UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
FUNDAÇÕES PARA TORRES METÁLICAS
AUTOPORTANTES DE TELECOMUNICAÇÕES:
ASPECTOS TÉCNICOS E CONSTRUTIVOS
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Ricardo Vinícius Zin
Santa Maria, RS, Brasil
2014
FUNDAÇÕES PARA TORRES METÁLICAS
AUTOPORTANTES DE TELECOMUNICAÇÕES:
ASPECTOS TÉCNICOS E CONSTRUTIVOS
Ricardo Vinícius Zin
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao
Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria
(UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de
Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. MS. Talles Augusto Araujo (UFSM)
Santa Maria, RS, Brasil
2014
Universidade Federal de Santa Maria
Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Civil
A Comissão Examinadora, abaixo assinada,
aprova o Trabalho de Conclusão de Curso
FUNDAÇÕES PARA TORRES METÁLICAS AUTOPORTANTES DE
TELECOMUNICAÇÕES: ASPECTOS TÉCNICOS E CONSTRUTIVOS
elaborado por
Ricardo Vinícius Zin
como requisito parcial para a obtenção do grau de
Engenheiro Civil
COMISSÃO EXAMINADORA:
Prof. Ms. Talles Augusto Araujo
(Presidente/Orientador)
Prof. Dr. José Mario Doleys Soares
(UFSM)
Prof. Carlos Felix
(UFSM)
Santa Maria, 22 de Dezembro de 2014.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Carlos José Zin e Lúcia Maria Zin, por todo o apoio e por
sempre estarem ao meu lado, incentivando minhas decisões.
À Universidade Federal de Santa Maria e todo o corpo docente, pela
oportunidade de fazer parte da instituição e pelos ensinamentos repassados durante
a graduação.
Ao meu orientador, Prof. Ms. Talles Augusto Araujo, um agradecimento
especial por todo incentivo, dedicação, sabedoria e compreensão.
À JBT Telecom, por colaborar com meu trabalho com materiais e informações
que me proporcionaram grande aprendizado.
Aos meus amigos, colegas e demais familiares, pelo apoio e palavras de
incentivo, sem aos quais não seria possível conquistar este objetivo.
RESUMO
Trabalho de Conclusão de Curso
Curso de Engenharia Civil
Universidade Federal de Santa Maria
FUNDAÇÕES PARA TORRES METÁLICAS AUTOPORTANTES DE
TELECOMUNICAÇÕES: ASPECTOS TÉCNICOS E CONSTRUTIVOS
AUTOR: RICARDO VINÍCIUS ZIN
ORIENTADOR: PROF. MS. TALLES AUGUSTO ARAUJO
Data e local da defesa: Santa Maria, 22 de Dezembro de 2014.
As Torres autoportantes de telecomunicações são obras de grande importância, pois têm o objetivo
de propagar o sinal de telefonia móvel para todas as regiões do mundo e assim proporcionar uma
comunicação simultânea entre as pessoas. Em nosso país, a demanda por este tipo de serviço está
em constante crescimento e é imprescindível para o desenvolvimento das interações humanas.
Segundo uma estimativa da ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) no período entre
2010 e 2020, serão implantadas aproximadamente 100.000 novas torres de telecomunicações no
Brasil. Estas estruturas terão a tarefa de melhorar e ampliar o sinal dos aparelhos móveis. Para
manter as torres estáveis são necessárias fundações projetadas a fim de resistir aos esforços aos
quais as estruturas estão submetidas. Neste trabalho serão apresentados os tipos de fundações mais
comumente utilizadas em torres metálicas autoportantes de telecomunicações, apresentado alguns
aspectos executivos das mesmas e as vantagens e aplicabilidade de cada estrutura. Serão
apresentados também os principais métodos de determinação de capacidade de carga à tração de
fundações comumente utilizadas em torres autoportantes e será realizada uma analise comparativa
entre esses métodos baseados na pesquisa de Danziger (1983).
Palavras-chave: Fundações torres, Cargas de tração, Torres de Telecomunicações.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Torre Metálica Tubular
14
Figura 2 - Torre Metálica Prismática
14
Figura 3 - Torre Metálica de Base Triangular
15
Figura 4 - Torre Metálica de Base Quadrada em Cantoneira
15
Figura 5 - Isopletas da velocidade Básica do vento
17
Figura 6 - Coeficiente de arrasto, 𝐶𝑎 para torres reticuladas
18
Figura 7 - Exemplo de Relatório de Inspeção
23
Figura 8 - Tipos usuais de trados
25
Figura 9 - Relatório de Sondagem à Percussão
27
Figura 10 - Tipos de rupturas dos solos – Geral e Local
31
Figura 11 - Radier para torre de telecomunicação em corte
36
Figura12 - Bloco ancorado em Rocha
37
Figura 13 - Forma das sapatas
38
Figura 14 - Tubulão a céu aberto sem contenção lateral
40
Figura 15 - Método construtivo estaca Escavada
44
Figura 16 - Método construtivo estaca raiz
47
Figura17 - Bloco sobre estacas
48
Figura 18 - Geometria dos blocos
49
Figura 19 - Perfis metálicos usuais
50
Figura 20 - Detalhe das soluções de ligação das estacas metálicas com o bloco
52
Figura 21 - Geometria do tronco de cone de arrancamento e força consideradas
54
Figura 22 - Método do Cilindro de atrito no caso de Sapata, Estaca e Tubulão
55
Figura 23 - Modelo de capacidade de carga Balla
56
Figura 24 - Superfície de ruptura do Método Meyerhof e Adams
57
Figura 25 - Superfície de ruptura para estacas em solos homogêneos Grenoble
59
Figura 26 - Dimensões em metros dos tubulões analisados
68
Figura 27 – Resultados das cargas de ruptura obtida por diferentes métodos para os tubulões T4
e T5
70
Figura 28 - Resultados dos métodos semi-empíricos com redução de 30% no atrito lateral para
os tubulões T4 e T5
71
Figura 29 - Resultados das cargas de ruptura obtida por diferentes métodos para o tubulão T6
74
Figura 30 - Resultados dos métodos semi-empíricos com redução de 30% no atrito lateral para o
tubulão T6
75
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Componentes da força de arrasto nas faces das torres reticuladas de seção quadrada ou
triangular equilátera
19
Tabela 2 - Fator de correção ɳ, para dois ou mais reticulados paralelos igualmente afastados
20
Tabela 3 - Classificação dos maciços com base no RQD
29
Tabela 4 - Parâmetros Geotécnicos do Solo – Correlação com SPT
30
Tabela 5 - Valores de tensões admissíveis limites
32
Tabela 6 - Relação entre tensão admissível e número de golpes SPT
33
Tabela 7 - Valores de 𝐹2 (Aoki-Velloso, 1975)
62
Tabela 8 - Valores de α e K (Aoki-Velloso, 1975)
62
Tabela 9 - Coeficiente 𝛽 (Décourt, 1996)
63
Tabela 10 - SPT Médio a partir de Danziger (1983)
67
Tabela 11 - Dados de Cálculo Método Aoki-Velloso (1975) para os tubulões T4 e T5
69
Tabela 12 - Dados de Cálculo Método Aoki-Velloso (1975) para o tubulão T6
72
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO .................................................................................................... 10
1.1
Justificativa ...................................................................................................... 10
1.2
Objetivo ........................................................................................................... 11
1.2.1 Objetivo geral ............................................................................................... 11
1.2.2 Objetivos específicos ................................................................................... 11
2
CARACTERÍSTICAS DAS TORRES METÁLICAS DE TELECOMUNICAÇÕES12
2.1
Tipos de torres................................................................................................. 13
2.2
Carregamentos nas torres ............................................................................... 16
2.2.1 Cargas Verticais ........................................................................................... 16
2.2.2 Ações do vento ............................................................................................ 16
2.3
3
Carregamentos nas Fundações ...................................................................... 21
INVESTIGAÇÕES PARA IMPLANTAÇÃO DE FUNDAÇÕES E
CARACTERÍSTICAS DOS SOLOS........................................................................... 22
3.1
Relatório de inspeção de campo ..................................................................... 22
3.2
Investigações geotécnicas do subsolo ............................................................ 24
3.2.1 Sondagem a trado ........................................................................................ 24
3.2.2 Sondagem à percussão (SPT) ..................................................................... 26
3.2.3 Sondagem rotativa ou mista ......................................................................... 28
3.3
Avaliação e correlação dos parâmetros dos solos com base no SPT ............. 29
3.4
Tensão admissível do solo .............................................................................. 30
4
TIPOS DE FUNDAÇÕES USUAIS EM TORRES METÁLICAS
AUTOPORTANTES .................................................................................................. 34
4.1
Fundações rasas ............................................................................................. 35
4.1.1 Radier........................................................................................................... 35
4.1.2 Bloco ancorado em rocha ............................................................................ 36
4.1.3 Sapatas ........................................................................................................ 38
4.2
Fundações profundas ...................................................................................... 39
4.2.1 Tubulões ...................................................................................................... 39
4.2.2 Estaca escavada .......................................................................................... 42
4.2.3 Estaca raiz ................................................................................................... 45
4.2.4 Blocos sobre grupo de estacas .................................................................... 47
4.2.5 Estacas metálicas ........................................................................................ 49
5
MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE CARGA À TRAÇÃO
53
5.1
Métodos teóricos ............................................................................................. 54
5.1.1 Método do tronco de cone............................................................................ 54
5.1.2 Cilindro de atrito ........................................................................................... 55
5.1.3 Método de Balla ........................................................................................... 56
5.1.4 Método de Meyerhof e Adams ..................................................................... 57
5.1.5 Método da Universidade de Grenoble .......................................................... 58
5.2
Métodos empíricos .......................................................................................... 60
5.2.1 Método Aoki-Velloso (1975) ......................................................................... 60
5.2.2 Método Décourt-Quaresma (1978) .............................................................. 63
6
ANÁLISE COMPARATIVA DE RESULTADOS ENTRE OS MÉTODOS DE
DETERMINAÇÃO DE CAPACIDADE DE CARGA À TRAÇÃO DE FUNDAÇÕES ... 65
6.1
Comparação tendo como referência Danziger (1983) ..................................... 65
6.1.1 Características e procedimentos do trabalho ............................................... 65
6.1.2 Proposta de análise de resultados em tubulões sem base alargada ........... 66
6.1.3 Resultados para os tubulões T4 e T5:.......................................................... 68
6.1.4 Resultados para o tubulão T6: ..................................................................... 72
6.2
Conclusões da comparação ............................................................................ 75
7
CONCLUSÃO ..................................................................................................... 77
8
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 79
10
1 INTRODUÇÃO
As Torres autoportantes de telecomunicações são obras de grande
importância, pois têm o objetivo de propagar o sinal de telefonia móvel para todas as
regiões do mundo e assim proporcionar uma comunicação simultânea entre as
pessoas. Em nosso país, a demanda por este tipo de serviço está em constante
crescimento e é imprescindível para o desenvolvimento da sociedade.
Segundo
uma
Telecomunicações)
no
estimativa
período
da
entre
ANATEL
2010
e
(Agência
2020,
serão
Nacional
de
implantadas
aproximadamente 100.000 novas torres de telecomunicações no Brasil. Estas
estruturas terão a tarefa de melhorar e ampliar o sinal dos aparelhos móveis.
As obras de infraestrutura de construção civil são fundamentais para que este
ciclo de expansão da capacidade de comunicação se desenvolva. Para isso
centenas de torres autoportantes são instaladas no Brasil a cada mês. A cada nova
implantação os engenheiros são desafiados a projetar e executar torres e suas
devidas fundações em regiões urbanas e rurais de todos os municípios do país.
As fundações dessas estruturas representam um custo representativo no
valor total da obra. Desse modo, deve-se conhecer os aspectos de cada tipo de
fundação, e saber aplica-los em virtude das necessidades de cada projeto. Deve-se
buscar executar estruturas eficientes, seguras e que possuam viabilidade
econômica.
A demanda crescente por novas torres exigem grandes investimentos. No
entanto, para que esses investimentos não sejam em vão, é necessário um controle,
da parte executiva, dos custos com materiais, da qualidade, uma concepção
adequada da produção e execução, da durabilidade e segurança.
1.1 Justificativa
Diante da grande demanda por novas torres de telecomunicações no Brasil e
a complexidade de implantação deste tipo de estrutura, faz-se necessário conhecer
11
os principais tipos de fundações utilizadas para estas torres bem como as
características e aplicabilidade das mesmas.
Para manter as torres estáveis são necessárias fundações projetadas a fim de
resistir aos esforços aos quais as estruturas estão submetidas. Em torres metálicas
autoportantes o vento na estrutura gera momentos que tendem a tombar a torre,
gerando esforços de tração nas fundações. Desse modo é necessário conhecer os
principais métodos disponíveis para estimativa de esforços de tração e os tipos de
fundação que possuem as maiores capacidades de resistir a esse tipo de esforço.
1.2 Objetivo
1.2.1 Objetivo geral
Neste trabalho serão apresentados os tipos de fundações mais comumente
utilizadas em torres metálicas autoportantes de telecomunicações, apresentado os
aspectos executivos das mesmas e as vantagens e aplicabilidade de cada estrutura.
Serão apresentados também os principais métodos de determinação de
capacidade de carga à tração de fundações comumente utilizadas em torres
autoportantes e será realizada uma análise comparativa entre esses métodos
baseados na pesquisa de Danziger (1983).
1.2.2 Objetivos específicos
 Apresentar os principais métodos de investigações geotécnicas utilizados para
reconhecimento do subsolo e para auxiliar no desenvolvimento do projeto de
fundações de torres metálicas autoportantes de telecomunicações.
 Apresentar os esforços atuantes nas fundações e os principais métodos utilizados
para estimativa de cálculo de arrancamento (esforços de tração) desse tipo de
estrutura.
12
 Realizar uma comparação da viabilidade das técnicas de fundações em relação à
análise geotécnica do solo, fator de exposição ao vento e local de implantação.
2 CARACTERÍSTICAS
TELECOMUNICAÇÕES
DAS
TORRES
METÁLICAS
DE
13
2.1 Tipos de torres
As torres metálicas autoportantes foram as soluções adotadas para
substituírem os postes de concreto armado na tarefa de propagação de sinal
telefônico. Atualmente este tipo de estrutura metálica é amplamente utilizada, pois
atende aos critérios de custo, durabilidade, capacidade de implantação de
equipamentos e altura necessária.
Este tipo de estrutura pode ser tubular ou treliçada. As torres tubulares são
constituídas de peças metálicas em formato de tronco de cone. Sua utilização não é
difundida no Brasil em virtude de seu alto custo e limitação de altura.
Predominantemente as operadoras de telefonia optam pela implantação de torres
metálicas treliçadas.
As torres treliçadas podem variar tanto na constituição da sua base como na
altura desejada. Pode-se afirmar que, no Brasil, as torres de estrutura prismática,
cujos montantes se mantêm constantes em altura são pouco utilizadas. A maioria
das torres apresenta uma geometria piramidal, onde o afastamento entre montantes
diminui entre si em altura, quer de forma gradual, quer de forma mais acentuada,
através da utilização de peças de redução de dimensão. Quanto às bases, neste
caso é mais usual a utilização de uma base triangular, sendo menos utilizada a
geometria de base quadrangular.
Em sua estrutura são utilizadas cantoneiras “L” ou montantes tubulares, é
caracterizada por possuir um trecho piramidal e no seu topo um trecho reto. São
fabricadas em alturas superiores a 20 metros podendo chegar a 180 metros. O peso
destas estruturas varia de 5000 kg a 25000 kg de acordo com o perfil utilizado e a
altura da torre.
As figuras 1, 2, 3 e 4 apresentam os principais tipos de torres metálicas de
telecomunicações utilizadas no Brasil.
14
Figura 1 – Torre Metálica Tubular.
Figura 2 – Torre Metálica Prismática (JBT Telecom)
15
Figura 3 – Torre Metálica de Base Triangular (JBT Telecom).
Figura 4 – Torre Metálica de base quadrada em cantoneira (JBT – Telecom).
16
2.2 Carregamentos nas torres
Para critérios de dimensionamento as ações atuantes nas fundações são
basicamente devidas às torres. São raras as situações em que existem outros
carregamentos atuando no bloco de fundações. Pode-se exemplificar como essas
ações adicionais a pressão de água, o empuxo de solo, os impactos de objetos, de
veículos, etc.
A origem e a natureza das cargas aplicadas nas fundações são as mesmas
dos esforços atuantes nas torres. Desse modo ao se estudar as cargas que solicitam
as torres estão sendo avaliadas as ações sobre as fundações.
É de grande importância a análise dessas cargas, pois, sua combinação, e as
hipóteses de carregamentos poderão determinar o grau de exigência, ou tolerância,
com relação ao desempenho das fundações.
2.2.1 Cargas Verticais
As cargas verticais que atuam nas torres são aquelas devidas ao peso próprio
da torre, para-raios e antenas instaladas. Existem também cargas verticais devidas a
equipamentos adicionais e sobrecargas devido a plataformas de manutenção.
2.2.2 Ações do vento
Para as torres de telecomunicação a quantificação das cargas devidas ao
vento atende à norma brasileira de vento NBR 6123 (1988). Estas torres ainda não
possuem norma técnica específica como suas equivalentes de linhas de
transmissão. A norma NBR 6123 (1988) fornece apenas diretrizes para se
determinar as forças do vento em torres treliçadas de um modo mais geral.
As torres são projetadas para diferentes áreas de exposição ao vento, de
acordo com o número de antenas que serão instaladas. A partir deste dado as torres
17
são dimensionadas em relação às forças exercidas pelo vento, chamadas forças de
arrasto. Em média as torres são projetadas para terem uma área de exposição ao
vento total entre 8 m² e 16m², equivalente a área das antenas a serem instaladas.
Conforme a NBR6123, a velocidade característica do vento é obtida pela
expressão:
𝑉𝑘 = 𝑉0 × 𝑆1 × 𝑆2 × 𝑆3
(m/s)
(1)
Desse modo, 𝑆1 é o fator topográfico, 𝑆2 é o fator de rugosidade do terreno, 𝑆3
é o fator estatístico de segurança, que no caso das torres é o valor 1.1, e 𝑉0 é a
velocidade básica do vento, obtida através do gráfico de isopletas (Figura 5), que
varia de acordo com a região (NBR 6123, 1988).
A velocidade do vento 𝑉0 é a velocidade de uma rajada de 3 segundos
exercida em média uma vez a cada 50 anos, a 10m acima do terreno em campo
aberto e plano.
Figura 5 – Isopletas da velocidade Básica do vento 𝑉0(m/s). (NBR 6123, 1988).
18
A força de arrasto está ligada diretamente com a pressão dinâmica do vento,
e área frontal efetiva (correspondente à área de projeção ortogonal da estrutura
sobre um plano perpendicular à direção do vento).
A NBR 6123 (1988) determina quais são os coeficientes de arrasto
longitudinal para as torres treliçadas. A norma apresenta um gráfico do coeficiente
de arrasto 𝐶𝑎 com o índice de área exposta ɸ para diversos tipos de torres, conforme
a figura 6.
Figura 6 – Coeficiente de arrasto, 𝐶𝑎 para torres reticuladas de seção quadrada e
triangular, formadas por barras prismáticas de cantos vivos ou levemente
arredondados (NBR 6123).
O índice de área exposta ɸ é obtido dividindo-se a área frontal efetiva de um
reticulado 𝐴𝑒 , pela área frontal A da superfície limitada pelo contorno do reticulado.
A tabela 1 fornece valores que multiplicados pela força de arrasto 𝐹𝑎 ,
fornecem as componentes da mesma nas faces da torre. Na tabela 1, ɳ é o fator de
proteção de um reticulado em relação a outro, e é determinado conforme a tabela 2.
19
Tabela 1 – Componentes da força de arrasto nas faces das torres reticuladas de
seção quadrada ou triangular equilátera.
Fonte: NBR 6123, 1988.
20
Tabela 2 – Fator de correção ɳ, para dois ou mais reticulados paralelos igualmente
afastados.
Fonte: NBR 6123, 1988.
Segundo Carril (2000), a torre deve ser separada em painéis com diferentes
índices de área exposta e o coeficiente de arrasto deve ser determinado para cada
painel da torre. A força no trecho considerado é determinada por:
𝐹𝑎 = 𝐶𝑎 × ɸ × 𝐴 × 𝑞
(kN)
(2)
Onde: q é a pressão dinâmica do vento dada por:
𝑞 = 0,613 × 𝑉𝑘2
(3)
Onde:
A (m²): é a área delimitada pelos limites externos do painel de barlavento da
torre.
ɸ: é o índice de área exposta.
21
Segundo Carril (2000) devem ser consideradas também as forças do vento
em estruturas adicionais como: escadas marinheiro, plataformas, tubulações,
estruturas de antenas celulares e micro-ondas. A norma Brasileira não especifica
como determinar essas forças do vento adicionais, apenas fornece o coeficiente de
arrasto para perfis e tubos de comprimento infinito. As forças do vento são
simplesmente adicionadas sem considerar a proteção de um elemento sobre o
outro.
2.3 Carregamentos nas Fundações
Como o vento é o carregamento principal nas torres de telecomunicações, o
estudo de sua ação tem como base a análise de seu efeito, em função do ângulo de
incidência. Geralmente as torres não são simétricas, em virtude dos equipamentos
nela instalados. Desse modo, são estudados ventos incidindo a 0, 30, 45, 60, 90,
120 e 180 graus, em relação a uma determinada face da torre em estudo.
A fim de desenvolvimento do projeto de fundação, devemos obter os
seguintes esforços atuantes na fundação:
 Compressão máxima;
 Tração máxima;
 Horizontal máximo;
 Momento fletor máximo.
A tração, originada pelos esforços que tendem a tombar a torre, é a principal
solicitação a ser analisada nos projetos de fundações para torres metálicas de
telecomunicações. Geralmente este esforço governa o dimensionamento, de modo
que as dimensões necessárias para suportar os esforços de arrancamento são
suficientes para resistir às demais cargas na fundação.
22
3 INVESTIGAÇÕES PARA IMPLANTAÇÃO DE FUNDAÇÕES E
CARACTERÍSTICAS DOS SOLOS
3.1 Relatório de inspeção de campo
Relatório que auxilia na tomada de decisão pela escolha da fundação a ser
utilizada, bem como sobre o método de execução de montagem da torre. Segundo
Chaves (2004) apresenta informações sobre muitas variáveis como se observa a
seguir:
 Informação sobre a acessibilidade ao local;
 Informação sobre a vegetação (árvores protegidas por lei);
 Informação sobre a possibilidade de equipamentos agrícolas transitarem no local
 (proteção das fundações e estais das torres), ou mesmo utilização de outros
equipamentos, tal como pivô central para irrigação;
 Informação sobre a necessidade de pequenas obras de proteção das fundações,
ou do terreno local (contenção, drenagens e replantio da vegetação);
 Disponibilidade de materiais de construção na região;
 Informações da existência de outras torres próximas e quais soluções foram
adotadas para as fundações;
 Documentação fotográfica;
 Topografia do local, se acidentada ou não;
 Informações preliminares da natureza do solo;
 Informação sobre possibilidade de lençol freático elevado;
 Informação sobre a possibilidade de o local ser inundável;
 Dados sobre a estabilidade dos solos e das encostas;
 Determinação da necessidade de se fazer sondagem geotécnica complementar;
 Informações especiais, tal como relocação da torre para evitar algum acidente
geográfico, construção, ou mesmo facilidade de execução dos trabalhos;
23
 Informações complementares relatando a existência de adutoras, redes de água e
de esgoto;
 Dados da cultura local de métodos construtivos e de soluções para fundações.
A figura 7 apresenta um exemplo de um boletim padrão para elaboração de
um relatório de inspeção de campo.
Figura 7 – Exemplo de Relatório de Inspeção (JBT Telecom).
24
3.2 Investigações geotécnicas do subsolo
Existem inúmeros métodos de investigação geotécnica disponíveis aos
engenheiros para a utilização em Engenharia de Fundações. Referindo-se a
implantação de torres de telecomunicações, os métodos mais utilizados e que nos
fornecem resultados relevantes de modo prático são:
 Sondagem a Trado;
 Sondagem Tipo SPT (Standard Penetration Test);
 Sondagem Rotativa e Mista
A escolha do tipo de sondagem se baseia em:
 Ordem de grandeza das cargas que as torres descarregam nos solos;
 Características geotécnicas do terreno;
 Área da base da torre;
 Custo da investigação;
 Disponibilidade de equipamentos na região em questão.
A quantidade mínima de sondagens usualmente utilizadas em investigações
geotécnicas para implantação de fundação para torres é de dois furos por torre.
Quando os resultados obtidos não forem satisfatórios e não apresentarem precisão
suficiente para a realização do projeto, o engenheiro responsável tem a obrigação
de aprofundar o estudo, realizando novos furos ou fazendo o uso de outras técnicas
tais como escavação de trincheiras de inspeção, amostragens de solo, ensaios
específicos de laboratório (cisalhamento direto, compressão triaxial, adensamento,
etc).
3.2.1
Sondagem a trado
25
Sondagem a trado é um método de investigação geológico-geotécnica de
solos que utiliza como instrumento um trado: um tipo de amostrador de solo
constituído por lâminas cortantes, que podem ser espiraladas (trado helicoidal ou
espiral) ou convexas (trado concha ou cavadeira). Tem por finalidade a coleta de
amostras deformadas, determinação de profundidade do nível d’agua e identificação
dos horizontes do terreno.
As amostras são caracterizadas pelo método táctil-visual e registradas em
relatório ou boletins de sondagens. Este tipo de sondagem fornece informações, que
associados aos dados da sondagem SPT, permitem traçar o perfil geológico da área
em estudo. É tido como um método de baixo custo e trás muitas informações.
Esta investigação, utilizando trado manual, geralmente é feita até 3 m de
profundidade, embora seja possível alcançar profundidades superiores. Isto ocorre
pela própria limitação dos equipamentos por serem de operação manual, que gera
dificuldade de escavação aos operadores. A figura 8 apresenta os tipos usuais de
trados, que podem ser trados cavadeira, torcidos ou helicoidais.
Figura 8 – Tipos usuais de trados (Hachich et al, 1998).
De modo geral, as informações que se obtém com a investigação com trado
são:
26
 Tipo de solo encontrado;
 Detecção da presença de nível de água (N.A.);
 Indicação de possível afloramento de rocha;
 Grau de dificuldade de escavação.
3.2.2
Sondagem à percussão ou de simples reconhecimento (SPT)
O ensaio SPT (Stantard Penetration Test) é um dos métodos de investigação
geotécnica mais difundidos no Brasil. É um método simples de ser realizado e que
nos traz informações acerca da compacidade do solo in-situ (NBR 6484). Consiste
em contar o número de golpes N necessários para que um peso de 65 kgf, caindo
da altura de 75 cm, força um amostrador de 2” de diâmetro externo penetrar 45
centímetros no solo. O número N de golpes é denominado “Índice de Resistência à
Penetração”. Neste ensaio também são recolhidas amostras do solo, para suas
classificações de modo táctil-visual.
Através
deste
método
podemos
obter
uma
grande
quantidade
de
informações. As de maior importância são listadas a seguir:
 Tipo de solo, caracterização táctil visual.
 Nspt – número de golpes dos últimos 30 centímetros.
 Profundidade do nível d´agua.
Este tipo de sondagem é amplamente utilizado no Brasil, não somente para
obras de implantação de torres, mas para qualquer obra de engenharia que envolva
a necessidade de reconhecimento do subsolo para a implantação de fundações.
Devido a isso os equipamentos para a realização do ensaio são encontrados
facilmente e tem um custo relativamente baixo.
Ao longo do tempo, foram estabelecidas relações entre o número de golpes N
e os parâmetros de diversos tipos de solo. Desse modo, muitas vezes pode-se
27
dispensar ensaios mais rigorosos na investigação geotécnica e obter um alto grau
de confiabilidade nos ensaios SPT.
A resistência à compressão, o ângulo de atrito interno do solo, o coeficiente
de recalque e o módulo de elasticidade, podem ser determinados em função do
número de golpes N, para cada tipo de solo, metro a metro.
A figura 9 apresenta um boletim de sondagem de simples reconhecimento
com suas informações básicas.
Figura 9 – Relatório de Sondagem à Percussão (JBT Telecom).
28
3.2.3
Sondagem rotativa ou mista
Este tipo de investigação de subsolo é utilizada quando há a necessidade de
estudar e conhecer a qualidade da rocha ou quando encontra-se um solo
impenetrável a percussão e/ou trépano.
A sondagem rotativa consiste na perfuração do subsolo, onde se encontra
rocha ou material impenetrável à percussão. Com ela pode-se identificar as
características de uma rocha, identificando se a mesma é fraturada ou sã. Permite
também saber se, o que se encontrou como impenetrável na percussão trata-se de
um matacão (bloco de rocha solto), ou do topo rochoso propriamente dito.
A sondagem rotativa é realizada por ciclos sucessivos de corte e retirada dos
testemunhos do interior do barrilete, procedimento conhecido como manobra. Em
cada manobra o avanço depende unicamente da qualidade do material que está
sendo perfurado. Quando o material é de boa qualidade, o comprimento do
testemunho obtido em cada manobra pode ser de 3 a 5 metros, ou seja, do mesmo
comprimento do barrilete. Quando ocorre destruição do material ou perda, em
terrenos onde a rocha se encontra muito fraturada, o comprimento de cada manobra
deve ser reduzido até que tenha um testemunho representativo.
Os testemunhos coletados nas sondagens dever ser guardados em caixas
com tampa e posteriormente analisados por geólogos. Eles devem ser dispostos na
sequencia exata de sua posição no furo, da esquerda para direita e de cima para
baixo.
Em regiões onde é sabida a existência de ocorrência de matacões ou
cavernas, o tipo de sondagem utilizado é a mista. A rigor ela é a alternância de
sondagens SPT nos trechos de solo, com as sondagens rotativas nos trechos
rochosos.
Uma informação importante fornecida pela sondagem rotativa é a qualidade
da rocha. Ela é definida como a percentagem de recuperação das amostras, após a
eliminação das porções de solo e dos fragmentos de rocha menores que 10 cm.
Esta denominação é chamada de RQD (Rock Quality Designation), que permite
mensurar o grau de continuidade da rocha. A tabela 3 apresenta a classificação
RQD.
29
Tabela 3 – Classificação dos maciços com base no RQD.
3.3 Avaliação e correlação dos parâmetros dos solos com base no SPT
Na prática, é comum a utilização de valores de parâmetros dos solos obtidos
em ensaios anteriores, em solos de características semelhantes e de acordo com o
caso os ensaios em laboratório são dispensados.
O número de golpes N, obtidos nas sondagens à percussão SPT, é bastante
utilizado na correlação dos parâmetros dos solos. Este tipo de correlação deve ser
utilizado com atenção e por profissionais com conhecimento e experiência no
assunto.
A tabela 4 correlaciona alguns desses valores de acordo com o numero N da
sondagem SPT.
N – é o número de golpes SPT;
c – é a coesão;
ɸ - é o ângulo de atrito interno do solo;
γ – é o peso específico do solo.
30
Tabela 4 – Parâmetros Geotécnicos do Solo – Correlação com SPT
Fonte: CESP, 1983.
3.4 Tensão admissível do solo
Define-se tensão admissível do solo como a máxima tensão que o solo
suporta sem apresentar recalques excessivos ou ruptura que causem danos a
estrutura.
O conceito de ruptura geral pode ser representada em um gráfico tensão x
deformação. Neste caso, pode-se caracterizar um valor de tensão máxima, a partir
do qual a deformação cresce continuamente, sem aumento proporcional da tensão.
Essa ruptura ocorre repentinamente, e normalmente a estrutura sobre tombamento,
e o solo, de um lado da fundação, sofre empolamento ou estufamento.
Existem solos menos resistentes, de baixa compacidade ou consistência, em
que a tensão cresce continuamente com a deformação (recalque) não podendo
distinguir um valor limite como ruptura geral. Nos casos de acidentes em fundações
de torres provocados por este tipo de ruptura local, normalmente a estrutura não
31
sofre tombamento, e somente uma região abaixo da fundação é que se nota
evidencia de ruptura do solo.
Na figura 10, as curvas 1 e 2 apresentam ruptura geral e a curva 3 representa
ruptura local.
Figura 10 - Tipos de rupturas dos solos – Geral e Local
Os métodos de estimativas de tensões admissíveis mais utilizados são os
empíricos, em que valores são obtidos através de correlações com ensaios SPT e
CPT.
A tabela 5 apresenta os valores de tensões admissíveis limites a serem
adotados. Os dados foram obtidos através da experiência da seção de solos do
Instituto de Pesquisas tecnológicas de São Paulo, IPT.
32
Tabela 5 – Valores de tensões admissíveis limites
Fonte: Hachich et al (1998).
A tabela 6 apresenta uma relação entre tensão admissível e o número de
golpes SPT.
33
Tabela 6 – Relação entre tensão admissível e número de golpes SPT
Fonte: Campos, 2007.
Também é possível estimar a tensão admissível com correlação SPT, através
da seguinte fórmula:
𝜎𝑎𝑑𝑚 = 0,02𝑁
(𝑀𝑃𝑎)
Válido para solos 5 ≤ N ≤ 20.
N = N médio no bulbo de tensões
(5)
34
4 TIPOS DE FUNDAÇÕES USUAIS EM TORRES METÁLICAS
AUTOPORTANTES
Pode-se classificar as fundações para torres como diretas, profundas e
especiais. A escolha na utilização destes tipos de fundação é baseada na viabilidade
técnica e econômica, tempo de execução e disposição de equipamentos e pessoal
especializado na região de implantação.
Para torres de telecomunicações, quando é necessária a implantação de
fundações diretas, os métodos mais recorrentes são o radier e as sapatas. Quando
é necessária a implantação de fundações profundas os métodos mais utilizados são
os tubulões e estacas escavadas.
De acordo com a NBR 6122 (2010), Fundações diretas são aquelas “em que a
carga é transmitida ao terreno, predominantemente pelas pressões distribuídas sob
a base”, também que a profundidade de assentamento da mesma esteja em uma
medida inferior ao dobro da menor dimensão adotada. São exemplos deste tipo de
fundações as sapatas e o radier.
Conforme a NBR 6122 (2010), fundações profundas são aquelas que recebem
a carga proveniente da superestrutura e descarregam no solo pela sua base (ponta),
pelas suas paredes laterais (fuste) ou por uma combinação das duas. Esta deve
estar assente a uma cota duas vezes maior que a menor dimensão considerada em
planta e que essa seja no mínimo 3 metros de profundidade. Consideram-se como
exemplo fundações deste tipo as estacas escavadas e estaca raiz.
Como fundações diretas são mais utilizadas os seguintes tipos de estruturas:
 Sapata de concreto;
 Radier;
 Bloco ancorado em rocha.
Como fundações profundas, utilizam-se as seguintes:
 Tubulão em solo;
35
 Estaca Escavada;
 Estaca raiz;
 Estaca metálica;
 Bloco sobre grupo estacas.
4.1 Fundações rasas
Em torres de telecomunicações a estrutura radier é a mais utilizada quando
nos referimos a fundações rasas. O uso de sapatas é menos comum e está
relacionado a torres menores com baixas esforços de solicitação.
4.1.1
Radier
O radier é um tipo de fundação superficial, executada em concreto armado,
que recebe todas as cargas através das bases da torre, distribuindo-as de forma
uniforme no solo.
Este tipo de estrutura é uma solução relativamente onerosa uma vez que
envolve uma grande quantidade de concreto armado. Segundo Lopes e Velloso
(2010), sua aplicabilidade se dá quando as áreas das sapatas se aproximam uma
das outras ou mesmo se interpenetram. Além disso, é utilizado quando se deseja
uniformizar os recalques através de uma fundação associada.
O desempenho estrutural do radier depende da qualidade do concreto e
também da qualidade do solo sobre o qual está apoiado. A resistência do solo é
influenciada pelo grau de compactação e pelo teor de umidade. Pode-se melhorar a
base da fundação através de drenagem, compactação e estabilização do solo,
entretanto deve-se analisar a viabilidade econômica destas medidas.
O método construtivo é simples. Tem início com a demarcação da construção,
com a implantação e demarcação do gabarito referencial contendo os eixos das
faces laterais e a referência de nível.
36
A escavação pode ser realizada manual ou mecanicamente, dependendo do
volume necessário de escavação. Após a escavação deve-se compactar o solo a fim
de se obter uma boa camada de suporte.
É importante também, antes de realizar a concretagem do radier, a aplicação
de um lastro de concreto magro com a finalidade de drenar a interface e servir como
material de transição entre o solo e o radier.
A figura 11 apresenta um radier em corte utilizado na implantação de uma
torre de telecomunicações de 70 metros de altura. Neste projeto o radier foi
implantado a 2 metros de profundidade. A ligação dos tubos das torres é realizada
em três pilares armados, onde é instalado o chumbador. O reaterro é realizado com
solo compactado em camadas umedecidas.
Figura 11 – Radier para torre de telecomunicação em corte (JBT Telecom).
4.1.2
Bloco ancorado em rocha
São blocos construídos em concreto armado e que são ancorados em rocha
através de chumbadores de aço. Sua aplicabilidade é em regiões onde o topo
rochoso é aflorante ou ocorre em pequenas profundidades.
37
Deve-se realizar uma investigação geotécnica que indique o tipo de rocha
presente no subsolo. Este tipo de bloco é usualmente utilizado em rochas sãs,
pouco fraturadas.
Os blocos ancorados em rocha são uma opção aos tubulões em rocha, pois
seu método construtivo não necessita a demolição da rocha, facilitando sua
implantação e reduzindo custos.
O método construtivo se baseia em:
1. Escavação da camada de solo existente sobre a rocha;
2. Escarrificação da superfície da rocha, tornando-a o mais nivelado possível;
3. Execução dos furos para os chumbadores com equipamento rotopercussivo
4. Instalação dos chumbadores;
5. Construção do bloco e do fuste.
Este tipo de bloco se torna viável para torres de telecomunicações, pois os
chumbadores trabalham resistindo os esforços de tração. A figura 12 apresenta um
exemplo de bloco ancorado em rocha.
Figura 12 – Bloco ancorado em Rocha (CHAVES, 2004).
38
4.1.3
Sapatas
São fundações diretas executadas em concreto armado que distribuem as
cargas nelas aplicadas através do solo. Normalmente elas possuem uma laje na
parte inferior que pode ter altura variável ou não (CHAVES, 2004).
As sapatas podem assumir praticamente qualquer forma em plana, sendo que
as mais comuns são sapatas quadradas e retangulares. São estruturas indicadas
para solos que possuem alta resistência a baixa profundidade. Geralmente o
assentamento se faz em torno de 2 a 4 metros de profundidade. A figura 13
apresenta as principais formas que as sapatas podem adquirir.
Figura 13 – Forma das sapatas (Hachich et al, 1998).
As escavações para este tipo de estruturas podem ser manuais ou
mecanizadas, dependendo de acesso ao local do equipamento e da necessidade
por escavações de grandes volumes de solo. Retro-escavadeiras e mini
escavadeiras são os equipamentos mais utilizados. Estes equipamentos são úteis
39
até uma profundidade de 3 metros, atingido este nível a escavação deve ser
continuada manualmente.
As sapatas, usualmente, são concretadas em duas etapas, a primeira é se
refere à base e a segunda ao seu fuste. Em terrenos onde exista o risco de
desmoronamento o solo deverá ser escorado durante a execução da obra. Deve-se
atentar ao fato que em obras com escavações com profundidade superiores a 1,5
metros, a obra sempre deverá ser escorada a fim de garantir a segurança dos
trabalhadores.
Devido ao esforço de tração presente nas torres, após a concretagem o
reaterro deve ser executado com compactação mecânica em camadas de até 20
cm, com teor de umidade ótima a fim de se obter um grau de compactação mínimo
de 95% do Proctor Normal.
4.2 Fundações profundas
Segundo Velloso (2004) são elementos de fundação que transmitem a carga
ao terreno pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de
fuste) ou por uma combinação das duas e que está assente em profundidades
superiores ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo, a 3 metros.
4.2.1
Tubulões
Segundo Velloso (2004), tubulão é um elementos de fundação profunda,
cilíndrico, com base alargada ou não, em que, pelo menos na etapa final há descida
de operário. Muitas vezes torna-se difícil distinguir tubulões de estacas escavadas.
Os tubulões podem ser vistos como estacas escavadas de grande diâmetro com
base alargada.
Quando trata-se de tubulões com base alargada, estes devem ter fuste com
no mínimo 70 cm de diâmetro para permitir a entrada e saída de operários. Devido à
40
utilização de equipamentos de escavação mecânica, a prática de descida de
operários vem sendo cada vez menos utilizada e poderá ser abandonada.
Na maioria dos casos este tipo de estrutura é empregada onde a cota de
assentamento da base esteja acima do nível do lençol freático. Entretanto pode-se
utilizar tubulões abaixo do nível d’agua nos casos em que o solo se mantenha
estável sem risco de desmoronamento e seja possível controlar a água no interior do
tubulão.
Nos tubulões as cargas são transmitidas essencialmente pela base a um
substrato de maior resistência. São utilizados em solos onde as camadas menos
compressíveis e com tensões admissíveis razoáveis não estão próximas à superfície
do terreno. A figura 14 mostra o detalhe de um tubulão a céu aberto sem contenção
lateral.
Figura 14 – Tubulão a céu aberto sem contenção lateral (CHAVES, 2004)
Em obras de fundações para torres metálicas não é comum o uso de tubulões
pneumáticos. Quando existe o nível d’agua próximo à superfície, geralmente a
solução construtiva utilizada são as fundações rasas, a fim de viabilizar
economicamente a obra.
Os tubulões a céu aberto podem ser divididos em dois grupos que se referem
aos seus aspectos construtivos, os que utilizam contenção lateral e os que utilizam
contenção lateral continuamente ao longo do fuste.
41
Os tubulões sem contenção lateral têm seus fustes abertos por escavação
manual ou mecânica, com a base geralmente escavada manualmente. Não utilizam
nenhum tipo de escoramento lateral e, portanto o fuste, e especialmente a base,
somente podem ser executados em solos que apresentam um mínimo de coesão
capaz de garantir a estabilidade na escavação. Nestes casos é comum que o
diâmetro final resulte em um aumento de 5% a 10% em relação ao estabelecido em
projeto.
Já os tubulões com contenção lateral contínua utilizam revestimentos
metálicos ou anéis de concreto os quais podem ser recuperados ou não na medida
em que o concreto é lançado para o interior da escavação. São utilizados quando
existe a necessidade de atravessar camadas de solo com possibilidades de
desmoronamento, ou mesmo de solos moles que provoquem o estrangulamento da
seção. Existem equipamentos que cravam uma camisa metálica, desde a superfície,
ao mesmo instante em que realizam a escavação. Neste tipo de solução o atrito
lateral fica reduzido, pois o processo provoca um amolecimento do solo que, na
maioria dos casos não é recuperável.
A seguir são apresentadas algumas vantagens dos tubulões que justificam
sua utilização em obras de fundações para torres.
 Baixos custos de mobilização e desmobilização quando comparados a outros
equipamentos. Aspecto importante neste tipo de obras onde são executados de
três a quatro tubulões para sustentar cada torre;
 O processo construtivo gera vibrações em baixa intensidade, fator importante a
ser considerado em obras urbanas próximas a construções existentes;
 O profissional encarregado da execução pode observar e classificar o solo
retirado ao longo da escavação, realizando comparações com o solo previsto em
projeto;
 O comprimento e o diâmetro dos tubulões podem ser modificados ao longo da
escavação a fim de compensar as condições adversas do subsolo.
42
4.2.2
Estaca escavada
As estacas escavadas são elementos esbeltos, colocados nos solos por
perfuração, que têm por objetivo transmitir as cargas ao mesmo, seja por sua
resistência inferior, resistência de ponta, seja pela resistência ao longo do fuste,
atrito lateral, ou pela combinação de ambas (ALONSO, 1983).
As estacas escavadas são caracterizadas por serem moldadas no local após
a escavação do solo, que é realizada usualmente com perfuratrizes rotativas. Este
tipo de equipamento rotativo pode vir acoplado a caminhões ou acoplado a
equipamentos sobre esteiras, desse modo pode atender uma grande quantidade de
situações em locais de difícil acesso. As profundidades alcançadas por estes
equipamentos podem ser de até 40 metros.
O diâmetro das brocas das perfuratrizes varia de 0,20 a 1,70 metros de
diâmetro. Devido a essa grande capacidade, a abertura manual para diâmetros
superiores a 0,50 metros vem sendo cada vez menos utilizada.
O emprego desta solução se dá para perfurações acima do nível do lençol
freático onde o terreno superficial não apresenta capacidade de suporte adequada
ou é muito deformável. A seguir são apresentadas algumas vantagens deste método
executivo:
 Grande mobilidade e capacidade de produção dos equipamentos disponíveis no
mercado;
 Custos relativamente baixos;
 Capacidade de execução rápida;
 O processo construtivo gera vibrações em baixa intensidade, fator importante a
ser considerado em obras urbanas próximas a construções existentes;
 O profissional encarregado da execução pode observar e classificar o solo
retirado ao longo da escavação, realizando comparações com o solo previsto em
projeto;
 O comprimento e o diâmetro das estacas podem ser modificados ao longo da
escavação a fim de compensar as condições adversas do subsolo.
43
O método executivo é simples. Uma vez instalado e nivelado o equipamento,
posiciona-se a ponta do trado sobre o piquete de locação e inicia-se a perfuração.
Quando a haste tem forma totalmente helicoidal, a perfuração prossegue até a cota
desejada e então se procede a retirada da haste sem girar. Aproximadamente a
cada 2 metros a haste é girada no sentido contrário ao da perfuração e, com o
auxilio de uma pá, o solo é removido entre as lâminas. Quando somente um trecho
da haste é helicoidal. A operação de retirada da haste é repetida algumas vezes
antes de se atingir a cota final prevista em projeto.
Quando a cota prevista de projeto é atingida são verificadas as características
do solo e pode-se iniciar introdução da armadura na estaca a concretagem da
mesma. O concreto utilizado deve ter consumo de cimento mínimo de 300kg/m³ e
fck mínimo de 20 Mpa.
No topo destas estacas geralmente são construídos blocos de coroamento,
que recebem as cargas das torres e as redistribuem nas estacas. A figura 15 mostra
as etapas do método construtivo de uma estaca escavada.
44
Figura 15 – Método construtivo estaca Escavada
1. Escavação mecânica do fundo através de trado;
2. Perfuração executada até a cota de projeto;
3. Posicionamento da armação na estaca;
4. Concretagem da estaca;
5. Estaca pronta.
45
4.2.3
Estaca raiz
É uma estaca moldada “in-loco”, denominada como estaca injetada, com
diâmetro acabado variando de 80 a 450 mm e de elevada tensão de trabalho no
fuste, que é totalmente armado ao longo de seu comprimento e constituído de
argamassa de areia e cimento.
Caracteriza-se pela aplicação de ar comprimido imediatamente após a
moldagem do fuste e no topo do mesmo, concomitantemente com a remoção do
revestimento. Usam-se baixas pressões, geralmente inferiores a 0,5 MPa, que tem
por objetivo apenas garantir a integridade da estaca.
Servem como alternativa quando se encontra dificuldades de execução de
fundações pelos métodos tradicionais pela ocorrência de matacões. O processo de
perfuração permite atingir grandes profundidades e terrenos de alta resistência,
oque lhe confere maior nível de carga transmitida ao solo por atrito lateral, em
comparação com outras estacas de mesmo diâmetro.
As torres de telecomunicações geram grandes tensões de tração. Como na
estaca raiz a carga admissível resulta fundamentalmente da parcela de atrito lateral,
este tipo de estaca pode ser utilizada com a mesma carga de trabalho à tração e à
compressão, desde que o fuste seja convenientemente armado.
Algumas vantagens da utilização da estaca raiz são apresentadas a seguir:
 Alta capacidade de cargas de tração com recalques reduzidos;
 O processo construtivo gera vibrações em baixa intensidade, fator importante a
ser considerado em obras urbanas próximas a construções existentes;
 Pode ser executada em qualquer tipo de terreno e em direções especiais;
 Utilização para atender esforções de tração e compressão.
A execução de uma estaca raiz compreende fundamentalmente quatro fases
consecutivas:
 Perfuração auxiliada por circulação de água;
 Instalação de armadura;
46
 Preenchimento com argamassa;
 Remoção do revestimento e aplicação de golpes de ar comprimido.
A perfuração em solo é realizada por rotação de tubos com o auxilio de
circulação de água, que é injetada pelo interior dos mesmos e retorna à superfície
através do interstício anelar que se forma entre o tubo e o terreno. Esses tubos vão
sendo gradualmente emendados por rosca, e posteriormente são recuperados após
a instalação da armadura e preenchimento do furo com argamassa.
O revestimento deve ser instalado de modo preferencial em toda a extensão
da perfuração. Entretanto se as características do terreno permitam, pode ser
parcial, porém com comprimento que permita aplicar, com garantia de não ser
arrancado por golpes de ar comprimido após o preenchimento do furo com
argamassa. A perfuração em rocha é realizada utilizando martelo roto-percussivo até
que se atravesse o matacão ou se atinja a cota de projeto.
Após a perfuração atingir a cota de projeto, deve-se continuar a injeção de
água para promover a limpeza do furo. Após este procedimento pode-se colocar a
armadura no interior do furo. Geralmente a armadura é constituída por barras de aço
montadas em gaiola.
Assim que instalada a armadura, é instalado o tubo de injeção até o final da
perfuração para proceder a injeção, de baixo para cima, até que a argamassa
extravase pela boca do tubo de revestimento, garantindo que a água seja substituída
pela argamassa. Durante a operação o tubo permanece sempre revestido. Procedese então a extração da coluna de perfuração e ao mesmo tempo se aplica o ar
comprimido. A argamassa utilizada deve ter consumo mínimo de cimento, estipulado
pela NBR 6122, de 600 kg/m³ com relação média água/cimento de 0,6 dependendo
do tipo de areia utilizada. A figura 16 apresenta as etapas de execução de uma
estaca raiz.
47
Figura 16 – Método construtivo estaca raiz (Hachich et al, 1998).
4.2.4
Blocos sobre grupo de estacas
Os blocos sobre estacas servem como alternativa de utilização quando não
se consegue atender aos esforços solicitantes utilizando-se de apenas uma estaca.
Desse modo pode-se executar um bloco que irá servir de base para duas ou mais
estacas. O uso deste tipo de estrutura, em detrimento da utilização de fundações
rasas, é justificado quando não se encontram camadas superficiais de solo
resistentes, sendo necessário atingir camadas de maior profundidade que sirvam de
apoio à fundação.
Os blocos podem adquirir praticamente qualquer geometria, sendo que as
geometrias quadradas e retangulares são as mais utilizadas. Em fundações para
torres de telecomunicação utilizam-se blocos sobre um conjunto de estacas
48
escavadas, estacas metálicas ou estacas raízes. A figura 17 apresenta o detalhe de
um bloco sobre estacas.
Figura 17 – Bloco sobre estacas (Fonte CYPECAD).
Determinado as forças atuantes nas fundações e definindo o tipo de estaca
pode-se determinar o número de estacas por bloco. É realizada então a distribuição
em planta destes elementos em relação ao gabarito da torre. Recomenda-se que
sempre que possível, o centro do estaqueamento coincida com o centro do
chumbador da torre e que a disposição das estacas seja realizada de modo a obter
blocos de menor volume.
Não existe nenhum impedimento quanto ao uso de blocos em decorrência
dos valores das cargas solicitantes. Entretanto, para cargas elevadas, as alturas dos
blocos podem obrigar a escavações profundas ou necessitar de uma grande
quantidade de concreto, colocando assim os blocos em desvantagem em relação às
sapatas.
A norma brasileira NBR 6118 recomenda que o valor do espaçamento entre
eixos das estacas em um bloco esteja compreendido entre 2,5 vezes a 3 vezes o
diâmetro desta. A figura 18 apresenta as geometrias de blocos mais comumente
utilizadas.
49
Figura 18 – Geometria dos blocos (Hachich et al, 1998).
4.2.5
Estacas metálicas
As estacas metálicas são constituídas por peças de aço laminado ou soldado
tais como os perfis de seção I e H, chapas dobradas de seção circular, quadradas e
retangulares tais como os trilhos. No caso de fundações de torres os perfis mais
utilizados são os em forme de H e os retangulares.
São estacas metálicas introduzidas no solo através da percussão. Em
fundações de torres de telecomunicações é utilizada usualmente em solos arenosos
onde se necessita uma rápida execução. Geralmente são empregadas para a
composição de um bloco sobre estacas.
O custo deste tipo de estaca é relativamente alto quando comparado com
outros tipos de fundações profundas, entretanto em alguns casos a sua utilização se
50
torna viável. O alto custo é justificado pelo tipo de material e também pela profundida
necessária para transferir a carga ao solo.
Entre as vantagens das estacas metálicas podem ser salientadas a cravação
fácil, baixa vibração atendendo bem à esforços de flexão e a fácil manipulação e
transporte dos perfis.
Atualmente não se questiona mais o problema da corrosão das estacas
quando permanecem inteiramente enterradas em solo natural, uma vez que
quantidade de oxigênio é tão pequena que a reação química se tão logo começa já
esgota este componente responsável pela corrosão. Porém, a favor da segurança, a
NBR 6122 que nas estacas metálicas enterradas se desconte uma espessura de
1,5mm de toda sua superfície, resultando uma área inferior em relação à área do
perfil. A figura 19 apresenta os perfis metálicos usualmente utilizados em fundações
em estacas metálicas.
Figura 19 – Perfis metálicos usuais (Hachich et al, 1998).
As emendas das estacas metálicas são realizadas por solda com utilização de
talas, também soldadas. Os eletrodos normalmente utilizados são os do tipo OK 46
e o OK 48.
51
Em relação às estacas metálicas trabalhando à tração, deve-se soldar nelas
uma armadura, que deverá ser incorporada ao bloco de modo a transmitir as
solicitações correspondentes.
Um problema que ocorre com frequência durante a cravação, por percussão,
de estacas metálicas através de solos de baixa resistência é o encurvamento de seu
eixo mesmo quando se tomam todos os cuidados para aprumá-las. É um fenômeno
decorrente da instabilidade dinâmica direcional (também denominado drapejamento)
que e se manifesta durante a cravação (Hachich et al, 1998). A figura 20 apresenta o
detalhe das soluções de ligação das estacas metálicas com o bloco.
As fases de execução de uma estaca metálica são:
1. Colocação do elemento de estaca na posição;
2. Cravação do elemento de estaca com martelo de queda livre ou martelo diesel;
3. Colocação do novo elemento de estaca com utilização de emenda quando não
atingida a profundidade de projeto
4. Continuidade da cravação;
5. Corte do excesso e preparo da execução do bloco da cabeça.
52
Figura 20 – Detalhe das soluções de ligação das estacas metálicas com o
bloco (Hachich et al, 1998).
53
5 MÉTODOS
PARA
DETERMINAÇÃO
DA
CAPACIDADE
DE
CARGA À TRAÇÃO
Em torres autoportantes de telecomunicações os esforços de compressão
não são os únicos fatores determinantes para o dimensionamento das fundações.
Como exemplo, em uma torre de base quadrada, das quatro fundações,
necessariamente duas se mantém tracionadas enquanto duas estão comprimidas.
Devido à aleatoriedade da direção dos ventos em algum momento da vida útil da
estrutura todas as fundações serão solicitadas à tração.
A fim de manter as torres estáveis no solo as fundações devem ser projetadas
de modo a resistir aos esforços que as estruturas estão submetidas. O vento que
incide na estrutura e nas antenas de transmissão instaladas geram momentos que
tem tendência de tombar a torre, ocasionando solicitações de tração nas fundações.
Para o dimensionamento de fundações ao arrancamento são utilizados
métodos de cálculo que estimam o valor da carga à tração que uma fundação pode
suportar de acordo com as características geotécnicas do site de implantação. Neste
capítulo serão apresentados alguns dos métodos mais utilizados para a estimativa
de capacidade de carga à tração.
Métodos Teóricos:
 Tronco de Cone;
 Cilindro de Atrito;
 Métode de Balla;
 Método de Meyerhof e Adams;
 Método da Universidade de Grenoble.
Métodos baseados em relações semi-empíricas (Baseados em SPT):
 Aoki-Velloso (1975);
 Décourt-Quaresma (1978).
54
5.1 Métodos teóricos
5.1.1 Método do tronco de cone
Segundo Azevedo (2011) este método representa a forma mais antiga de
determinação da capacidade de carga à tração de fundações. A capacidade de
carga é obtida pelo peso de solo contido num tronco de cone invertido, Ps, ou
pirâmide dependendo da forma da fundação. Ou seja, a resistência ao arrancamento
é medida por uma comparação entre a carga de tração, Fa, aplicada à fundação e
as cargas gravitacionais representadas pelo peso próprio da estrutura, Ptub, somado
ao peso de solo de um tronco de cone invertido, Ps, conforme a figura 21. O ângulo
de arrancamento, α, pode ser determinado a partir de resultados de provas de carga,
para cada caso em particular. Não existem correlações deste ângulo com
parâmetros geotécnicos e geométricos das fundações, o que faz com que a
capacidade de estimativa de carga utilizando o método do tronco de cone seja
problemática. Na pratica, quem utiliza o método faz o uso de valores α baseados em
provas de cargas já realizadas e adotando-se valores a favor e contra a segurança
para posteriormente analisar estes resultados.
Figura 21 – Geometria do cone de arrancamento e forças consideradas do método
do tronco de cone (AZEVEDO, 2011)
55
5.1.2
Cilindro de atrito
O método do cilindro de atrito considera que a superfície de ruptura ocorre ao
longo de um cilindro (ou prisma no caso de fundações retangulares) cuja base é
coincidente com a base da fundação como mostra a figura 22. A capacidade de
carga é obtida somando-se o peso próprio da fundação, o peso do solo contido no
interior do cilindro e a eles acrescido a resistência proveniente da aderência ao
longo da superfície de ruptura (SANTOS, 1985).
Este método representa um avanço em relação ao Método do Cone, pois é o
mais próximo aos princípios da Mecânica dos Solos. Sua principal limitação ocorre
por ter sido desenvolvido com base em uma superfície de ruptura admitida, que
muitas vezes não corresponde à realidade. Para o caso de tubulões com
alargamento de base, tubulões sem alargamento de base e estacas, a superfície de
ruptura admitida é bastante próxima da realidade (SANTOS, 1985).
Figura 22 – (a) método do Cilindro de atrito no caso de sapata, (b) Tubulão sem
base alargada ou estaca e (c) tubulão com base alargada (DANGIZER, 1983 apud
GARCIA, 2005)
56
5.1.3 Método de Balla
O trabalho publicado por Balla (1966 apud SANTOS, 1985) é tido como um
marco na pesquisa moderna sobre o arrancamento de fundações. O autor realizou
uma série de ensaios em areia fazendo o uso de modelos reduzidos e através
destes ensaios verificou diversos fatores que influenciaram a capacidade de carga e
o mecanismo de ruptura.
O método desenvolvido estima a capacidade de carga de uma fundação
submetida a esforços de tração como sendo a soma do peso próprio da fundação,
do peso do volume de solo contido na superfície de ruptura e das tensões de
cisalhamento mobilizadas ao longo dessa superfície de ruptura como mostra a figura
23. A superfície de ruptura sugerida é formada por parte de uma circunferência que
tem tangente vertical no contato com a base da fundação, e que se desenvolve até a
superfície do terreno, onde forma um ângulo de (45˚- ɸ/2) com a horizontal. (ɸ é o
ângulo de atrito interno do solo) (BALLA, 1961 apud GARCIA, 2005).
O autor também apresenta formulações para estimativa de capacidade de
carga em solos com coesão, apesar de os ensaios terem sido realizados apenas em
areias. A capacidade de carga é proporcional ao cubo da profundidade, D-v, e
depende dos parâmetros de resistência do solo: coesão, c, ângulo de atrito interno,
ɸ, e peso específico, γ.
Figura 23 – Modelo de capacidade de carga (BALLA, 1961 apud AZEVEDO, 2011).
57
5.1.4
Método de Meyerhof e Adams
Um dos métodos mais modernos, que enforcam o problema de maneira mais
completa, distinguindo-se comportamentos diferentes para fundações rasas e
profundas e de acordo com o tipo de solo.
Segundo Bessa (2005), o método considera, no caso de fundações
profundas, que a superfície de ruptura não atinge a superfície do terreno, sendo
limitada por uma altura H, menor que a profundidade Z da fundação; na cota
correspondente ao final da superfície de ruptura atuaria a sobrecarga equivalente ao
peso próprio da camada de solo não rompida (Figura 24).
Figura 24 – Superfície de ruptura do Método Meyrehof e Adams (1968) apud Bessa
(2005).
A carga de ruptura é atingida quando uma massa de solo em forma de um
tronco de pirâmide é levantada e a superfície de ruptura atinge o nível do terreno,
considerando as fundações a pequenas profundidades. No caso de fundações a
grandes profundidades, a superfície de ruptura não atinge o nível do terreno, devido
58
à compressibilidade e as deformações de massa de solo acima da base da
fundação. Sendo tal superfície de ruptura limitada a um comprimento vertical H onde
atua uma pressão de sobrecarga 𝑃0 = γ(z − H).
.
5.1.5
Método da Universidade de Grenoble
Este método foi desenvolvido na Universidade de Grenoble com apoio da
Eletrecité de France (EDF), organização estatal francesa de energia elétrica, e
abrange um grande número de tipos de fundações dentre elas as mais normalmente
utilizadas em torres autoportantes.
É considerado um dos mais aprimorados no emprego de estimativa de
capacidade de carga à tração. O método tem por base uma formação de superfície
de ruptura, em função do elemento de fundação e do tipo de solo, efeito de
sobrecarga na superfície do terreno, ao considerar peso específico γ, ângulo de
atrito (ɸ) e coesão, (c) de todo tipo de solo.
Atualmente, devido à grande confiabilidade alcançada através de numerosos
estudos e ensaios, pode-se dizer que esse é o método (Grenoble) mais empregado
para verificação de capacidade de carga à tração embora o Método do Cone seja
ainda utilizado devido a sua simplicidade. A figura 25 apresenta a superfície de
ruptura de uma estaca em solos homogêneos.
Segundo Bessa (2005), em uma análise à ruptura por tração em estacas, o
método considera uma zona que permanece solidária junto à estaca, sendo que a
superfície de ruptura como um plano vertical se dá por uma reta que vai da base até
a superfície do terreno, segundo o ângulo de inclinação λ o qual os autores sugerem
adotar (λ = - ɸ/8), sendo ɸ o ângulo de atrito interno do solo, para fundações com
D/B variando de 4 a 10.
59
Figura 25 – Superfície de ruptura para estacas em solos homogêneos. (Carvalho,
1991 apud Bessa, 2005).
Segundo Carvalho (1991) apud Bessa (2005), a carga última é obtida
considerando as seguintes parcelas dos estados de equilíbrio limite em meio
homogêneo:
 Equilíbrio sob a ação do peso próprio do conjunto estaca-solo, solidário que
provoca atrito no contato da superfície de ruptura, ao qual corresponde o esforço
𝑃𝑓ɸ , determinado termo de atrito;
 Equilíbrio em um meio sem peso, mas coesivo, ao qual corresponde ao esforço
𝑃𝑓𝑐 , denominado “Termo de coesão”;
 Equilíbrio em um meio sem peso, sob a ação de uma sobrecarga na superfície do
terreno, denominado termo de sobrecarga 𝑃𝑞 ;
 Tendo que acrescentar ainda o peso 𝑃γ do tronco de cone solidário à fundação,
denominado termo de gravidade, e também o peso próprio da fundação 𝑃f .
Somando-se então, as parcelas descritas, a carga última de uma estaca
cilíndrica submetida a esforços verticais de tração é dada pela expressão:
60
𝑃u = 𝑃𝑓ɸ + 𝑃𝑓𝑐 + 𝑃𝑞 + 𝑃γ + 𝑃f
(6)
5.2 Métodos empíricos
Diferentemente dos métodos teóricos, que podem ser aplicados em diversos
tipos de estruturas como sapatas, tubulões e estacas escavadas, os métodos
empíricos apresentados neste trabalho se limitam a analisar as cargas de tração em
estacas escavadas. Apresentaremos os métodos empíricos mais comumente
utilizados que são baseados em resultados de SPT.
Os métodos de Aoki-Velloso (1975) e Decourt-Quaresma (1978) estimam a
resistência lateral ao longo do fuste das estacas ou tubulões sem base alargada. A
grande vantagem da aplicação destes métodos na estimativa de cargas a tração em
estacas escavadas se dá pela facilidade de cálculo.
5.2.1 Método Aoki-Velloso (1975)
No seu início este método adotava em seus procedimentos resultados
extraídos de ensaios de penetração continua (CPT). Porém, foi elaborada também
uma formulação que permite correlacionar os parâmetros CPT, com índice de
resistência a penetração (N) do ensaio de penetração dinâmica SPT através dos
coeficientes (α e k).
A seguir são apresentadas as expressões e os critérios desenvolvidos para o
cálculo da resistência lateral.
𝑅𝑙 = 𝑈 ∑(𝑟𝑙 ∆𝑙 )
Sendo:
𝑅𝑙 : Resistência lateral;
U: perímetro da seção transversal do fuste;
(7)
61
𝑟𝑙 : tensão média de adesão na camada considerada;
∆𝑙 : comprimento do fuste da estaca no trecho considerado.
𝑟𝑙 = 𝑓𝑐 /𝐹2
(8)
Sendo 𝑓𝑐 o atrito lateral medido no ensaio CPT e 𝐹2 obtido segundo a tabela
7.
O valor de 𝑓𝑐 pode ser obtido quando se tem o valor de 𝑞𝑐 resistência de
ponta medida no CPT pela seguinte expressão.
𝑓𝑐 = 𝛼 . 𝑞𝑐
(9)
Quando não se dispõe de resultados do ensaio CPT, 𝑞𝑐 pode ser
correlacionado com o índice de penetração (N) do ensaio SPT.
𝑞𝑐 = 𝐾. 𝑁
(10)
Os valores de α e K são obtidos na Tabela 8, podendo-se reescrever a
expressão 𝑟𝑙 :
𝑟𝑙 = α. 𝐾. 𝑁𝑙 /𝐹2
(11)
Para o cálculo da capacidade de carga última total em estacas tracionadas
vale a expressão:
𝑅 = 𝑃𝑃 + [𝑈. ∑(α. 𝐾. 𝑁𝑙 . ∆𝑙 /𝐹2 )]
(12)
Sendo 𝑃𝑃 o peso próprio da fundação.
Os autores recomendam um valor igual a 2 para o fator de segurança no
calculo da carga admissível, aplicando a capacidade de carga ultima total:
62
Tabela 7 – Valores de 𝐹2
Fonte: Aoki-Velloso, 1975.
Tabela 8 – Valores de α e K
Fonte: Aoki-Velloso, 1975.
63
5.2.2
Método Décourt-Quaresma (1978)
Os autores desenvolveram o método de avaliação de capacidade de carga
baseado nos resultados SPT. Para a estimativa da resistência lateral (𝑅𝑙 ) ao analisar
a tensão de adesão ou atrito lateral (𝑓𝑠𝑙 ), considera o valor médio do incide de
resistência a penetração (𝑁𝑙 ) do SPT ao longo do fuste da estaca, sem nenhuma
distinção quanto ao tipo de solo. O valor de 𝑁𝑙 varia dentro dos limites, 3≤𝑁𝑙 ≤50 não
considerando os valores utilizados na avaliação da resistência de ponta.
𝑅𝑙 = 𝑓𝑠𝑙 . 𝑆𝑙
(13)
Sendo:
𝑁
𝑓𝑠𝑙 = 10 [( 3𝑙) + 1 ]
(14)
Então:
𝑁
𝑅𝑙 = 10 [( 3𝑙) + 1 ] . 𝑆𝑙
(15)
𝑅 ′ = 𝑅𝑙 . 𝛽
(16)
Onde 𝛽 é o coeficiente Décourt (1996) obtido na tabela 9:
Tabela 9 – Coeficiente 𝛽
Tipo de
Solo
Escavada
Argilas
Intermediários
Areais
0,8
0,65
0,50
Fonte: Décourt (1996).
Tipo de Estaca
Escavada
Hélice
(Betonita)
Contínua
0,9
0,75
0,6
1,0
1,0
1,0
Raiz
1,5
1,5
1,5
Injetadas
sob altas
pressões
3,0
3,0
3,0
64
O valor da capacidade de carga total ultima é obtido segundo a expressão:
𝑅 = 𝑃𝑃 + 𝑅 ′
(17)
Os autores recomendam utilizar o fator de segurança global igual a 2 aplicado
ao valor médio da capacidade de carga ultima, no calculo da capacidade de carga
admissível.
65
6 ANÁLISE
COMPARATIVA
DE
RESULTADOS
ENTRE
OS
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DE CAPACIDADE DE CARGA À
TRAÇÃO DE FUNDAÇÕES
Este capítulo apresenta a comparação entre os resultados obtidos pelos
diferentes métodos de cálculo empregados e os resultados das provas de carga
descritas nos trabalhos usados como referência
O capítulo apresenta também uma descrição sobre alguns procedimentos
importantes utilizados nestes trabalhos.
6.1 Comparação tendo como referência Danziger (1983)
6.1.1 Características e procedimentos do trabalho
Danziger (1983) realizou em seu estudo uma análise do comportamento de
fundações sujeitas a esforços de arrancamento. Seu trabalho teve origem em um
conjunto de provas de cargas que visava o estudo de fundações de Linhas de
Transmissão, cujos esforços nas fundações atingiram cargas de tração de até 200tf.
O trabalho teve como objetivo apresentar e analisar os resultados das provas
de carga realizadas em sapatas, tubulões com base alargada e tubulões sem base
alargada, com a finalidade da verificação da capacidade de carga de fundações à
tração.
O local escolhido para a realização das provas de carga foi um platô, obtido
por terraplenagem de um topo de colina, próximo a Andrianópolis – RJ. O terreno
era constituído por solo residual, resultante de alteração de gnaisse de cor vermelha
com espessura média de 2,50 m que se sobrepõe a uma camada bastante espessa
de solo intemperizado, de cor amarela, tendo ambos baixo grau de saturação. Para
a caracterização geotécnica do local foram realizados ensaios de penetração
66
estática e dinâmica e ensaios de laboratório em amostras deformadas e
indeformadas, cujos resultados são apontados em detalhes pelo autor.
Foram ensaiados seis tubulões com diâmetro de fuste de 0,70 ou 0,80m e
base apoiada à profundidade variável de 4 a 8m. Três tubulões tiveram a base
alargada com diâmetro de 1,70 ou 1,80 metros.
Os ensaios de arrancamento foram executados tracionando as fundações
com incrementos de cargas sucessivos, divididos em determinados intervalos de
tempo. Foi adotada como carga de ruptura aquela correspondente ao estágio de
carga imediatamente anterior aquele para o qual se observou uma falha do sistema
estrutural, falha em que, em função do tipo de fundação pode corresponder a um
movimento de corpo rígido da mesma ou aumento brusco dos deslocamentos.
6.1.2
Proposta de análise de resultados em tubulões sem base alargada
Nesta análise serão abordados apenas as fundações em tubulões sem base
alargada (estacas escavadas), pois são hoje as fundações profundas mais utilizadas
em torres de telecomunicações em virtude de sua facilidade de execução, que na
maioria das vezes é realizada mecanicamente, e também pela viabilidade
econômica de implantação.
A partir dos dados geotécnicos do local dos ensaios descritos por Danziger
(1983), esta análise tem como objetivo confrontar os resultados obtidos nas provas
de carga em tubulões sem base alargada e as estimativas de capacidade de carga
pelos métodos teóricos realizados pelo autor com estimativas de capacidade de
carga por métodos semi-empiricos baseados em SPT que estimam a resistência
lateral destas fundações.
Os métodos semi-empíricos utilizados serão os desenvolvidos por AokiVelloso (1975) e Décourt-Quaresma (1978), dois métodos que estimam a
capacidade de carga lateral de fundações profundas cilíndricas. A metodologia de
cálculo destes métodos foi apresentada no capítulo anterior deste trabalho.
Baseados nos parâmetros geotécnicos do local ensaiados descritos por
Danzgiler (1985, p.97), foram adotados neste trabalho os valores médios de dois
67
ensaios SPT presentes no trabalho do autor. Os valores obtidos por esta média são
apresentados na tabela 10.
O número de sondagens SPT disponíveis para esta verificação é a mesma
quantidade que geralmente é realizada para a investigação de implantação de uma
torre de telecomunicações.
Tabela 10 – SPT Médio a partir de Danziger (1983).
Profundidade
SPT (30cm
finais)
1
22
2
29
3
50
4
50
5
36
6
29
7
38
8
43
9
50
A classificação de solos utilizada se dá pela divisão em duas camadas de
solos distintos até os 10 metros:
C1: Argila Silto Arenosa, rija, de 0 a 2,5 metros;
C2: Areia Silto Argilosa, muito compacta, de 2,5 a 9 metros.
OBS:
Segundo o autor, não foi encontrado nível d’agua nas investigações de
subsolo.
Serão analisadas as provas de carga de três tubulões sem base alargada
cujas dimensões são apresentadas a seguir. Neste trabalho iremos pressupor que
68
os tubulões sem base alargada e as estacas escavadas tem o mesmo
comportamento de resistência lateral, diferenciando-se apenas pela nomenclatura, e
iremos discutir os resultados referentes a esta abordagem. A figura 26 apresenta a
geometria dos tubulões em análise.
Figura 26 – Dimensões em metros dos tubulões analisados (Danziger, 1983).
6.1.3 Resultados para os tubulões T4 e T5:
69
A tabela 11 apresenta os dados de cálculo utilizados método Aoki-Velloso
(1975) para os tubulões T4 e T5. A metodologia de cálculo foi apresentada no
capítulo anterior deste trabalho.
Tabela 11 - Dados de Cálculo Método Aoki-Velloso (1975) para os tubulões T4 e T5.
Prof
K
(m)
Nl
α
(Mpa)
U (m)
∆l (m)
∆Rl (kN)
0-1
22
3
0,33
2,51
1
91,113
1-2
29
3
0,33
2,51
1
120,1035
2-2,5
50
3
0,33
2,51
0,5
103,3538
2,5-3
50
2,4
0,7
2,51
0,5
175,7
3-4
50
2,4
0,7
2,51
1
351,4
4-5
36
2,4
0,7
2,51
1
253,008
5-6
29
2,4
0,7
2,51
1
203,812
6-7
38
2,4
0,7
2,51
1
267,064
1565,554
𝑅 = 𝑃𝑃 + [𝑈. ∑(α. 𝐾. 𝑁𝑙 . ∆𝑙 /𝐹2 )]
(18)
𝑅 = 87,96 + 1565,554 𝑘𝑁
𝑅 = 1653,51 𝑘𝑁
A seguir é apresentada a metodologia de cálculo para resistência à tração
pelo método Décourt-Quaresma (1975) para os tubulões T4 e T5.
𝑁
𝑅𝑙 = 10 [( 3𝑙) + 1 ] . 𝑆𝑙
𝑁𝑙 =
22 + 29 + 50 + 50 + 36 + 29 +38
7
(19)
= 36,28
(20)
70
36,28
𝑅𝑙 = 10 [(
3
) + 1 ] . 17,59
(21)
𝑅𝑙 = 2303,11 𝑘𝑁
𝑅 ′ = 𝑅𝑙 . 𝛽
(22)
𝑅 ′ = 2303,11 × 0,60 = 1381,86 𝑘𝑁
𝑅 = 𝑃𝑃 + 𝑅 ′
(23)
𝑅 = 87,96 + 1381,86 = 1469,82 𝑘𝑁
Na figura 27, são apresentados os valores obtidos pelos métodos Teóricos
aplicados por Danziger e os valores obtidos por métodos semi-empíricos baseados
em correlações com SPT, em comparação com a média dos valores obtidos nas
provas de carga dos tubulões T4 e T5. Este valor foi de 1242,5 kN, representado no
gráfico pela linha vermelha.
Carga de Ruptura (kN).
Tubulões T4 e T5
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
1818,1
1653,51
1469,82
1241
794,5
860
755
Previsão de Capacidade de
Carga (kN)
Prova de carga
Métodos
Figura 27 – Resultados das cargas de ruptura obtida por diferentes métodos para os
tubulões T4 e T5.
71
A partir do gráfico pode-se constatar que o método teórico calculado por
Danziger que mais se aproxima do valor da prova de carga é o de Grenoble,
conhecido como um dos métodos mais completos e confiáveis para determinação da
capacidade de carga à tração.
Neste gráfico são apresentados resultados para os métodos de Aoki-Velloso e
Décourt-Quaresma considerando o valor integral da resistência lateral, calculado em
fundações comprimidas, acrescido do peso próprio da fundação como esforços
capazes de resistir ao arrancamento.
Como resultado, os métodos empíricos resultaram em valores contra a
segurança, com valores superiores a média da carga de ruptura. Segundo Hachich
et al. 1998, antigamente considerava-se que o atrito lateral na fundação tracionada
era o mesmo da fundação comprimida, porém a tendência atual é considerar uma
redução de 30 a 45%.
Por isso, realizou-se outra estimativa considerando uma redução de 30% no
atrito lateral da fundação tracionada. Os resultados obtidos são apresentados na
figura 28.
Carga de Ruptura (kN).
Tubulões T4 e T5
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
1818,1
1241
794,5
1157,46
1028,87
860
755
Previsão de Capacidade de
Carga (kN)
Prova de carga
Métodos
Figura 28 - Resultados dos métodos semi-empíricos com redução de 30% no atrito
lateral para os tubulões T4 e T5.
72
Verificou-se que ao se reduzir a capacidade de resistência lateral em 30%, os
resultados se aproximaram do valor médio da prova de carga, comprovando oque foi
apresentado pela literatura anteriormente.
6.1.4 Resultados para o tubulão T6:
A tabela 12 apresenta os dados de cálculo utilizados método Aoki-Velloso
(1975) para o tubulão T6. A metodologia de cálculo foi apresentada no capítulo
anterior deste trabalho.
Tabela 12 - Dados de Cálculo Método Aoki-Velloso (1975) para o tubulão T6.
Prof
K
(m)
Nl
α
(Mpa)
U (m)
∆l (m)
∆Rl (kN)
0-1
22
3
0,33
2,199
1
79,8237
1-2
29
3
0,33
2,199
1
105,2222
2-2,5
50
3
0,33
2,199
0,5
90,70875
2,5-3
50
2,4
0,7
2,199
0,5
153,93
3-4
50
2,4
0,7
2,199
1
307,86
737,5446
𝑅 = 𝑃𝑃 + [𝑈. ∑(α. 𝐾. 𝑁𝑙 . ∆𝑙 /𝐹2 )]
(24)
𝑅 = 38,48 + 737,54 𝑘𝑁
𝑅 = 773,02 𝑘𝑁
A seguir é apresentada a metodologia de cálculo para resistência à tração
pelo método Décourt-Quaresma (1975) para o tubulão T6.
73
𝑁
𝑅𝑙 = 10 [( 3𝑙) + 1 ] . 𝑆𝑙
𝑁𝑙 =
22 + 29 + 50 + 50
4
= 37,75
37,75
𝑅𝑙 = 10 [(
3
) + 1 ] . 8,80
(25)
(26)
(27)
𝑅𝑙 = 1195,33 𝑘𝑁
𝑅 ′ = 𝑅𝑙 . 𝛽
(28)
𝑅 ′ = 1195,33 × 0,60 = 717,2 𝑘𝑁
𝑅 = 𝑃𝑃 + 𝑅 ′
(29)
𝑅 = 38,48 + 717,2 = 755,68 𝑘𝑁
Na figura 29, são apresentados os valores obtidos pelos métodos Teóricos
aplicados por Danziger e os dados obtidos por métodos semi-empíricos baseados
em correlações com SPT, em comparação com o valore obtido na prova de carga do
tubulão T6. Este valor foi de 455 kN, representado no gráfico pela linha vermelha.
74
Carga de Ruptura (kN);
Tubulão T6
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
773,02 755,68
424,8
457
378
362
Previsão de Capacidade de
Carga (kN)
221
Prova de carga
Métodos
Figura 29 - Resultados das cargas de ruptura obtida por diferentes métodos para o
tubulão T6.
Mais uma vez verificou-se que o método de Grenoble é o que mais se
aproxima do valor medido na prova de carga, com uma diferença de 0,5%.
Neste gráfico são apresentados resultados para os métodos de Aoki-Velloso e
Décourt-Quaresma considerando o valor integral da resistência lateral, calculado em
fundações comprimidas, acrescido do peso próprio da fundação como esforços
capazes de resistir ao arrancamento.
Deste modo os resultados obtidos foram contra a segurança mais uma vez.
Na figura 30 abaixo é apresentada uma estimativa considerando uma redução de
30% no atrito lateral da fundação tracionada.
75
Carga de Ruptura (kN).
Tubulão T6
541,11 528,98
600
500
424,8
400
300
457
378
362
221
200
Previsão de Capacidade de
Carga (kN)
100
0
Prova de carga
Métodos
Figura 30 - Resultados dos métodos semi-empíricos com redução de 30% no atrito
lateral para o tubulão T6.
Com a redução da resistência lateral em 30% para aplicação em fundações
sujeitas a esforços de tração, os resultados se aproximaram do valor obtido da prova
de carga, porém continuaram contra a segurança.
6.2 Conclusões da comparação
Conclui-se que para tubulões sem base alargada, o método teórico da
Universidade de Grenoble é o mais indicado para determinação da capacidade de
carga à tração.
Ao se considerar uma redução de 30 a 45% na resistência lateral de
fundações tracionadas em relação a fundações comprimidas chegamos a valores
bem próximos dos obtidos pelo método de Grenoble e dos resultados de prova de
carga.
Deste modo afirma-se que os métodos teóricos são os mais indicados para se
obter resultados referentes a fundações tracionadas, porém desde que usados
76
corretamente, levando em conta os fatores de segurança e a redução da resistência
lateral em fundações comprimidas, os métodos semi-empíricos também são úteis na
tarefa de estimativa de capacidade de carga à tração em tubulões sem alargamento
da base.
77
7 CONCLUSÃO
Este trabalho teve o objetivo de apresentar alguns dos aspectos geotécnicos
envolvidos na elaboração de projetos fundações para torres metálicas autoportantes
de telecomunicações.
Estas estruturas tem um papel importante na transmissão
de sinais de celular, pois possibilitam a conexão de empresas e instituições em
todas as regiões do país e do mundo.
Dadas as características dos esforços solicitantes de tração, presentes nestas
estruturas, faz-se necessário o conhecimento dos métodos utilizados para estimar a
capacidade de carga à tração das fundações. Dentre os métodos apresentados, o
método desenvolvido da Universidade de Grenoble é visto como o mais moderno e
completo para a utilização em qualquer tipo de solo e tipo de fundação. Atualmente,
devido à grande confiabilidade alcançada através de numerosos estudos e ensaios,
pode-se dizer que esse é um dos métodos mais empregado para verificação de
capacidade de carga à tração embora o Método do Cone seja ainda utilizado devido
a sua simplicidade.
Conclui-se que estas solicitações de arrancamento são, na maioria das vezes,
preponderantes para o dimensionamento das fundações, de um modo que ao
dimensionar a estrutura que atenda aos esforços solicitantes, as cargas de tração
são o principal aspecto a ser observado. Geralmente as dimensões necessárias
para suportar os esforços de tração, são suficientes para resistir às demais cargas
na fundação.
Em relação às fundações rasas, as mais utilizadas para torres metálicas são
as sapatas e o radier.
São estruturas indicadas para solos que possuem alta
resistência a baixa profundidade. Suas principais vantagens são a facilidade
construtiva e facilidade de implantação em locais de difícil acesso.
Já para as fundações profundas, os tipos mais utilizados são os tubulões e as
estacas escavadas. São utilizados em casos de solos onde as camadas menos
compressíveis, e com tensões admissíveis satisfatórias não estão próximas a
superfície do terreno. Muitas vezes a utilização de fundações profundas pode ser
mais
economicamente
viável,
entretanto
sua
utilização
está
limitada
a
78
disponibilidade de equipamentos na região de implantação e acessibilidade de
equipamentos no site.
79
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6122: Projeto e Execução
de Fundação. Rio de Janeiro, 2010.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6123: Forças devidas aos
ventos em edificações. Rio de Janeiro, 1988.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6484: Solo - Sondagens
de simples reconhecimentos com SPT - Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2001.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8036: Programação de
sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios –
Procedimento. Rio de Janeiro, 1983.
ALONSO, U. R. Exercícios de Fundações. São Paulo: Bluncher, 1994.
ALONSO, U. R. Previsão e controle de Fundações. São Paulo: Bluncher 1991.
ALONSO, U. R. Dimensionamento de Fundações Profundas. São Paulo:
Bluncher, 1989.
AZEVEDO, C. P. B. Projeto de Fundações de Linhas de Transmissão Baseado
em Confiabilidade, Tese (Doutorado em Engenharia de Estruturas) – Universidade
Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2011.
80
BESSA, A. O. Avaliação da Resistência Lateral em Estacas Escavadas com
Trado Submetidos à Tração. Tese (Magister Scientiae) – Universidade Federal de
Viçosa, Viçosa, 2005.
BRITO, J. L W. Fundações do Edifício. São Paulo: EPUSP, 1987.
CARRIL JÚNIOR, C. F. Análise Numérica e experimental do efeito dinâmico do
vento em torres Metálicas treliçadas para telecomunicações. Tese (Doutorado
em Engenharia Civil) – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo,
2000.
CHAVES, R. A. Fundações de Linhas de Transmissão e de Telecomunicação.
2004. Dissertação. (Mestrado em Estruturas) - Universidade Federal de Minas
Gerais, Belo Horizonte, 2004.
DANZIGER, F. A. B. Capacidade de carga de fundações submetidas a esforços
verticais de tração. 1983. Tese. (Mestrado em Ciências) – Universidade Federal do
Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 1983.
GARCIA, O. C. Influência da Compactação dos Reaterros na capacidade de
Carga das Fundações Submetidas a Esforços de Tração. 2005. Dissertação.
(Mestrado em Ciências em Engenharia Civil) – Universidade Federal do Rio de
Janeiro, COPPE, Rio de Janeiro, 2005.
HACHICH, W. et al. Fundações Teoria e Prática. São Paulo: Pini, 1998.
IBGE - INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Disponível em:
<http://www.cidades.ibge.gov.br/xtras/home.php>Acesso em 06/11/2014.
81
SANTOS, A. P. R. Análise de Fundações Submetidas a esforços de
Arracancamento pelo método dos elementos Finitos. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Civil) – Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2005.
VELLOSO, D. A.; LOPES, F. R. Fundações Volume I. Rio de Janeiro: Oficina de
Textos, 2004.
VELLOSO, D. A.; LOPES, F. R. Fundações Volume II. Rio de Janeiro: COPPE UFRJ, 2002.
73