Símbolos ............................................................................................ Lista de Abreviaturas ...................................................................................... 1 Introdução 1.1 Apresentação do Problema ............................................................ 1.2 Importância do trabalho ................................................................ 1.3 Objetivos .......................................................................................... 1.4 Apresentação do trabalho .............................................................. 2 Estudos Preliminares 2.1 Levantamento Plano-altimétrico de Linhas de Transmissão .... 2.2 Investigações Geológico-Geotécnicas ......................................... 3 Fundações de Linhas de Transmissão 3.1 Introdução ........................................................................................ 3.2 Etapas do Projeto de Fundação de uma LT ............................... 3.2.1 Etapa 1: Levantamento de quantitativos para concorrência .............. 3.2.2 Etapa 2: Projeto básico .................................................................... 3.2.3 Etapa 3: Projeto executivo ............................................................... 3.2.4 Etapa 4: Projeto “Como construído” ............................................... 3.3 Metodologias Clássicas de Cálculo de Fundações de LT ......... 3.3.1 Generalidades .................................................................................. 3.3.2 Compressão ..................................................................................... 3.3.3 Arrancamento (Tração) ................................................................... 3.3.4 Tombamento .................................................................................... 3.3.5 Método da Universidade de Grenoble ............................................... a) Introdução .................................................................................. b) Expressões gerais da capacidade de carga à tração .............. c) Expressões dos coeficientes de resistência ao arrancamento d) Expressões da Capacidade de Carga à Tração – Estacas .... e) Expressões da Capacidade de Carga à Tração – Placas ....... f) Expressões da Capacidade de Carga à Tração – Sapatas ..... g) Expressões da Capacidade de Carga à Tração – Tubulões com Base Alargada ................................................................... h) Exemplos de Cálculo da Capacidade de Carga à Tração .... 3.3.6 Método de Meyerhof e Adams ......................................................... a) Introdução .................................................................................. b) Teorias anteriores ...................................................................... 25 27 29 32 33 34 37 41 51 52 53 55 62 64 64 64 65 65 66 67 67 68 68 70 72 79 84 85 104 104 105
  • 14. c) Fundações pouco profundas .................................................... d) Fundações com grande profundidade .................................... e) Fundações circulares e retangulares ......................................... 3.4 Dimensionamento Geotécnico de Fundações para LT ............. 3.4.1 Introdução ....................................................................................... 3.4.2 Capacidade de Carga dos Solos ........................................................ 3.4.3 Recalques ......................................................................................... 3.4.4 Recalque Admissível ........................................................................ 3.4.5 Tensão Admissível ........................................................................... 3.5 O Estado da Arte de Projetos de Fundações para LT ............... 3.5.1 Generalidades .................................................................................. 3.5.2 Principais Estudos ........................................................................... 3.5.3 Por que projetos de fundações de Linhas de Transmissão são especiais ........................................................................................... 3.5.4 Confiabilidade ................................................................................. a) Método determinístico ............................................................... b) Método probabilístico ............................................................... 3.5.5 Projeto Geotécnico ............................................................................. 4 As Incertezas Envolvendo o Projeto e a Execução de Funda- ções de Linhas de Transmissão 4.1 Introdução ......................................................................................... 4.2 Incertezas .......................................................................................... 4.2.1 Generalidades ................................................................................... 4.2.2 Tipos de Incertezas ............................................................................ 4.2.3 Incertezas Físicas .............................................................................. 4.2.4 Incertezas Estatísticas ....................................................................... 4.2.5 Incertezas de Modelagem ................................................................... 4.2.6 Incertezas Relacionadas a Fatores Humanos ..................................... 4.2.7 Incertezas de Avaliação ..................................................................... 4.2.8 Incertezas Fenomenológicas ................................................................ 4.2.9 Incertezas de Medição ....................................................................... 4.2.10 Conclusões ...................................................................................... 5 Ensaios de Fundações de Linhas de Transmissão 5.1 Detalhamento do Ensaio de Campo ............................................. 5.1.1 Preparação do Terreno ...................................................................... 5.1.2 Montagem do Tripé de Ensaio .......................................................... 5.1.3 Levantamento do Estai Provisório .................................................... 5.1.4 Retirada do Grampo U do Estai Ensaiado e Alívio dos Outros Estais ............................................................................................... 108 110 111 114 114 114 115 115 116 117 117 117 119 119 119 120 122 125 127 127 127 128 130 131 133 135 135 136 138 139 139 140 140 143
  • 15. 5.1.5 Nivelamento do Tripé de Ensaio ....................................................... 5.1.6 Prova de Carga ................................................................................. 5.2 Procedimento de Ensaio ................................................................... 6 Metodologia de Cálculo Baseada em Confiabilidade para Projeto Otimizado de Fundações de Linhas de Transmissão 6.1 Introdução ......................................................................................... 6.2 Objetivo ............................................................................................. 6.3 Metodologia ...................................................................................... 6.3.1 Confiabilidade baseada na equação de projeto (IEC 60826, 2003) ... 6.3.2 Avaliação da capacidade geotécnica de projeto da fundação .................. 6.3.3 Avaliação da capacidade do teste da fundação ..................................... 6.3.4 Análise e calibração de dados baseadas no Modelo de Regressão linear a) Geral .............................................................................................. b) modelo m - nenhuma correlação (dados de teste repetidos em um local de teste específico) ............................................... c) modelo m - com correlação (dados de teste plotados ao longo de uma linha reta) ............................................................. d) Fator de resistência da fundação, ØF sob o modelo da regressão linear ............................................................................ 6.3.5 CASO A – O Intercepto é não-nulo e a variação dos erros residuais é constante ......................................................................................... 6.3.6 CASO B – O Intercepto é não-nulo e a variação dos erros residuais não é constante .................................................................................. 6.3.7 CASO C – Apenas inclinação sem intercepto e variação constante dos residuais ...................................................................................... 6.3.8 CASO D – Apenas inclinação sem intercepto e variação não cons- tante dos residuais ............................................................................. 6.4 Exemplo ............................................................................................... 6.4.1 m - modelo ........................................................................................ 6.4.2 Modelo da regressão linear ................................................................ 6.5 Sumário e conclusões ......................................................................... 7 Especificações Técnicas 7.1 Objetivo ................................................................................................ 7.2 Generalidades ...................................................................................... 7.3 Documentos de referência ................................................................ 7.4 Serviços preliminares ......................................................................... 7.4.1 Levantamentos Topográficos .............................................................. 7.4.2 Caminhos de Serviço e Acesso ........................................................... 7.4.3 Investigações Geotécnicas ................................................................... 144 146 150 155 155 156 156 158 159 160 160 161 162 164 167 167 167 167 164 167 168 170 173 173 174 175 175 176 177
  • 16. 7.4.4 Ensaios de Laboratório ..................................................................... 7.4.5 Desmatamento, Destocamento e Limpeza .......................................... 7.4.6 Demolições e Desmontagens ............................................................... 7.5 Terraplenagem ..................................................................................... 7.5.1 Generalidades ................................................................................... 7.5.2 Normas e Códigos Aplicáveis ........................................................... 7.5.3 Materiais .......................................................................................... 7.5.4 Serviços Preliminares ........................................................................ 7.5.5 Cortes ............................................................................................... 7.5.6 Aterros ............................................................................................. a) Aterro junto às estruturas de concreto ..................................... b) Controle Tecnológico ................................................................. c) Controle Geométrico .................................................................. 7.5.7 Material de Empréstimo ................................................................... 7.5.8 Área de Disposição de Material Excedente (ADME) ...................... 7.5.9 Enrocamentos (Aterros com material de 3ª Categoria) ....................... a) Controle Tecnológico .................................................................. b) Enrocamento em substituição a solos ..................................... c) Enrocamento de proteção .......................................................... 7.5.10 Remoção de Solos Moles .................................................................. 7.5.11 Reaterro de Escavações em Solos Moles ........................................... 7.5.12 Momento Extraordinário de Transporte .......................................... 7.5.13 Escavação, Carga e Transporte de Material Estocado ..................... 7.6 Escavações ........................................................................................... 7.6.1 Generalidades ................................................................................... a) Objetivo ......................................................................................... b) Normas ......................................................................................... c) Considerações gerais ................................................................... d) Plano de escavação ...................................................................... e) Classificação dos materiais ......................................................... 7.6.2 Escavação ......................................................................................... a) Locação ......................................................................................... b) Execução ...................................................................................... 7.6.3 Escavação de Fundações .................................................................... 7.6.4 Escoramento ..................................................................................... a) Execução ....................................................................................... b) Retirada do escoramento ............................................................ 7.6.5 Esgotamento ..................................................................................... 7.6.6 Apiloamento ..................................................................................... 7.7 Reaterro ................................................................................................ 7.7.1 Objetivo ............................................................................................ 177 178 179 180 180 180 180 181 181 184 188 188 189 190 190 191 193 193 194 195 197 197 197 198 198 198 198 199 199 200 201 201 201 202 203 203 204 204 205 205 205
  • 17. 7.7.2 Precauções ......................................................................................... 7.7.3 Execução .......................................................................................... 7.7.4 Execução de Reaterro Com Solo-Cimento ......................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Teor de Cimento – Traço Solo-Cimento ................................. c) Ensaios de Validação ................................................................... 7.8 Drenagem superficial ......................................................................... 7.8.1 Sarjetas ............................................................................................ a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.2 Valetas de Pé de Aterro ................................................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.3 Valetas de Crista de Corte ................................................................ a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.4 Revestimento das Valetas .................................................................. a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ 7.8.4.b.1 Revestimento de concreto simples com agregados convencionais ....... 7.8.4.b.2 Revestimento com Pedra Argamassada ........................................ 7.8.4.b.3 Revestimento com Grama ............................................................ c) Controle ........................................................................................ 7.8.5 Saídas e Descidas d’água .................................................................. a) Generalidade ................................................................................. b) Material ......................................................................................... c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ e) Aceitação ....................................................................................... 7.8.6 Soleiras de Dispersão ........................................................................ a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.7 Caixas Coletores e de Passagem ........................................................ 205 206 207 207 209 210 212 212 212 212 212 213 213 213 213 213 214 214 214 214 214 215 215 215 215 215 216 216 216 216 216 217 217 218 218 218 218 218 219 219 219
  • 18. a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.8 Bueiros ............................................................................................. a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.9 Berços ............................................................................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.10 Alas e Bocas para Bueiros .............................................................. a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.8.11 Canaletas ....................................................................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ e) Aceitação ....................................................................................... 7.8.12 Caixa Separadora de Água e Óleo - CSAO .................................. a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais ........................................................................................ c) Execução ....................................................................................... d) Controle ........................................................................................ 7.9 Drenagem subsuperficial – trincheiras drenantes .......................... 7.9.1 Objetivo ........................................................................................... 7.9.2 Condições Gerais .............................................................................. 7.9.3 Material ........................................................................................... a) Tubos de drenagem ..................................................................... b) Material drenante ......................................................................... c) Material filtrante ........................................................................... 7.9.3.c.1 Agregados ................................................................................... 7.9.3.c.2 Geossintéticos .............................................................................. 7.9.4 Execução .......................................................................................... 7.9.5 Manejo Ambiental ........................................................................... 219 219 219 220 220 220 220 220 221 222 222 222 222 222 222 222 223 223 223 223 223 224 225 226 226 226 226 226 226 227 228 228 229 230 230 230 231 231 231 232 233
  • 19. 7.9.6 Controle de Qualidade ...................................................................... a) Material .......................................................................................... b) Geométrico .................................................................................. c) Acabamento .................................................................................. d) Verificação dos trabalhos ........................................................... 7.9.7 Poços de Visita ................................................................................. 7.10 Drenagem profunda – dreno subhorizontal ................................ 7.10.1 Objetivo .......................................................................................... 7.10.2 Normas Complementares ................................................................ 7.10.3 Condições Gerais ............................................................................ 7.10.4 Material ......................................................................................... a) Tubo ............................................................................................... b) Argamassa ..................................................................................... c) Filtro de geossintético ................................................................. 7.10.5 Execução ........................................................................................... 7.10.6 Manejo Ambiental ............................................................................. 7.10.7 Controle de Qualidade ....................................................................... a) Material .......................................................................................... b) Geométrico .................................................................................. c) Condições hidráulicas ................................................................. d) Verificação dos trabalhos ........................................................... 7.11 Estruturas em gabiões ..................................................................... 7.11.1 Objetivo .......................................................................................... 7.11.2 Normas Complementares ................................................................ 7.11.3 Condições Gerais ............................................................................ a) Gabiões – caixa com revestimento em PVC ........................... b) Gabiões – colchão com revestimento em PVC ...................... c) Gabiões – saco com revestimento em PVC ............................ 7.11.4 Execução da Obra ......................................................................... a) Enchimento dos gabiões ............................................................ b) Montagem de gabiões - caixa .................................................... c) Montagem de colchões ............................................................... d) Montagem de gabiões-saco ....................................................... 7.12 Estruturas reforçadas com geossintéticos .................................... 7.12.1 Generalidades ................................................................................. 7.12.2 Normas Complementares ................................................................ 7.12.3 Processos Construtivos ..................................................................... 7.12.4 Sistemas Dreno-Filtrantes .............................................................. 7.12.5 Manuseio e Acondicionamento do Geossintético ............................... 7.12.6 Cuidados na Instalação do Geossintético ......................................... 7.13 Solos grampeados ............................................................................. 234 234 235 235 236 236 236 236 236 237 237 237 238 238 238 240 240 240 241 241 242 242 242 242 242 242 243 243 243 244 244 245 246 246 246 246 248 250 251 251 252
  • 20. 7.13.1 Objetivo .......................................................................................... 7.13.2 Normas Complementares ................................................................ 7.13.3 Seqüência Construtiva .................................................................... 7.13.4 Grampos ........................................................................................ 7.13.5 Geometria ....................................................................................... 7.14 Muros em terra armada ................................................................... 7.14.1 Generalidades ................................................................................. 7.14.2 Componentes ................................................................................... a) Soleira de concreto ...................................................................... b) Escamas de concreto .................................................................. c) Juntas ............................................................................................. d) Armaduras .................................................................................... e) Material do aterro ........................................................................ 7.14.3 Cuidados Especiais ......................................................................... a) Armazenamento ........................................................................... b) Equipamentos e materiais .......................................................... 7.14.4 Seqüência Executiva de Montagem ................................................. a) Soleira ............................................................................................ b) Assentamento da primeira linha de escamas ........................... c) Colocação das juntas ................................................................... d) Execução de aterro compactado ............................................... e) Colocação das armaduras ........................................................... f) Montagem das linhas subsequentes........................................... 7.15 Concreto ............................................................................................ 7.15.1 Generalidades ................................................................................. 7.15.2 Normas Complementares ................................................................ 7.15.3 Materiais ........................................................................................ a) Composição do concreto ........................................................... b) Agregado graúdo ......................................................................... c) Água ............................................................................................... d) Aditivos ......................................................................................... 7.15.4 Argamassas .................................................................................... a) Objetivo ......................................................................................... b) Normas complementares........................................................... c) Materiais ........................................................................................ 7.15.4.c.1 Cimento .................................................................................... 7.15.4.c.2 Água ........................................................................................ 7.15.4.c.3 Cal ........................................................................................... 7.15.4.c.4 Areia ........................................................................................ 7.15.4.c.5 Argamassas pré-misturadas ....................................................... d) Preparo .......................................................................................... 252 252 252 253 253 253 253 254 254 254 254 254 255 255 255 255 256 256 256 257 257 258 258 258 258 259 260 260 262 263 264 264 264 264 265 265 265 265 265 266 266
  • 21. 7.15.5 Preparo do Concreto ....................................................................... a) Dosagem ....................................................................................... b) Amassamento ............................................................................... c) Concretagem ................................................................................. d) Lançamento do concreto ........................................................... e) Adensamento do concreto ......................................................... f) Juntas de concretagem ................................................................. g) Juntas de dilatação ....................................................................... 7.15.5.g.1 Considerações gerais ...................................................................... 7.15.5.g.2 Aplicação ..................................................................................... h) Acabamentos superficiais........................................................... i) Cura e proteção do concreto ...................................................... 7.15.6 Formas .............................................................................................. a) Generalidades ............................................................................... b) Materiais utilizados ...................................................................... c) Aberturas para concretagem ...................................................... d) Tirantes das formas ..................................................................... e) Escoramentos ............................................................................... f) Projetos de formas e escoramentos .......................................... g) Precauções anteriores ao lançamento do concreto ................ h) Retirada das formas ..................................................................... i) Aberturas, furos e peças embutidas ........................................... 7.15.7 Armaduras ........................................................................................ 7.15.8 Tolerâncias ......................................................................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Tolerâncias em trabalhos de concreto ...................................... 7.15.9 Controle Tecnológico do Concreto ........................................................ 7.15.10 Aparelhos de Apoio ......................................................................... a) Generalidades ............................................................................... b) Material ......................................................................................... 7.15.10.b.1 Aparelho de apoio de elastômero fretado ..................................... c) Execução ....................................................................................... 7.15.10.c.1 Montagem do aparelho de apoio de elastômero fretado .................. 7.15.11 Controle ........................................................................................... a) Aparelho de apoio de elastômero fretado ................................ 7.15.12 Demolição de Estruturas de Concreto ............................................... 7.16 Revestimento vegetal ....................................................................... 7.16.1 Objetivo ............................................................................................. 7.16.2 Condições Gerais ................................................................................ 7.16.3 Materiais ........................................................................................... a) Grama ............................................................................................ 266 266 267 268 269 271 271 272 272 272 273 274 275 275 275 276 276 276 277 277 278 279 279 281 281 282 283 283 283 284 284 284 284 285 285 288 289 289 289 289 289
  • 22. b) Árvores e arbustos ...................................................................... c) Tela vegetal ................................................................................... d) Geossintéticos .............................................................................. e) Matéria orgânica ........................................................................... f) Material protetor .......................................................................... g) Fertilizantes e corretivos ............................................................. h) Análise do solo ............................................................................ 7.16.4 Execução ........................................................................................ 7.16.5 Manejo Ambiental ......................................................................... 7.16.6 Controle de Qualidade .................................................................... a) Material .......................................................................................... b) Geométrico .................................................................................. c) Acabamentos ................................................................................ d) Aceitação e rejeição ..................................................................... 7.17 Bioengenharia ................................................................................... 7.17.1 Objetivo .......................................................................................... 7.17.2 Materiais e Serviços de Bioengenharia ............................................. a) Introdução .................................................................................... b) Paliçadas ........................................................................................ c) Preenchimento de concavidades com cilindros vegetativos . d) Correção do solo (aplicação de calcário) ................................. e) Controle das formigas cortadeiras ............................................ f) Coveamento / espaçamento para herbáceas ............................ g) Adubação inicial ........................................................................... h) Semeio manual ............................................................................. i) Aplicação de biomanta de fibras vegetais ................................. j) Adubação de cobertura ................................................................ k) Ressemeio ..................................................................................... l) Manutenção anual ......................................................................... 7.18 Cuidados com a segurança e proteção ambiental ....................... 8 Planilhas de Locação das Fundações 8.1 Cálculo da Profundidade e Afloramento para Fundação em Tubulão 8.1.1 Fundação em tubulão com comprimento constante “L” ............................ 8.1.2 Fundação em tubulão com comprimento “L” variável e profundidade “h” constante ..................................................................................... 8.2 Dimensões do Tubulão ...................................................................... 8.3 Cálculo da Profundidade e Afloramento para Fundação em Sapata .................................................................................................... 8.3.1 Fundação em sapata com comprimento constante “L” e fuste inclinado 8.3.2 Fundação em sapata com comprimento “L” variável e profundidade “h” constante .............................................................................................. 290 290 290 291 291 291 291 292 293 294 294 294 294 294 295 295 295 295 296 297 297 297 298 298 298 299 300 300 300 300 303 303 305 305 306 306 306
  • 23. 9 Execução das Fundações 9.1 Introdução ........................................................................................... 9.2 Relatório fotográfico .......................................................................... Referências Anexo I - Planilha Resumo de Quantitativos .............................................. Anexo II - Carregamento das Fundações .................................................... Anexo III - Investigações Geológico-Geotécnicas .................................... Anexo IV - Fundações Especiais .................................................................. Anexo V - Relatório de Definição de Fundações ....................................... Anexo VI - Tabela de Locação de Estruturas e Pontos Críticos .............. Anexo VII - Lista de Construção .................................................................. Anexo VIII - Planilha de Marcação de Cavas ............................................. Anexo IX - Reforços de Fundações ............................................................. Anexo X - Tabelas com Coeficientes de Capacidade de Carga – Meto- dologia da Universidade de Grenoble .......................................................... Anexo XI - Avaliação Probabilística de Deslocamentos de Fundações de Linhas de Transmissão .............................................................................. XI.1 Introdução ......................................................................................... XI.2 Sistema Norte-Nordeste ................................................................. XI.3 As Fundações ................................................................................... XI.4 Ensaios de Arrancamento em Fundações de Torres Estaiadas ... XI.5 Tratamento Estatístico .................................................................... XI.5.1 Parâmetros e Distribuições de Probabilidades ................ XI.5.2 Covariância e Correlação entre os Modos de Falha ....... XI.6 Probabilidade de Falha das Fundações ......................................... XI.6.1 Falha no Subsistema Estai .................................................. XI.6.2 Falha em uma Fundação de Torre Estaiada ..................... XI.6.3 Falha Nas Fundações dos Estais de Uma Torre Estaiada XII - Estudo Probabilístico da Resistência à Compressão de Concretos Utilizados em Fundações de Linhas de Transmissão ................................ XII.1 Introdução ....................................................................................... XII.2 Características do concreto empregado no empreendimento .... XII.3 Orientações normativas para a resistência do concreto ........... XII.3.1 NBR 12655 .......................................................................... XII.3.2 ACI 318 ................................................................................ XII.3.3 Eurocode 2 .......................................................................... XII.4 Avaliação Estatísitica da resistência do concreto ....................... XII.5 Valores estimados para fck ........................................................... XII.6 Conclusão para os valores estimados para fck ........................... 307 307 331 335 336 339 341 342 343 345 346 349 350 364 364 365 366 368 371 371 381 385 385 387 388 392 392 394 395 395 397 398 399 407 410
  • 24.
  • 25. Lista de Símbolos • 25 Lista de Símbolos Símbolo Descrição B Largura de uma base retangular 2B Largura de uma base retangular 2Bf Largura de um fuste retangular c Intercepto de coesão C Coesão ao longo do plano vertical de corte da fundação Cf Força de coesão D Profundidade enterrada Dc Profundidade crítica DL Efeito dos carregamentos de peso próprio e Espessura da base E Número de erros F Força de atrito Fa Carga de tração (arrancamento) H Altura da fundação kp Coeficiente de empuxo passivo do solo kpv Componente vertical do coeficiente de empuxo passivo do solo ku Componente de levantamento nominal de pressão do solo 2L Comprimento de uma base retangular 2Lf Comprimento de um fuste retangular m Coeficiente de redução devido à espessura da base M Resposta prevista usando o Modelo. Me Momento Estabilizante Mt Momento de Tombamento Mc Coeficiente de capacidade de carga à tração relacionado à coesão Mφ Coeficiente de capacidade de carga à tração relacionado ao ângulo de atrito Mγ Coeficiente de capacidade de carga à tração relacionado ao peso específico Mq Coeficiente de capacidade de carga à tração relacionado à sobrecarga O Oportunidade de erros p Perímetro pb Perímetro da base pf Perímetro do fuste po Sobrecarga para o método de Meyerhof P Peso próprio Peso da fundação
  • 26. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 26 pp Empuxo passivo total inclinado de um ângulo δ com a horizontal Ps Peso do solo Peso do volume de solo do tronco de cone Ptub Peso próprio do tubulão qo Sobrecarga uniforme, infinitamente extensa, atuante na superfície do terreno Q50 Efeito de carga resultante de um evento com período de retorno T = 50 anos Qft Capacidade de carga à tração Qfc Termo de coesão da capacidade de carga à tração Qfφ Termo de atrito da capacidade de carga à tração Qfγ Termo de gravidade da capacidade de carga à tração Qfq Termo de sobrecarga da capacidade de carga à tração QT Efeito da carga correspondente a um dado período de retorno T. Qu Carga última à tração R Raio Raio da base Resposta Real RC Resistência característica ou nominal do componente Re Raio equivalente de uma estaca prismática com perímetro “p” Raio equivalente de uma base não-circular de perímetro “pb ” Rf Raio do fuste Rfe Raio equivalente de um fuste não-circular de perímetro “pf ” RN Resistência Nominal do Componente s Fator de forma que governa a pressão passiva do solo na parede cilíndri ca convexa Sb Área da base Sf Área do fuste Sl Área lateral T Período de retorno Xm Fator de resistência. W Peso do solo e da fundação α Ângulo da superfície de ruptura do solo com a vertical Inclinação do vetor Força de coesão “Cf ” com a vertical Ângulo do Cone de Arrancamento β Inclinação do vetor Força de atrito “F” com a vertical δ Ângulo da inclinação do empuxo passivo total com a horizontal φ Ângulo de atrito interno φbase Diâmetro da base da fundação φfuste Diâmetro do fuste da fundação
  • 27. Lista de Abreviaturas • 27 ΦR Fator de resistência ΦC Fator relacionado à relação entre o limite de exclusão rela e o valor igual a 10%. ΦN Fator relacionado ao número de componentes submetidos ao máximo efeito de carga. ΦR Fator de resistência ΦS Fator relacionado com a coordenação de resistência entre diferentes componentes. ΦQ Fator relacionado ao nível de qualidade. σ Tensão normal na superfície de ruptura γ Peso específico natural do solo Fator de ponderação aplicado ao efeito da carga Q50 γU Fator de uso e depende da utilização das estruturas de suportes em relação ao máximo vão de projeto τ Tensão de resistência ao cisalhamento unitária Lista de Abreviaturas Abreviatura Descrição CIGRÈ Conferénce Internationale dês Grands Reseaux Électriques a haute tension CPT “Cone Penetration Test” DMT “Dilatometer Test” EPRI Electric Power Research Institut IEC INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION LT Linha de Transmissão Me Momento Estabilizante MFAD Moment Foundation Analysis and Design Mt Momento de Tombamento N.A. Nível de água NSPT Número de Golpes no ensaio SPT PEH Probabilidade de erro humano PMT “Pressuremeter Test” SPT “Standard Penetration Test” WG07 “Work Group” 07
  • 28.
  • 29. 1. Introdução • 29 1. Introdução 1.1 Apresentação do Problema O avanço da economia de um país é dependente da oferta de energia a custos competitivos e com suprimento garantido. Destacada a importância da utilização de recursos renováveis com as devidas precauções na preser- vação do meio ambiente o foco sempre será o desenvolvimento sustentável. O Brasil possui alto potencial hidráulico; entretanto, o aumento da distância dos pontos de geração aos centros consumidores é verificado, acarretando grande importância à transmissão da energia (AZEVEDO, 2007). A energia elétrica pode ser produzida através de usinas hidroelétricas, termoelétricas, nucleoelétricas ou através de sistemas eólicos e solares. O sis- tema elétrico pode resumidamente ser subdividido em três etapas: produção, transmissão e distribuição de energia (AZEVEDO, 2007). A etapa de transmissão de energia é efetuada através das LT (Linhas de Transmissão). O projeto de linhas de transmissão começa com estudo de viabilidade técnica e econômica visando uma minimização do custo de transporte associada a um alto padrão de qualidade dos serviços. Para maio- res extensões de LT, as tensões são elevadas no intuito de reduzir as per- das de energia elétrica. Porém, esta prática implica na elevação dos carrega- mentos mecânicos, estruturas pesadas e maiores volumes para as fundações (AZEVEDO, 2007). A viabilidade do projeto é avaliada a partir de vários fatores, dentre os quais podem ser destacados: o custo da desapropriação das terras ao longo do traçado da LT, a topografia, o custo e a capacidade de transmissão de energia, o capital disponível e as características geotécnicas. Os estudos de viabilidade técnica e econômica são na verdade anteprojetos onde são definidos: a classe de tensão da LT, os modelos das estruturas das torres, os materiais e os diâmetros dos cabos condutores e pára-raios, as cadeias de isoladores, etc. Após estes estudos, inicia-se o projeto mecânico onde são determinados todos os esforços atuantes sobre os membros constituintes. O
  • 30. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 30 projeto mecânico pode ser subdividido em três fases básicas: (1) Projeto dos cabos e da distribuição das torres sobre os perfis dos terrenos; (2) Projeto estrutural das torres; e (3) Projeto das fundações. O custo total de um empreendimento é calculado pela soma do custo inicial de implantação, custo de manutenção, custo de inspeção e os custos associados aos distintos modos de falha. Entretanto, o que pode ser obser- vado no mercado é uma excessiva preocupação com o custo inicial sem levar em conta os demais custos envolvidos. Os custos iniciais de uma LT podem ser reduzidos ao otimizarmos os projetos de fundações. Portanto, necessita- se um maior comprometimento em pesquisas que objetivam o aperfeiçoa- mento de ferramentas que levem em conta o desempenho real dos materiais e carregamentos envolvidos. Os conceitos de confiabilidade estrutural cons- tituem poderosa ferramenta para a tomada de decisão racional de projetos de LT (AZEVEDO, 2007). Conforme mostrado na Fig. 1.1 a seguir, o sistema linha de transmis- são é composto de vários componentes (subsistemas): componentes elétri- cos e componentes mecânicos (cabos, estruturas das torres autoportantes e estaiadas, isoladores, ferragens (componentes utilizados em sua maioria para fixação de cabos nas torres), fundações de torres autoportantes, funda- ções de mastros e estais de torres estaiadas, etc.). A característica essencial deste sistema é que a falha em qualquer componente implicará a falha do sistema como um todo, que por definição é o conceito de um sistema dito em série. Atualmente, muitos estudos de confiabilidade, por exemplo, ME- NEZES (1988), MENEZES e SILVA, (2000) e MENEZES e SILVA (2003) são conduzidos em âmbito nacional porém, no mais das vezes, tais estudos destacam o desempenho elétrico e as estruturas de suporte metálico. Inter- nacionalmente, conceitos probabilísticos vêm sendo aplicados a estruturas de fundações de LT´s por fóruns de discussão tais como o Working Group 22/07 Foundations of Transmission Lines da CIGRÈ – Conferénce Internationale dês Grands Reseaux Électriques a haute tension, com publicações de seus membros, CIGRÈ (2002, 2008), KULHAWY et al (2004), HERMAN et al (1999), HALDAR et al (1999), DEMBICKI et al (1993). Além disso, os conceitos do IEC 60826 já vêm de forma consagrada sendo utilizados. Porém nacio- nalmente, em fundações de LT’s o Brasil carece de estudos nesta área. Este trabalho procura dar o tom que a partir de conceitos probabilísticos seja viabilizado o projeto de fundações dentro do território nacional.
  • 31. 1. Introdução • 31 Hoje devida à alta competitividade no mercado há uma evidente ne- cessidade de otimizar os projetos de fundações com redução de volumes vi- sando menores custos iniciais e em manutenções futuras. Ao mesmo tempo, o conhecimento completo do problema é utópico devido às incertezas que fazem parte de todo o processo (que também até certo ponto serão levadas em conta neste trabalho). Fica evidente que para projetar de forma a garantir a segurança e ao mesmo tempo custos reduzidos exigem uma metodologia mais cuidadosa com o mínimo possível de “gorduras” a favor da seguran- ça. O meio técnico está diante de uma encruzilhada, pois, tem evoluído de métodos determinísticos (Tensões admissíveis) para semi-probabilísticos (Estados limites), porém é necessário subir mais um degrau e para isso é imprescindível a adoção de conceitos de confiabilidade caminhando para projetos puramente probabilísticos. A idéia é projetar e decidir sob condi- ções de incerteza a partir de conceitos probabilísticos, pois já são percebidas as aleatoriedades das variáveis envolvidas num sistema de interação solo- estrutura. E como reduzir dimensões garantindo segurança diante de incer- tezas de todas as naturezas? FIGURA 1.1 - Sistema Linha de Transmissão e seus Subsistemas (Componentes)
  • 32. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 32 1.2 Importância do trabalho A Engenharia de Estruturas passa por uma necessária adaptação nas concepções de projeto. Conceitos de Confiabilidade Estrutural vêm sendo introduzidos com a finalidade de avaliar probabilisticamente os dados de entrada e também de saída dos processos em estudo. Em projetos eletro- mecânicos e de estruturas de torres de LTs muitos conceitos do IEC 60826 vêm sendo aplicados com sucesso e já consagrados no meio técnico. Em engenharia civil de fundações, postulados e axiomas da mecânica dos solos clássica têm permanecido como regra. Na verdade, com auxílio de coeficientes, estas formulações têm fornecido respostas que vêm garantindo segurança. A evolução dos modelos tem acontecido, porém, a presença de incertezas é evidente. Todos estes modelos aceitos e utilizados em projetos de LTs giram em torno de ângulos de arrancamento, variando apenas nos valores destes ângulos. Internacionalmente, grupos de estudos já adotam conceitos probabilísticos em suas concepções de fundações, CIGRÈ (2008), por exemplo. Em nível nacional os projetos de fundações ainda estão distantes de adotarem tais conceitos. Resta a responsabilidade ao meio acadêmico em parceria com o meio técnico operacional de empresas projetistas e estatais adaptarem e conceberem normas técnicas baseadas em confiabilidade. Neste trabalho, a partir dos resultados de ensaios em protótipos de fundações de LTs será concebida uma nova Metodologia de Cálculo Base- ada em Confiabilidade para Projeto Otimizado de Fundações de Linhas de Transmissão. Este procedimento fornecerá ao meio técnico subsídios para otimização de volumes com redução de custos finais de implementação de empreendimentos. Um estudo mais aprofundado das incertezas envolvidas nestes tipos de projetos e a partir da avaliação de resultados de ensaios de protótipos será possível a determinação do comportamento das fundações com maior segurança.
  • 33. 1. Introdução • 33 1.3 Objetivos O objetivo principal deste trabalho é a elaboração de uma nova Me- todologia de Cálculo Baseada em Confiabilidade para Projeto Otimizado de Fundações de Linhas de Transmissão usando Ensaios de Protótipos. O es- tudo da evolução das metodologias de cálculo destas fundações, bem como a avaliação das incertezas que estão envolvidas nos projetos de fundações de linhas de transmissão servirá como base sustentadora para a defesa desta metodologia como a forma mais coerente de projetar fundações de LTs na atualidade. O objetivo primordial desta nova metodologia é reduzir as dimensões das fundações com redução nos custos de implantação e manutenção com garantia dos níveis de segurança das estruturas. Um software de Fundações de Linhas de Transmissão vem sendo desenvolvido pelo autor deste livro (Purcino Foundations TL). Este pro- grama será executado em ambiente visual do windows que abrangerá di- mensionamento de todas as fundações aplicáveis em Linhas de Transmissão utilizando todos os métodos abordados na revisão bibliográfica bem como a nova metodologia proposta, levantamento de quantitativos e um banco de dados com quantitativos e custos para orçamentos e propostas. Neste também conterá o módulo de otimização que avaliará as melhores soluções inseridas nas regiões de aplicação dos projetos com base em projetos já executados. Reduzir tempo de trabalho (aumento da produção), aumentar a confiabilidade do processo e centralizar em um único local todas as infor- mações relativas aos projetos destas fundações, que vêm sendo executadas com planilhas Excel para cada tipo de solução. Este programa poderá e deverá ser retroalimentado continuamente visando seu aperfeiçoamento e aumento de confiabilidade e sucesso.
  • 34. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 34 1.4 Apresentação do trabalho Diante do problema apresentado, destacada a importância deste es- tudo e em destaque os objetivos aqui traçados, foram seguidas as seguintes etapas e metodologia de trabalho conforme mostra a Fig. 1.2. Inicialmente, no capítulo 2 – Estudos Preliminares, as informações a respeito dos dados de entrada serão apresentadas. Estas são necessárias a um projeto de fundações tais como: levantamentos topográficos, investigações geológico-geotécnicas, parâmetros geotécnicos e tipificação dos solos. No capítulo 3 – Fundações de Linhas de Transmissão, as metodo- logias de projeto de fundações de LTs serão apresentadas em âmbito geral. Neste ponto serão avaliados conceitos técnicos dos termos mais utilizados no presente trabalho. Além do mais, esta revisão bibliográfica vai passar pela evolução de conceitos e métodos até os dias atuais. No capítulo 4 – As Incertezas Envolvendo o Projeto e a Execução de Fundações de Linhas de Transmissão será fornecida ao meio técnico uma discussão a respeito destas incertezas que envolvem um projeto de funda- ções tais como: incertezas físicas, estatísticas, de modelagem, de métodos de cálculo, relacionadas ao fator ser humano, de interpretação de resultados, de procedimentos de ensaios de campo, da natureza, etc. A partir do fluxogra- ma de informações de um projeto de fundações serão caracterizadas várias incertezas envolvidas. No capítulo 5 – Ensaios em Fundações de Linhas de Transmissão se- rão apresentados o procedimento de execução dos ensaios (carregamentos, deslocamentos, equipamentos, etc.) e quantitativos indicando a localização dos testes. Aqui serão apresentados vários tipos de fundações ensaiadas com seus resultados esperados e observados. No capítulo 6 – Metodologia de Cálculo Baseada em Confiabilidade para Projeto Otimizado de Fundações de Linhas de Transmissão usando En- saios de Protótipos será apresentada a metodologia proposta com vários exem- plos a partir dos resultados de ensaios apresentados no capítulo anterior. No capítulo 7 – Especificações Técnicas serão apresentadas diversas especificações contendo os métodos construtivos adotados para que se al- cance com qualidade os parâmetros exigidos nos projetos.
  • 35. 1. Introdução • 35 No capítulo 8 – Planilhas de Locação das Fundações serão apresenta- das diversas planilhas utilizadas pela equipe de execução para escavação das fundações e locação de pontos de fundamento, grampos “U” e nivelamento de cantoneiras de ancoragem (“stubs”). No capítulo 9 – Execução de Fundações serão apresentadas fotos ilustrativas das diversas etapas de execução de variados tipos de fundações de Linhas de Transmissão. Nos anexos são apresentadas informações relevantes ao entendimen- to e visualização dos projetos de fundações de linhas de transmissão. FIGURA 1.2 - Fluxograma de Desenvolvimento dos Trabalhos
  • 36.
  • 37. 2. Estudos preliminares • 37 2. Estudos preliminares 2.1 levantamento plano-altimétrico de linhas de transmissão Neste ponto o objetivo é apresentar diretrizes e critérios básicos que deverão ser seguidos pelas equipes de topografia para a execução dos servi- ços de levantamento plano-altimétrico do eixo e da faixa da LT, bem como, dos serviços de levantamento cadastral das propriedades e levantamentos de matas. O escopo dos trabalhos de levantamento é o seguinte: Perfil do eixo da LT – coordenadas topográficas X, Y e Z do perfil • do terreno no caminhamento do eixo da LT; Levantamento dos perfis laterais – coordenadas X, Y e Z de pontos • afastados lateralmente ao eixo da LT a uma distância de 10 metros (por exemplo); Levantamento de características superficiais do terreno – coordena- • das dos limites de banhado (pântano), de terreno úmido, de terreno inundável, de terreno com pedregulhos, com rocha aflorando ou com matacões, assim como, de início e fim da erosão; Levantamento de travessias – coordenadas, descrição e croquis de • travessias como: rodovias, estradas, ruas, avenidas, ferrovias, linhas de transmissão, vias navegáveis, tubulações metálicas de porte (ole- odutos, gasodutos ou adutoras), etc; Levantamento de divisas de propriedades – coordenadas, descrição • e croquis de diversas propriedades, com indicação do nome do pro- prietário, sejam elas privadas ou públicas; Levantamento de obstáculos na faixa – coordenadas, descrição e • croquis de obstáculos tais como: cercas, muros, valas divisórias, tai-
  • 38. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 38 pas, diques, banhados ou pântanos, lagoas, açudes, represas, canais, córregos, arroios, rios não navegáveis, pedreiras, saibreiras, pontos de quebra de topografia (buracos profundos, paredões, encostas), redes elétricas de tensão inferior a 34,5kV, linhas telegráficas, tele- fônicas, teleféricos, etc; Levantamento de divisas municipais e estaduais – coordenadas, des- • crição e croquis das divisas entre municípios e estados; Levantamento de obstáculos fora da faixa – coordenadas, descrição • e croquis de pistas (cabeceiras) de aeroportos, aeródromos, helipor- tos, estações transmissoras ou receptoras de rádio, retransmissoras de televisão, torres de telecomunicações; Levantamento de paralelismo fora da faixa com distância inferior a • 100 metros – coordenadas, descrição e croquis de obstáculos even- tualmente existentes fora da faixa, porém, paralela ao eixo da faixa, tais como: linhas de transmissão, linhas de telecomunicações, tubu- lações metálicas e ferrovias; Levantamento de benfeitorias – coordenadas e croquis de benfei- • torias eventualmente existentes na faixa tais como: casas, ranchos, galpões, pavilhões, silos, telheiros, garagens, reservatórios de água, mangueiras, banheiras para animais, etc; Levantamento de áreas cultivadas – coordenadas dos limites (início • e fim) das áreas cultivadas, incluindo pomares, e indicação dos limi- tes das áreas em croquis correspondente; Levantamento de áreas com vegetação – coordenadas dos limites • da vegetação, registrando o tipo de cobertura vegetal, se campo, ca- poeira, mato alto ou baixo, mato nativo, ciliar ou reflorestado, com indicação dos limites em croquis; Determinação do norte magnético e verdadeiro – no início e fim • da LT; Amarração com marcos geodésicos – transferência de cotas de ní- • veis de marcos geodésicos próximos ao eixo da LT e transfer~encia de coordenadas que permitam uma amarração em coordenadas ge- ográficas e/ou UTM; Colocação de marcos e piquetes – marcos nos vértices e em pon- •
  • 39. 2. Estudos preliminares • 39 tos intermediários dos alinhamentos e piquetes nos trechos entre marcos; Abertura de picadas – abertura de trilhas na vegetação ou matas • para realização dos trabalhos de topografia; Colocação de placas de acesso à LT – placas de indicação de vérti- • ces ou marcos da LT nas principais vias de acesso e cruzamentos; Elaboração de croquis de acesso à propriedade – croquis com regis- • tro de nome do proprietário indicando o caminho para se chegar a sede da propriedade quando a mesma não tiver fácil localização. Os dados topográficos são enviados para escritório e são elaborados os desenhos de Perfil e Planta – contendo todas as informações corres- pondentes ao levantamento realizado de interesse para o projeto da locação da LT. As travessias são detalhadas em projetos específicos. Um memorial descritivo da faixa é elaborado com a descrição técnica do desenvolvimento da LT. Também é realizado um levantamento completo de dados do pro- prietário, dados de identificação do proprietário entre outras informações suficientes e necessárias para preparação do processo de liberação da faixa, que inclui o levantamento descritivo das benfeitorias e do uso da terra, com descrição geral das características das construções e dos cultivos praticados na faixa da LT de cada propriedade. Tendo em vista que o levantamento topográfico geralmente é rea- lizado por mais de uma equipe, cada um deverá partir com um sistema de coordenadas definidas pelo GPS, onde o eixo N ficará em concordância com o azimute de cada alinhamento. Ao final do levantamento de todos os trechos, todos os dados deverão ser transplantados para uma origem única de coordenadas. Para o levantamento dos dados todos os pontos do terreno deverão estar sobre o alinhamento. O espaçamento dos pontos do perfil do terreno deve ser tal que permita a perfeita identificação do relevo do terreno, não ultrapassando desníveis entre si maiores que 50cm. Entretanto, os pontos não deverão estar afastados entre si mais que 30 metros. Necessariamente, todos os pontos de zonas baixas (depressões do terreno), assim como de
  • 40. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 40 elevações, devem ser levantados. As cotas de níveis devem estar identificadas nos marcos de início e fim da LT, em todos os marcos dos vértices e em marcos intermediários a cada 3,00 km, pelo menos. Especial atenção deve ser dada quanto ás informações de cheias má- ximas em zonas de inundação periódica. O dado deverá estar referenciado à origem do sistema em uso no levantamento. Caso haja referência a cotas geográficas, estas devem também ser registradas, porém, de forma a não causar confusão. No caso de registro de mata não preservada ou mata ciliar que não poderá ser cortada, toda a extensão da mata deverá ser levantada com o mesmo código específico (mata preservada), informando sempre a altura da copa das árvores mais altas existentes nas proximidades do eixo (15 metros para cada lado). Nestes casos, o projeto deverá buscar uma solução para passar os cabos acima das árvores. O topógrafo, durante a execução do le- vantamento, se encontrar qualquer tipo de problema ou obstáculo que possa dificultar a construção da LT, tem o dever de fazer o registro especial e in- formar à empresa responsável pelo projeto antes de concluir os trabalhos. No caso em que a LT caminhar paralela a um circuito existente o levantamento topográfico deve registrar a localização das torres existentes amarrando-as ao perfil topográfico (amarradas em off-set com indicação da sua altura). Em cada estação ou ponto de prisma é obrigatório o levantamento de perfil lateral direito e esquerdo a uma distância de 10 metros do eixo. No le- vantamento deve ser observado se existem mudanças bruscas de inclinação do terreno no sentido transversal que possam, por exemplo, causar proble- mas para o balanço de cabos. Em tais situações, um registro especial deve ser feito de forma a que isto possa ser considerado no projeto. Na ocorrência de inclinação lateral maior que 50%, por um longo trecho, de comprimento superior a 500 metros, além de fazer os devidos levantamentos de perfis laterais, deverá ser feita uma comunicação imediata à empresa responsável pelo projeto para avaliação do local antes de concluir o levantamento. Essa exigência não se aplica quando se trata de vale profundo onde a ocorrência de inclinação acentuada não afeta o projeto de locação. No caso de obstáculos paralelos ou aproximadamente paralelos, do tipo ferrovias, gasodutos e adutoras, devem ser levantadas as suas coorde-
  • 41. 2. Estudos preliminares • 41 nadas sempre que a distância for igual ou superior a 100 metros do eixo da LT. Identificar a ferrovia levantando a extensão do paralelismo com a futura LT, assim como, as distâncias correspondentes. Informas todos os dados relacionados ao paralelismo de forma similar ao realizado para cruzamen- tos. Necessariamente deve ser levantada a extensão da LT que permanece paralela ou próxima desta condição de paralelismo, assim como, das res- pectivas distâncias. No caso de paralelismos com tubulações tipo oleodu- tos, gasodutos, adutoras, ou outros, todos os dados deverão ser levantados para avaliação das interferências. Neste caso também interessa a medição do comprimento do trecho paralelo assim como a respectiva distância. O documento de Perfil e Planta é fundamental para o engenheiro de fundações de LT’s. No primeiro momento os prováveis locais de solos espe- ciais são levantados a partir das informações deste documento. O programa de sondagens além de critérios consagrados de definição a serem registrados no próximo item também leva em consideração as informações de Perfil e Planta para definição de pontos que deverão ser sondados à percussão. A presença de nível de água em algumas torres constados em algumas son- dagens pode ser extrapolada para outras estruturas a partir de um estudo minucioso de fluxo de água. 2.2 Investigações Geológico-Geotécnicas Para a elaboração de projetos de fundações é imprescindível um adequado conhecimento do subsolo no local da obra. Desta forma, a iden- tificação e classificação das diversas camadas componentes, bem como, uma avaliação de suas propriedades de engenharia, constituem elementos sem os quais nenhum projeto poderá ser elaborado de uma forma segura e confiável. Em LT’s devido ao grande número de fundações não é economica- mente viável a execução de sondagens em todos os pontos de implantação das fundações. Em todas as torres deverão existir uma sondagem. O que geralmente é feito é uma mescla entre sondagens à percussão (nas torres de ângulo e nos pontos que o Perfil e Planta apresenta indicativo fundação es- pecial – brejos, pântanos, etc.) e nas demais sondagens a trado. Em presença de rocha a sondagem mista pode ser usada, mas nem sempre o é. Nos dias
  • 42. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 42 atuais já se utilizam sondagens tipo DPL para definição de fundações em algumas LT’s no Brasil. As investigações geológica-geotécnicas devem ser executadas por profissional capacitado e supervisionado por geólogo ou engenheiro com experiência na função, bem como ser aplicado processo executivo e equipa- mentos que garantam uniformidade e qualidade constante ao longo de toda a extensão do trabalho. Considerando as características dos solos da região normalmente são executadas sondagens tipo trado (com caracterização di- reta do solo no campo) e/ou percussão (simples reconhecimento com regis- tro do número de golpes SPT). Atualmente também está sendo utilizada a sondagem tipo DPL. As sondagens a trado devem seguir, no geral, as disposições da NBR 9603. Devem ser identificadas as camadas de solo encontradas e preenchidas as Planilhas de Sondagem a Trado, de acordo com as instruções correspon- dentes. Devem ser empregados trados manuais com diâmetro máximo de 4 polegadas, até a profundidade mínima de 4,0 metros (com variações che- gando a 6,0 metros dependendo dos critérios de projeto). Considerando os tipos de fundações e torres previstas para a LT, bem como as características predominantes da região, a profundidade mínima padrão das sondagens a trado é definida. A identificação das camadas e a correspondente descrição táctil-visual de suas características devem ser feitas quando houver mudança do tipo de solo. O nível d’água deve ser registrado sempre que existir. Quando forem encontrados solos moles, ou quando o lençol freático situar-se próximo à superfície deverá ser feita uma comunicação imediata à fiscalização, para serem tomadas as devidas providências para execução de sondagem à percussão. No caso de ocorrer impenetrabilidade do trado, realizado no centro da torre, e havendo identificação através de uso de ponteira da provável existência de rocha, pedras, matacões e pedregulhos a menos de 3,0 m de profundidade, deve-se proceder da seguinte forma: Para torres autoportantes, pesquisar a profundidade de solo rocho- • so impenetrável em dois pontos adicionais diametralmente opostos, localizados sobre o eixo de uma seção diagonal e a uma distância padronizada de 10,0 m, medida a partir do centro da torre.
  • 43. 2. Estudos preliminares • 43 Para torres estaiadas, além da pesquisa realizada no centro da torre, • deve ser pesquisada a profundidade da rocha usando o trado nos quatro pontos de fixação dos estais. A profundidade obtida em cada ponto deve ser devidamente regis- trada. Para fins de referência de cota dos furos, tomar como cota arbitrária 100,0 m, a cota do marco de centro da torre. No caso de ocorrer impene- trabilidade ao trado, devem ser feitas tentativas de se verificar a causa da impenetrabilidade. Se for constatado tratar-se de solo livre de leito rochoso, porém muito duro, limitando o avanço do trado a um valor menor do que 50mm em 10 minutos de operação contínua, a Sondagem é terminada e os correspondentes registros registrados na respectiva Planilha. O ensaio de penetração dinâmica, SPT, é realizado simultaneamente com a amsotragem e, consiste na cravação do amostrador padrão, conectado à extremidade inferior da haste e, descido até repousar no fundo do furo, na profundidade (de 1 em 1 metro a partir de 1 metro de profundidade inicial) já atingida pela perfuração. Em seguida o martelo padrão é apoiado suave- mente sobre a cabeça da haste, após conexão na mesma de peça de proteção denominada cabeça de bater, introduzindo-se sua haste guia no interior da haste conectada ao amostrador. Eventual penetração do amostrador nestas condições (sem bater) é anotada. Se esta penetração for igual ou superior a 45 cm a cravação do amostrador não será realizada. Caso contrário o ensaio é prosseguido pela cravação de 45 cm do amostrador, inclusive penetração inicial sem bater, anotando-se o número de golpes necessários à cravação de 3 segmentos sucessivos de 15 cm cada um, previamente marcados com giz na haste, utilizando-se como referência o topo do revestimento. A cravação é efetuada pelo martelo padrão de 65 kg, caindo em queda livre de uma altura de 75 cm, controlada por marca existente na haste guia. Se após 45 golpes não se tiver conseguido penetrar os 45 cm do amostrador, o ensaio é paralisado, anotando-se a penetração parcial obtida. Define-se o índice de resistência à penetração, SPT, de um solo como sendo o número de golpes de um martelo de 65 kg, caindo em queda livre de 75 cm de altura, necessários á cravação dos últimos 30 cm de um amostrador padronizado, após penetração inicial de 15 cm.
  • 44. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 44 No registro dos resultados de um ensaio de penetração, anotado sob forma de fração, o numerador indica o número de golpes (sendo que “P” indica zero golpes) e o denominador indica a penetração ocorrida. Os exem- plos a seguir ilustram o exposto: 2 3 5 ; ; ; 0 15 15 15 P corresponde a um NSPT de 8 2 4 6 ; ; ; 3 12 15 15 P corresponde a um NSPT de 10 4 6 8 ; ; ; 2 17 11 15 P não define um NSPT . Neste caso, costuma-se avaliar o SPT pelo valor proporcional obtido da seguinte forma: = × = 30 14 16 26 SPT N . 65 P indica um solo muito fraco cujo NSPT pode ser assumido como igual a 0. 18 P ; 1 28 indica um solo muito fraco cujo NSPT pode ser assumido como igual a 1. 1 2 4 ; ; ; 8 10 15 12 P não define um NSPT . Neste caso, costuma-se avaliar o SPT pelo valor proporcional obtido da seguinte forma: = × = ≈ 30 6 6.7 7 27 SPT N . 15 20 10 ; ; ; 0 15 15 11 P nãodefineumNSPT .Nestecaso,costuma-seavaliaroSPTpelo valor proporcional obtido da seguinte forma: = × = ≈ 30 30 34.6 35 26 SPT N .
  • 45. 2. Estudos preliminares • 45 As sondagens do tipo SPT devem seguir rigorosamente as disposi- ções da Norma NBR 6484/2001, tanto nos procedimentos aplicados, como no equipamento utilizado (o diâmetro do amostrador, o peso e a altura de queda serão aqueles padronizados pela Norma). Geralmente, a profundida- de mínima da sondagem SPT foi igual a 10,45 m, exceto na ocorrência de camada impenetrável ou enquadramento do perfil de resistência num dos critérios de paralisação indicados a seguir. Recomenda-se a observação dos critérios abaixo para paralisação da • sondagem sem prejuízo ao disposto no anteriormente: se obtiver penetração inferior ou igual a 5 cm durante 10 golpes • consecutivos; se obtiver até um máximo de 50 golpes para um mesmo ensaio • penetrométrico (45 cm); após se atingir 7 metros de profundidade forem obtidos 3,0 metros • sucessivos com penetração igual ou superior a 20 golpes para a cra- vação dos 30 cm finais do amostrador, respeitando-se um máximo de 50 golpes na execução de um mesmo ensaio. A amostragem e resistência à perfuração é executada da seguinte • forma: Até 1,0 m de profundidade devem ser coletadas com o trado duas • amostras de solo (uma a cada 0,5 m); a partir daí devem ser obti- das amostras a cada metro de perfuração através do amostrador padrão; A cada metro de profundidade, o número de golpes do amostrador • padrão (diâmetro interno 1 1/3” e externo 2”) sob ação de peso de 65 kg sob queda a uma altura de 75 cm, deve ser anotado para penetrar três séries de 15 cm, sucessivamente. Os valores a serem considerados como representativos correspondem às duas últimas séries, isto é, o número de golpes para penetrar os 30 cm finais; As amostras de solos coletadas através do trado ou do amostrador • padrão, deverão ser devidamente acondicionadas, com clara indi- cação do local e profundidade onde foram extraídas, para envio ao laboratório e posterior análises e verificações.
  • 46. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 46 O ensaio DPL significa Dynamic Probe Light e é o mesmo penetrô- metro que alguns autores brasileiros denominal PDL, Penetrômetro Dinâ- mico Leve. As sondagens do tipo DPL devem seguir rigorosamente as dis- posições das Normas DIN 4094 e ISSMFE 1989, tanto nos procedimentos aplicados como no equipamento utilizado (o diâmetro e comprimento da ponteira, o peso e a altura de queda do martelo serão aqueles padronizados pela referida norma). O DPL em forma de aparelho manual, com torquíme- tro, permite medir resistência de ponta e atrito lateral da ponteira, até 12 m de profundidade. A ponteira tem maior diâmetro do que as hastes, 36 mm contra 22 mm, o que permite que, na maioria dos casos, o solo está em pou- co contato com as hastes, sem exercer pressão significativo. O DPL trabalha através cravação de um martelo de 10 kg caindo 50 cm, emitindo a energia de 50 J, quase 10 vezes menor em comparação do SPT (488 J). Existem, com a mesma forma da ponteira, mas em maior escala e com maior energia, os ensaios DPM, DPH, e DPSH, mas DPL é o mais interessante para uso em fórmulas de resistência. A profundidade mínima da sondagem DPL para este projeto foi igual a 10,0 m, exceto na ocorrência de camada impenetrável ou enquadramento do perfil de resistência num dos critérios de paralisação indicados a seguir. A amostragem e resistência à perfuração é executada da seguinte forma: A estratigrafia será identificada através de testemunhas nas pontei- • ras e nas hastes, bem como pelas correlações gráficas e analíticas apresentadas nos boletins. A resistência à penetração será obtida através do número de golpes • “N10 ” aferidos a cada 10cm de penetração da ponteira, bem como através do ensaio de torquímetro realizado a cada 1,0 m. Os resul- tados serão plotados em gráficos contra profundidade, onde devem constar separadamente os valores N10 , e qd (resistência de ponta) e fs (atrito lateral). Este tipo de sondagem possui qualidade para resistir manuseio e ope- ração em condições difíceis. Tem acessibilidade para atendimento em longas distâncias e chega a locais de difícil acesso. A operação permite velocidade de cravação de 60 metros por dia. O equipamento está em 5 a 10 minutos
  • 47. 2. Estudos preliminares • 47 montado em novo furo. O operador levanta para cima o martelo de 10 kg, deixá-lo cair livre 50 cm no batente no jogo das hastes, que cravam a pon- teira pelo solo. Na planilha do campo registra-se a quantidade de golpes ne- cessários para a penetração de cada 10 cm A ponteira de 36 mm tem maior diâmetro do que as hastes de 22 mm, o que permite o registro de resistência do solo através geometria e energia conhecida. Pela facilidade a mobilizar o equipamento por veículo de passeio, ou graças ao baixo peso e volume, admite transporte em avião, barco ou ônibus e o equipamento pode chegar muito rápido ao campo. A operação permite velocidade de cravação de 60 metros por dia, pode ser mais alta em solos moles. O equipamento inteiro de DPL pode ser transportado em carro pe- queno. Na construção da LT 230kV Vilhena-Jauru foram realizados 10 en- saios tipo DPL em torres que também tinham resultados SPT. A partir des- tes resultados por estudo de regressão linear simples (com coeficiente de correlação r2 = 0,872) obteve-se a correlação entre os resultados de sonda- gens SPT (N30 ) e DPL (N10 ) pela seguinte equação: = - 30 10 1,02 2,11 N N (2.1) Onde: N30 é o valor relativo à sondagem SPT e N10 à sondagem DPL. Esta correlação é evidentemente comprometida pela pequena quan- tidade de unidades amostrais (n=10). Uma melhor aproximação seria obtida com uma maior quantidade de dados. A partir destes resultados e conheci- da as correlações existentes nas publicações conhecidas relativas aos golpes SPT, este artigo propõe a seguinte interpretação dos resultados a partir dos demais resultados de sondagem DPL deste empreendimento: Tabela 2.1 - Interpretação de Solos Granulares N10 (DPL) N30 (SPT) COMPACIDADE < 1 < 2 Muito fofo < 7 2 a 4 Fofo < 83 5 a 18 Médio > 83 > 19 Compacto
  • 48. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 48 Tabela 2.2 - Interpretação de Solos Coesivos, não-saturados N10 (DPL) N30 (SPT) CONSISTÊNCIA < 3 < 2 Muito mole 3 - 6 3 - 5 Mole 6 - 12 6 - 10 Médio 12 - 22 11 - 19 Rijo 22 - 45 20 - 24 Muito Rijo > 45 > 25 Duro A sondagem rotativa emprega equipamentos e processos que se mos- tram capazes de perfurar materiais impenetráveis para as sondagens à per- cussão, tais como rochas, pedras (matacões) ou outros obstáculos encontra- dos no subsolo, inclusive concreto. Os equipamentos utilizados são: sonda rotativa, haste de perfuração, revestimento, barriletes, coroas, alargadores ou calibradores, caixa de mola e mola, sapatas, conjunto moto-bomba e tripé. A execução da sondagem rotativa consiste na perfuração do material através da realização de manobras consecutivas, nas quais a composição de perfuração formada por hastes e barrilete, conectado à sua extremidade in- ferior, é girada pela sonda no mesmo tempo que é empurrada (pull down) na direção e sentido do furo. Por abrasão, a coroa vai assim cortando o material, sendo durante todo o processo, mantida a circulação de água injetada pela bomba, que tem como função a remoção dos resíduos oriundos do corte, bem como a refrigeração do sistema. O comprimento máximo de cada ma- nobra é limitado pelo comprimento do barrilete, que é em geral, de 1,5 a 3,0 metros. Ao fim de cada manobra o barrilete é alçado do furo e a amostra ob- tida no seu interior (testemunho), é retirada e colocada em caixas especiais com separação e, obedecendo a ordem de avanço da perfuração. No boletim de campo da sondagem são anotadas as profundidades de início e término das manobras e o comprimento dos testemunhos recuperados, medidos na caixa após sua arrumação cuidadosa. Deverão constar ainda do boletim de sondagem as demais informações pertinentes, tais como local da obra, nú- mero do furo, diâmetros de revestimento utilizados, número de fragmentos de cada amostra, descrição do material perfurado e nível d’água. O grau de fraturamento é, em geral, expresso pelo número de fratu- ramentos por metro, obtido dividindo-se o número de fragmentos obtidos em uma amostra pelo comprimento em metros desta amostra. O critério de denominação obedece ao exposto na tabela a seguir.
  • 49. 2. Estudos preliminares • 49 Tabela 2.3 - Definição de Grau de Fraturamento das Rochas GRAU DE FRATURAMENTO NÚMERO DE FRATURAS POR METRO Ocasionalmente fraturado < 1 Pouco fraturado 2 a 5 Medianamente fraturado 6 a 10 Muito fraturado 11 a 20 Extremamente fraturado > 20 Em fragmentos Pedaços de diversos tamanhos caoticamente dispersos A sondagem mista é aquela realizada com a sonda rotativa, execu- tando-se, nos trechos em solo, a amostragem com o amostrador padrão de percussão e o ensaio SPT e, nos trechos em rocha, ou material impenetrável, emprega-se os processos de perfuração e amostragem próprios das sonda- gens rotativas. O diâmetro mínimo do furo deverá ser de 73,0 mm (BW ou BX) para que o amostrador de percussão possa ser utilizado. O conhecimento dos parâmetros geotécnicos do solo é fundamental como dados de entrada de um projeto de fundações. A quantidade dos en- saios precisa atender a critérios estatísticos. Aumentando a variedade dos en- saios e a família estatística, o fator de segurança pode diminuir, acarretando menos incerteza, menos riscos e mais consistência. O projeto fica bem defi- nido, com melhor controle e menor risco, tanto no aspecto técnico como fi- nanceiro. Na execução das investigações geotécnicas, muitos problemas po- dem aparecer e o custo envolvido deve ser reduzido sem perda da qualidade e confiabilidade dos resultados. Quatro problemas típicos devem ser levados em conta: acesso, espaço de operação do equipamento, produtividade e cus- to. Os ensaios convencionais geram mais despesas nas campanhas em serras, várzeas, mangues, matas fechadas e em locais distantes dos grandes centros populacionais. Uma programação de sondagem deve sempre considerar se o local é acessível, se a área de operação está disponível, eventual distância necessária a ser percorrida a pé, obstáculos como encostas e rios, contami- nações e os riscos. Fazer ensaios em taludes, banquetas, bermas, escavações, poços, beiras de rios, ruas e calçadas pode implicar em um custo adicional de preparo. É demorado instalar equipamentos convencionais em mato fe- chado, solos moles, lagoas ou rios e locais com matacões e rocha superficial. A produtividade cai e o custo aumenta quando é necessário fazer desloca- mentos dos furos. A movimentação com equipamentos pesados em picadas no mato é demorada ou impossível. Para projetos residenciais e outros de
  • 50. Fundações para Linhas de Transmissão - Dimensionamento e Execução • 50 pequeno porte, com necessidade de poucos furos, o preço por furo encare- ce. O transporte de equipamentos pesados tem alto custo. Pela facilidade a mobilizar o equipamento de DPL por veículo de passeio, ou graças ao baixo peso e volume, admite transporte em avião, barco ou ônibus e o equipamen- to pode chegar muito rápido ao campo. A operação permite velocidade de cravação de 60 metros por dia, pode ser mais alta em solos moles. O equipa- mento inteiro de DPL pode ser transportado em carro pequeno. Solos com valores de N10 menores que 8 são solos que merecem cuidados especiais. Solos com N10 maior que 70 oferecem boas condições de assentamento. Solos com N10 entre 4 e 25 são geralmente fáceis de escavar. As tabelas a seguir fornecem indicações de valores que podem ser usados como estimativas dos principais parâmetros dos solos, baseados no SPT, para solos arenosos e argilosos: Tabela 2.4 - Parâmetros para solos arenosos (areias e siltes arenosos) NSPT Peso específico (kN/m3 ) Coesão (kN/m2 ) Ângulo de Atrito (º) Módulo de Elasticidade (kN/m2 ) 0-4 16,0 0,00 25-30 10-50 5-8 18,0 0,00 30-35 60-140 9-18 19,0 0,00 35-40 150-400 19-40 20,0 0,00 40-45 400-700 41-50 21,0 0,00 45 700-1000 Tabela 2.5 - Parâmetros para solos argilosos (argilas e siltes argilosos) NSPT Peso específico (kN/m3 ) Coesão (kN/m2 ) Ângulo de Atrito (º) Módulo de Elasticidade (kN/m2 ) 0-2 13,0 0,05-0,13 0 3-12 3-5 15,0 0,16-0,25 0 13-28 6-10 17,0 0,30-0,50 0 29-50 11-19 19,0 0,60-1,40 0 60-150 20-50 20,0 1,50-4,50 0 160-300
  • 51. 3. Fundações de Linhas de Transmissão • 51 3. Fundações de Linhas de Transmissão 3.1 Introdução A história de projetos de fundações para torres metálicas de linhas de transmissão reflete transformações contínuas devido ao progresso da mecâ- nica dos solos, revelando novos conceitos e adaptando teorias já consagra- das. Esta evolução se dá necessariamente pela complexidade das proprieda- des mecânicas dos novos materiais, bem como a necessidade de diminuição de volumes para redução de custos. Os primeiros tipos de fundações eram meras extensões das pernas das torres (grelhas), projetadas para uso universal sem levar em conta os diversos tipos de solo. Mais tarde, estas grelhas foram diferenciadas por tipo de solo encontrado. O uso de lajes de concreto no fundo para assentamento destas grelhas foi iniciado no intuito de padronizar o tipo de grelha e variar a altura de laje dependendo do tipo de solo (WIGGINS, 1969). Com o aumento das alturas de torres, foram exigidas fundações maiores. Além do mais, problemas com corrosões das grelhas se tornaram aparentes. Com isso, introduziu-se a prática de cobrir as grelhas completa- mente com concreto. Esta ação foi tomada formalmente como método para o reforço de fundações metálicas com problemas estruturais. Uma pequena cantoneira na inclinação do pé da torre tinha a função de transferir esfor- ços da torre para a fundação. Este tipo de fundação requer operações de escavação, forma e reaterro. Os empuxos resultantes abaixo da sapata são facilmente calculados (WIGGINS, 1969). O crescimento do custo da mão de obra e a necessidade de redução de prazos nas obras foram responsáveis pelo crescimento do uso de equipa- mentos mecânicos para execução de fundações de torres metálicas. Segundo WIGGINGS (1969), o primeiro benefício do uso de sapatas para fundações de torres foi a redução do tempo de trabalho. Em 1965 numa linha constru- ída no estado de Nova Iorque, na qual foram construídas grelhas metálicas, foi obtida a seguinte produtividade: a média por equipe era executar 75% das fundações de uma torre (três grelhas) por dia. Uma equipe era compos-