1 ESTUDO DE CASO SOBRE POSSÍVEIS FUNDAÇÕES PARA UMA TORRE DE

INTERNET NO PERÍMETRO RURAL NA CIDADE DE FORMOSO DO ARAGUAIA-TO

Case study on possible foundations for an internet tower in the rural perimeter in the city

of Formoso do Araguaia-TO

Lorena Pereira da Silva¹. Ângela Helena Silva Mendes Stival².

RESUMO

Sabe-se atualmente da grande influência que as redes de telecomunicação desenvolvem no âmbito da evolução humana, para tanto um de seus principais meios são as redes de transmissão via internet. Neste trabalho, será mostrado um estudo de caso sobre possíveis fundações para uma torre de telecomunicação no perímetro rural na cidade de Formoso do Araguaia – TO. Ao decorrer do desenvolvimento deste estudo de caso, será apresentada revisão bibliográfica que norteia os critérios a ser analisada nos resultados de um ensaio de sondagem a percussão SPT, afim de posteriormente fazer esta análise do solo da torre em questão, com o objetivo de dar parâmetros para a escolha das principais fundações possíveis para a torre de internet. Este tratado acadêmico terá fundamentação teórica baseados em normas técnicas, que são necessárias para construção deste estudo assim como artigos, regulamentos sobre o assunto e dados publicados, como livros, dentre outros. Para efeito de cálculo das forças atuantes, será utilizado dois softwares, para encontrar as forças atuante e o SolidBase para cálculo do dimensionamento e detalhamento da torre. Contudo, ao final, espera-se ter informações suficientes para identificar se o método desenvolvido no processo construtivo desta torre já existente é o mais indicado, não sendo, mostraremos o levantamento de qual método mais viável e o dimensionamento e detalhamento utilizando os softwares.

Palavras-chave: Telecomunicação; Sondagem a percussão SPT; Normas Técnicas.

ABSTRACT It is now known that telecommunication networks have a great influence on human evolution, for which one of their

main means is Internet transmission networks. In this work, a case study will be presented on possible foundations for

a telecommunication tower in the rural perimeter of the city of Formoso do Araguaia - TO. In the course of the

development of this case study, a bibliographic review will be presented that guides the criteria to be analyzed in the

results of a SPT percussion drilling test, in order to subsequently perform this soil analysis of the tower in question,

aiming to give parameters for the choice of the main foundations possible for the internet tower. This academic

treatise will have theoretical basis based on technical norms, which are necessary to build this study as well as articles,

regulations on the subject and published data, such as books, among others. For the purpose of calculating the

operating forces, two softwares will be used to find the forces acting and SolidBase to calculate the tower

dimensioning and detailing. However, in the end, it is expected to have enough information to identify if the method

developed in the constructive process of this existing tower is the most indicated, not being, we will show the survey

of which more feasible method and the sizing and detailing using the softwares.

Keywords: Telecommunication; SPT percussion sound; Technical Standards.

¹ Licenciatura plena em Matemática; Graduando em Engenharia Civil, Universidade de Gurupi/UnirG, Tocantins, Brasil.

E-mail: lorena.silva_20@hotamil.com

² Especialista em Gestão de Publica com Ênfase em Desenvolvimento de Projetos pela Faculdade de Ciências Sociais Aplicadas de

Marabá (FACIMAB). Docente da Universidade de Gurupi/UnirG, Tocantins, Brasil.

E-mail: angelahsmendes@gmail.com

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1. INTRODUÇÃO

Assim como nos demais lugares do mundo, nota-se cada vez mais uma crescente

demanda na construção das torres de telecomunicações em nossa nação. É notável que

as Torres de telecomunicação vêm desempenhando um grande papel ao propagar

sinais de telefonia e rede de computadores fixo e portátil para todas as regiões

facilitando uma comunicação com as pessoas de modo simultâneo.

Cumpre-nos esclarecer que a responsabilidade da Anatel é licenciar o conjunto dos equipamentos ou aparelhos componentes da estação de telecomunicações, desde que estejam em conformidade com o estabelecido na Lei Geral de Telecomunicações – LGT n.º 9.472, de 16 de Julho de 1997, e no Regulamento do SMP, aprovado pela Resolução n.º 477, de 07 de agosto de 2007. (ANATEL, 2015)

Dados advindos de um cálculo da ANATEL (Agência Nacional de

Telecomunicações) pesquisados entre 2010 e o ano de 2020, são estimadas a

construção de 100.000 (cem mil) novas torres de telecomunicações em todo o País.

Estas torres terão a finalidade de ampliar e melhorar o sinal dos aparelhos móveis.

Neste ciclo de incremento e desenvolvimento da amplitude de comunicação, são

indispensáveis obras da construção civil. Para tanto, todo mês é instalado no Brasil

cerca de centenas de torres autoportantes. Essas torres são instaladas nas mais

diversas regiões do país urbana e rural. A cada nova implantação os engenheiros são

instigados a construir e projetar torres com suas devidas fundações nas mais variadas

situações.

Quando se faz um levantamento dos quantitativos gastos indispensáveis para a

construção das fundações, elas ganham um destaque simbólico tendo em vista que se

tem um custo elevado no valor do todo da obra. Desta maneira, se faz necessário

conhecer as necessidades de cada projeto e saber aplicar cada fundação de acordo

com os aspectos encontrados em projeto. Deve-se encontrar meios de executar

estruturas seguras, com uma boa viabilidade econômica e eficientes.

Fundações são os elementos estruturais destinados a transmitir ao terreno as

cargas de uma estrutura (AZEREDO, 1997 p29). Segundo (LETÍCIA, MAICON, ALINE,

2017), todo o desenvolvimento da implantação, que vai do projeto estrutural,

investigação do solo e utilização do tipo de material, tem influência direta no

desempenho que as edificações alcançarão ao longo da sua vida útil.

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As fundações destas torres são montadas in loco, por isso se faz necessário

estudos bem detalhados do solo e a construção desejada para a determinação do

melhor método a ser empregado. Com essa elevada demanda exige-se grandes

investimentos na construção de novas torres. Faz-se necessário que se tenha um

controle na elaboração certa dos custos de materiais, da produção, da durabilidade, da

parte execução, da qualidade e segurança, para que todos os investimentos voltados a

essas construções não sejam desperdiçados.

Também nas fundações das torres, a implantação de alguns modelos de cálculo

eletrônico possibilitou uma melhora considerável, acabando com algumas simplificações

de métodos muito extensos. Para o incremento de uma construção de torre, existem

diversas fundações possíveis, dentre elas tem-se sapatas, tubulões, escavada, bloco

ancorado na rocha, radier, estacas e entre outros.

Neste estudo final de curso, será trabalhada uma linha de raciocínio, a fim de

obter parâmetros para a construção da fundação empregada nessa torre de

telecomunicação, além de propor um paralelo das outras possíveis implantações que

poderão ser utilizadas nessas estruturas, tendo entre os principais parâmetros o ensaio

de sondagem a percussão SPT.

Com a finalidade de que se incluam torres estáveis, faz se indispensáveis

fundações projetadas com o intuito de resistir aos esforços que as estruturas são

submetidas. Nas torres metálicas estaiadas, tem-se uma ação do vento atuante na

estrutura que gera esforços que propendem a tombar a torre, provocando momentos de

tração nas fundações. Em consequência disto, se faz importante o conhecimento dos

meios de fundações que dispõem maior competência na resistência aos momentos de

tração e os métodos mais utilizados existentes para estimar estes tipos de esforço.

Dentre as possibilidades de execução, quando se quer dimensionar tem-se o

ensaio, que à não execução adequada pode influenciar de maneira substancial em uma

fundação. Segundo (MILITITSKY; CONSOLI; SCHNAID, 2005), a investigação do

subsolo está entre as causas mais frequente de problemas de fundações. Sabendo que

no solo é o meio que vai suportar as cargas, sua identificação e a caracterização de seu

comportamento são indispensáveis à solução de qualquer problema. Tendo o

conhecimento do solo em questão podem-se evitar possíveis patologias advindas do

mesmo. As patologias são decorrentes das incertezas e riscos inerentes à construção e

vida útil das fundações. (MILITITSKY; CONSOLI; SCHNAID, 2005).

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Segundo (LETÍCIA, MAICON, ALINE, 2017), para uma fundação ser considerada

adequada, ela precisa apresentar fator de segurança às rupturas e recalques

compatíveis com os elementos suportados. A determinação do coeficiente de segurança

não assegura o desempenho adequado da fundação, pois é necessário o estudo

aprofundado do local onde será levantada a estrutura, verificando a topografia do

terreno, o meio do solo, alguns dados geológicos e geotécnicos e inclusive o tipo de

construção, para enfim determinar os deslocamentos admissíveis que poderão ocorrer,

satisfazendo as condições de funcionalidade (ALONSO, 2011 apud LETÍCIA, MAICON,

ALINE 2017, p4.).

Devido a crescente construção das torres de telecomunicação, é forçoso um

dimensionamento da estrutura e os seus processos construtivos de maneira simples e

barata. Com isto, a um elevado grau de preocupação, haja visto que, os gastos que

envolvem a construção das fundações correspondem a boa parte desse investimento.

Analisando essas vertentes, percebe a grande dificuldade nestes cálculos, tendo em

vista que o dimensionamento das fundações deve ser com parâmetros a análise do solo,

ação do vento e demais ações do meio.

Esses dados construtivos em sua maioria são travados pela falta de parâmetros a

serem empregados em consonância com a escolha solicitada, que para tal necessita de

mão de obras especializada e ensaios no solo que na maioria das vezes são caros e de

difícil acesso. Contudo, podemos observar certa padronização das fundações em torres

estaiada, que conta com um conhecimento empírico.

Nesta pesquisa, serão apresentadas as fundações mais comuns implantadas em

torres de internet estaiadas. É proposto um estudo de viabilidade da fundação

empregada na construção da torre estaiada triangular de internet em Formoso do

Araguaia – TO, e posteriormente calcular, segundo a sondagem a percussão do SPT,

através de softwares mostrando o dimensionamento e detalhamento da fundação mais

adequada para a torre estaiada do estudo de caso.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 TORRES VERTICAIS

No momento atual, existem diferentes meios de estruturas verticais que

desempenham como uma de suas funções, suportar equipamentos de transmissão de

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dados de telecomunicações sem fio, temos como exemplo, os mastros, torres e postes

fixados em solos e cavaletes, que são fixados em topo de prédio.

Para a escolha da estrutura é feito um análise de cada caso, que depende de

fatores, como carregamento máximo que se deseja instalar, local de instalação (solo ou

topo de um prédio), área de solo disponível para dimensionar a base da estrutura, altura

máxima que deseja alcançar, entre outros (RIN,R.V, 2014).

A diante, serão dispostos alguns meios principais de estruturas utilizadas para

telecomunicação e suas diferenças: torres estaiadas, postes e torres autoportantes.

Segundo a TELEBRÁS 240-410-600, existe um padrão de classificação de torres

metálicas, que se baseiam de acordo com os modelos que as estruturas podem

suportar.

Configuração Estrutural Antena

Torre e Poste Auto-Suportados Pesados Frequência – SHF

Torre e Poste Auto-Suportados Leves Frequência – UHF e/ ou VHF

Torre e Poste Auto-Suportados Leves Celulares Sistema Móvel Celular

Torre e Poste Auto-Suportados Leves Rurais Frequência VHF

Torre Estaiada Classe A Frequência - SHF

Torre Estaiada Classe B Frequência - UHF

Torre Estaiada Classe C Frequência - VHF

O presente trabalho terá como principal foco as configurações estruturais das

torres estaiada sem se importar com seu tipo de classe, pois não serão considerados os

efeitos produzidos pelas antenas e sim suas fundações.

2.1.1 TORRE ESTAIADA

As torres estaiadas, geralmente são muito esbeltas, podendo ser tubular ou

treliçadas, em formato de aporticado ou poste, que dispõem de cabos de aços

ancorados ou cordoalhas em diferentes posições em seu comprimento e no solo para

estabilização da mesma. Elas têm por finalidade, servir de estruturas para outros

sistemas como arquibancadas, plataformas e antenas, ou ainda ter seu próprio sistema

irradiante, tendo em suas laterais estaias para suporte (GUIMARÃES, 2008).

Tabela 1: Tipos de torres segundo o Padrão da Telebrás.

Fonte:TELEBRÁS-1997.

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2.1.2 PORTES

Portes são tubos circulares com diâmetros diferentes. A seção do tubo se

modifica com a altura do poste com diâmetro máximo próximo à base do poste e

diâmetro mínimo na extremidade mais alta do poste (seção M8). São mais esbeltas do

que as torres estaiadas e autoportantes (em torno de 2 a 3 metros de lado), se auto

suportam sem auxílio de estais e tem altura máxima em torno de 60 metros. Pode ser

feito de aço ou concreto, tendo seu processo de montagem e construção mais rápido

que os das torres (ZAMPIRON 2008 apud RIN,R.V, 2014, 2014).

2.1.3 TORRES AUTOPORTANTES

As torres autoportantes são compostas de um corpo metálico formando uma parte

inferior tronco-piramidal e por uma parte reta superior destinada a fixar as antenas. São

constituídas por módulos e compostas diagonais, barras de contraventamento,

horizontais, montantes e travamento. As ligações são aparafusadas e ligadas por meio

de chapas. Em sua estrutura pode ter seções triangulares ou quadradas e dispor dos

seguintes acessórios: plataformas de fogo, tubulões de topo, plataformas internas (de

trabalho ou descanso) e externa, suportes de antena, escada etc. Podem ser formadas

por perfis laminados e/ou chapa dobrada (RENATO CÉZAR, 2002).

3. CARREGAMENTOS NA TORRE

As ações atuantes nas fundações são essencialmente advindas da própria torre.

Dificilmente encontra-se situações que dispõe de outros carregamentos

sobrecarregando as fundações. Mostra-se como exemplo dessas ações adicionais o

empuxo, colisões de elementos, de conduções, etc (RONALDO, 2004).

A natureza e origem das cargas solicitadas pelos esforços que atuam nas torres

são em sua maioria as mesmas das fundações. Desta maneira estudando as cargas que

requerem, as torres também são consideradas as ações que interfere nas fundações

(RIN,R.V, 2014).

“É de grande importância a análise dessas cargas, pois, sua combinação, e as hipóteses de carregamentos poderão determinar o grau de exigência, ou

tolerância, com relação ao desempenho das fundações” (RIN,R.V, 2014).

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3.1 CARGAS VERTICAIS

Algumas cargas verticais que se dissipam nas torres, são referentes ao próprio

peso da mesma, antenas instaladas e para-raios. Também existem cargas verticais

derivadas de sobrecargas advindas de plataformas de manutenção e equipamentos

adicionais (RIN,R.V, 2014).

3.2 AÇÕES DO VENTO

Nas torres de telecomunicação, a quantidade das cargas originadas do vento está

de conforme a norma brasileira de vento NBR 6123 (1988). Nesse modelo de torre,

ainda não possui uma norma técnica específica como as de linha de transmissão que

são equivalentes a elas. De maneira generalizada, a norma NBR 6123 (1988) das

diretrizes que podem determinar os esforços provocados pelo vento em torres treliçadas.

Tomando a quantidade de antenas implantadas como referência, é feito o projeto

para as diferentes exposições ao vento da torre. Com a obtenção destes dados, as

torres são calculadas considerando os esforços exercidos pelo vento, denominadas

forças de arrasto. Associando com a área que as antenas devem ser implantadas, faz se

uma média de como as torres vão ser projetadas para obterem uma área de contato

com o vento de 8m² e 16m² (RIN,R.V, 2014).

Seguindo a NBR 6123 (1988) como referência, a velocidade característica do vento é

calculada através da expressão:

𝑉𝑘 = 𝑉0 𝑥 𝑆1 𝑥 𝑆2 𝑥 𝑆3 (𝑚/𝑠) (1)

Onde:

- 𝑆1 denomina-se como o fator topográfico

- 𝑆2 denomina-se como fator de rugosidade do terreno

- 𝑆3 denomina-se como fator estatístico de segurança que no caso das torres é o valor

1.1

- 𝑉0 “é a velocidade básica do vento obtida através do gráfico de isopletas (Figura 1),

que tem sua variação de acordo com a região” (NBR 6123, 1988).

Segundo (RIN,R.V, 2014), pode se dizer que a força de arrasto está

simultaneamente ligada a pressão dinâmica do vento, e a área frontal ativa (relaciona-se

de projeção ortogonal da estrutura referente a uma área sobre um plano perpendicular à

direção do vento).

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4. CARREGAMENTO NAS FUNDAÇÕES

Considerando que o vento é o principal carregamento que age em torres de

telecomunicações, a análise das suas ações é a base para os efeitos de cálculo que,

são realizados conforme o seu ângulo de incidência. Nas torres, por diversas vezes,

costumam ser não simétricas, devido aos equipamentos instalados nelas. Dessa forma,

são analisados ventos incidindo a 0º, 45º, 60º, 90º, 120º e 180º graus, a uma direcionada

fase de estudo da torre.

Segundo (RIN,R.V, 2014), para o desenrolar do projeto de fundações, precisamos

ter os referentes esforços que atuam na fundação:

- Máxima Compressão;

- Máxima Tração;

- Máximo Horizontal;

- Momento máximo fletor.

A principal análise a ser feita ao projetar a fundação em uma torre metálica de

telecomunicação, são os de tração, que tem sua origem em esforços que propiciam a

tombar a torre. Geralmente, esses momentos têm números tão elevados que podem

conduzir o cálculo da fundação, de forma que as proporções calculadas para suportar

estes momentos de arrancamento é o suficiente para se contrapor às outras cargas na

fundação.

Figura 1 – Isopletas da velocidade Básica do vento 𝑉0(m/s).

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5. INSPEÇÃO DO SOLO

5.1 RELATÓRIOS DE INSPEÇÃO DE CAMPO

Este relatório tem como principal finalidade a tomada de posição pela opção a ser

empregada na fundação, assim como o melhor modelo a ser usado na execução da

torre. Segundo CHAVES (2004), as referências que o norteiam fazem parte de várias

naturezas mostradas a seguir:

• Informes referentes a acesso ao local;

• Informes referentes a vegetação (árvores protegidas por lei);

• Informes referentes a oportunidade e emprego de equipamentos agrícolas se

locomover no local (cobertura estais das torres e das fundações), ou até mesmo o

emprego de outras máquinas, tais como o pivô central para irrigação;

• Informes referentes a carência de obras de pequena proteção no terreno, ou

fundações do local (reflorestamento da vegetação, drenagens e contenção.);

• Possíveis mateiras a ser empregados na construção conforme a região;

• Informes referente a quais métodos foram utilizados nas fundações e a

oportubidade de outra linha;

• Documentos com relação fotográfica;

• A indicação da topografia se é acidentada ou não;

• Informes iniciais da natureza do solo;

• Informes referentes a chance de se ter uma elevação do lençol freático;

• Informes referentes a chances de se ter uma inundação no local;

• Relatos dos meios de encostas e a segurança dos solos;

• A indicação do método de sondagem geotécnica integrante que se deve executar;

• Informes especiais, como construção, a translação da torre afim de evitar alguns

acidentes geográficos, até mesmo como a chance de execução dos trabalhos;

• Informes que relatam uma existência de adutoras, também redes de esgoto e de

água;

• Levantamento de possíveis fundações e métodos dada a cultura local.

5.2 INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS DO SUBSOLO

Os métodos para investigação geotécnica do subsolo são inúmeros que ficam

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possíveis aos engenheiros para sua utilização na Engenharia das Fundações. Segundo

(RIN,R.V, 2014), tratando-se do implante de torres de telecomunicações, os meios que

fornecem resultados significativos de modo prático e mais usados são:

• Investigação a Trado;

• Sondagem Tipo SPT (Standard Penetration Test);

• Insvestigação Rotativa e Mista

O tipo de investigação a ser empregada se remete a:

• Classificação que das cargas que as torres transferem nos solos;

• Especificações geotécnicas do solo;

• A base da área da torre;

• Custos de verificação;

• Acessibilidade de máquinas na região estudada.

Usualmente, para a locação de uma torre, necessita no mínimo duas

investigações feitas a cada torre. Se após a verificação os resultados obtidos não

atender uma precisão necessária para a execução do projeto, é de responsabilidade do

engenheiro fazer novas sondagens, realizando furos novos ou podendo fazer uso de

novas técnicas como amostragem de solo, ensaios específicos de laboratório

(cisalhamento, adensamento, compressão trixial, etc).

Para este estudo de caso, será proposto o ensaio de SPT (Stantard Penetration

Test), que a partir dos dados coletados, será feito uma análise da melhor fundação a ser

empregada.

5.2.1 Sondagem à percussão ou de simples reconhecimento (SPT)

Dentre os métodos mais realizados no Brasil para investigação do solo, o ensaio

de SPT é o mais utilizado. Realizado in-situ (NBR 6484, 2001), é um ensaio de fácil

execução e que traz muitas informações referentes à capacidade do solo. Este ensaio

incide em contar o número de golpes “N imprescindíveis a fim de que um peso de 65 kgf,

que cai de uma altura de 75 cm, impulsiona a penetração de 45 centímetros no solo de

um medidor com diâmetro de 2”. Através da quantidade de golpes N é denominado o

“Índice de Resistência à Penetração”. De maneira visual e palpável, são retiradas

algumas amostras do solo.

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Com este método, podem-se verificar várias informações, dentre as de maiores

importâncias estão:

• Característica táctil visual e a tipologia do solo;

• Nspt – número de golpes dos últimos 30 centímetros;

• Fundura do nível d’água.

Este ensaio SPT, é muito usado no Brasil para todas as áreas da engenharia que

tenham necessidades do conhecimento do subsolo que visam à locação de fundações.

Pertinente a sua grande utilização, não somente em fundações de torres, as máquinas

para a execução deste ensaio são de fáceis acessos para comprar e possui um custo

baixo. Em contrapartida, quando este serviço é executado terceirizado os custos são

altos.

Com o decorrer do tempo, algumas relações foram estabelecidas através da

quantidade de golpes N obtendo parâmetros variando tipologias de solo. Desta forma,

alguns ensaios, até então mais minuciosos, estão sendo dispensados levando em conta

a grande segurança transmitida atrás destes do SPT.

Dentre inúmeras vantagens desse ensaio, com a quantidade de golpes N, pode

se indicar o ângulo de atrito interno do solo, o coeficiente de recalque, a resistência à

compressão, e o módulo de elasticidade, analisando cada tipo de solo, metro a metro

verificado.

6. TIPOS DE FUNDAÇÕES

6.1 FUNDAÇÕES APLICÁVEIS A ESTRUTURAS ESTAIADAS (FURNAS, 2003)

6.1.1 Fundações para o Mastro

Para sustentar os momentos de compressão (horizontais e verticais) que agem no

mastro central do esqueleto das estaiadas, pode ser utilizada fundações de blocos de

concreto armado e em sapatas.

Estes blocos e sapatas podem ser concretados no local da estrutura ou concreto

pré-moldado. Da mesma maneira que as fundações são empregadas nas torres

autoportantes, nas torres estaiadas seguem os mesmos princípios. Porém, cabe

lembrar, que, existem meios menos brutos para os recalques abaixo das cargas de

serviço, em virtude do sistema estrutural e da consequente possibilidade de arranjos dos

estais pelos serviços de assistências (LILIANE, 2010).

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Em solos mais frágeis, podem ser utilizadas as fundações tubulões ou estacas,

com as particularidades calculadas nas estruturas de autoportantes. Ao atingir uma

rocha não escavável manualmente com uma profundidade (até cerca de 2,5 m), utiliza-

se os blocos ancorados, que possuem particularidades parecidas com as empregadas

para as fundações autoportantes (LILIANE, 2010).

6.1.2 Fundações para os Estais

Os estais, também conhecidos por ter formatos longos, são compostos por cabos

de aço ligados a barras associadas a peças cravadas no solo. Estas peças enterradas

têm função de aguentar os esforços de tração nos cabos oriundos do outro extremo e

estão atados ao mesmo mastro central do esqueleto.

As fundações dos estais, pode ser de placas de concreto armado pré-moldadas,

tendo seu aspecto circular ou poligonal. Considerando que o solo a ser executado

permita escavações a céu aberto, outra maneira de fazer essas ancoragens dos cabos

dos estais pode ser através de tubulões curtos. Este método tem sido mais o

empregado, pois não se faz necessário um grande volume de escavação, tendo assim

um aproveitamento das vantagens da escavação e concretagem em poço de seção

circular.

Daremos ênfase somente em três tipos de fundações, a sapata de concreto, que

foi a utilizada no processo construtivo do referente estudo de caso, estacas e tubulão em

solos fracos, que são as outras possíveis sugestões que também atenderia o solicitado

em projeto.

6.2 SAPATAS

Sapatas são elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado

de modo que as tensões de tração nele produzidas não sejam resistidas pelo concreto,

mas sim pelo emprego da armadura (LETÍCIA, MAICON, ALINE 2017).

As sapatas quadradas e retangulares, estão entre as mais comuns, porém elas

podem assumir qualquer forma plana. São mais indicadas em solos que contêm baixa

profundidade e alta resistência. Normalmente, elas são construídas com variação de 2 a

4 metros de profundidade.

Nas escavações deste tipo de estruturas, as escavações podem ser mecanizadas

ou manuais, dependendo da acessibilidade ao local, do equipamento e do tamanho

necessário da escavação de maior volume de solo. Para essas escavações, os

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equipamentos mais utilizados são a retroescavadeiras e mini escavadeiras. Estes

equipamentos são utilizados até a escavação com profundidade de 3 metros, a partir

deste nível deve se continuar manualmente (RICARDO, 2014).

Usualmente, as sapatas são concretadas em duas etapas, a primeira se refere à

base e a segunda ao seu fuste. Quando o solo tem um teor de risco, se faz necessário

um escoramento durante a execução da obra, para evitar desmoronamento do solo.

Com a finalidade de garantir a segurança dos trabalhadores, sempre que a obra passar

de 1,5 metros de profundidade deve-se fazer o escoramento (RICARDO, 2014).

6.3 TUBULÕES

Segundo Velloso (2004), os tubulões são subsídios de fundações profundas

cilíndricos, tendo em alguma de suas etapas a decida de um operário, e com o formato

da base meio larga ou não. Os tubulões também podem ser identificados como estacas

escavadas por possuir um grande diâmetro de sua base larga. Na grande maioria, é

difícil fazer a diferenciação de tubulões e estacas escavadas. Tubulões com base

avantajadas precisa ter fuste com no mínimo 70 cm de diâmetro para admitir a entrada e

saída de operários. Com a crescente escavação de tubulões por equipamentos

mecanizados, está ficando menos necessário a decida de operários, podendo ser essa

prática abandonada no futuro.

Para execução deste tipo de estrutura, é indispensável, na maioria das vezes, a

cota de assentamento da base encontrar-se em cima do lençol freático. Quando é

possível o controle da água no centro do tubulão e não havendo riscos de arrasamento

do mesmo, é permitida a construção de tubulões que estejam sob o nível d’agua.

As cargas dissipadas nos tubulões são através de uma base com maior

resistência. Elas são empregadas em locais que as tensões admissíveis razoáveis estão

longes da superfície do terreno onde as camadas tem baixa compressibilidade.

Os tubulões pneumáticos, geralmente não são construídos em torres metálicas.

Quando o nível d’água está próximo da superfície, usualmente se utiliza as fundações

rasas, que tem o intuito de viabilizar economicamente a obra (RICARDO, 2014).

Segundo Ricardo (2014), algumas fundações de tubulões apresentam vantagens

que justificam a sua construção de fundações para torres:

• Custos baixos na desmobilização e mobilização se comparados com outros

equipamentos. Quando a execução para sustentar a torre chega de três a quatro

tubulões estes aspectos são de grande importância a se considerar;

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• Quando a obra se encontra em meio urbano e com construções próximas, o processo

construtivo gera uma baixa intensidade e vibrações devem ser considerados;

• No processo de execução o próprio operário responsável pode classificar e observar

o solo retirado, já pegando o solo previsto em projeto e fazendo comparações com o

extraído;

• O diâmetro dos tubulões e o comprimento podem ser alterados ao passar das

escavações a fim de sanar as possíveis condicionantes do subsolo caso haja

diversidade.

6.4 ESTACAS ESCAVADAS

Consideradas como elementos esbeltos, alocados nos solos por perfuração as

estacas escavadas, têm por finalidade imprimir as cargas ao solo, sendo pela resistência

de inferior ou de ponta, ou pela combinação de ambas e de atrito, ou seja, pela

resistência ao alongamento do fuste (RICARDO, 2014).

Usualmente, as estacas escavadas são realizadas com perfuratrizes rotativas, e

possuem características que permitem depois da escavação do solo serem moldadas no

local. Estes equipamentos rotativos podem vir acoplados a equipamentos de esteiras e

em caminhões, podendo assim atender variadas situações de difícil acesso. Utilizando

estes equipamentos pode-se alcançar uma profundidade de até 40 metros.

Geralmente, no diâmetro das brocas das perfuratrizes tem uma variação de 0,20

a 1,70 metros. Considerando essa capacidade elevada, está havendo uma redução na

abertura manual para diâmetros maiores que 0,50 metros.

Tendo perfurações acima do lençol freático, faz necessária a utilização destes

tipos de fundações, e também são utilizadas quando a superfície do terreno do solo

apresenta uma deformidade alta ou difere da capacidade de suporte exigida.

Segundo Ricardo (2014), há algumas vantagens na aplicação deste método

executivo que são elencadas, a seguir:

• Custos baixos;

• Alta capacidade e mobilidade na execução dos equipamentos existentes no mercado;

• Gera baixas vibrações no seu processo construtivo, fator de grande importância a

considerar;

• Possibilidade de execução rápida;

• Assim como nos tubulões o operário que estiver fazendo a escavação pode classificar

e observar o solo em questão, com a finalidade de equilibrar as categorias trabalhosa

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do subsolo.

Comumente são arquitetados blocos de coroamento no topo, que ao receberem

as cargas das torres as transferem para as estacas.

7. METODOLOGIA

Para a elaboração deste tratado acadêmico, será utilizada a estratégia

metodológica de estudo de caso. Goode e Hatt (1979, p. 421-422) apud Lavilha (2010),

definem o estudo de caso, como um método de olhar para a realidade social. “Não é

uma técnica específica, é um meio de organizar dados sociais preservando o caráter

unitário do objeto social estudado”.

“Este tipo de pesquisa pode se ramificar de várias maneiras, mas a que se refere a este trabalho terá caráter descritivo, ou seja, ao final deste consiste em uma descrição do assunto submetido e a indagação levantada (LILIANA, 2012).”

A meta deste estudo é construir uma base teórica, baseada em normas, revistas,

materiais digitais e impressos, dentre outros, para se propor possíveis fundações que

servirão para substituir a utilizada em Formoso do Araguaia – TO, caso a utilizada não

seja a ideal. Para isso, faremos uma relação dos dados no desenvolvimento da

construção da torre em questão, uma apresentação do modelo que foi desenvolvido,

assim como a quantidade de materiais empregados e fotos da torre, além do relatório de

gastos do dono da torre de telecomunicação e posteriormente, faremos uma análise do

ensaio de Sondagem a Percussão SPT, para analisar o solo em questão. Depois do

resultado da análise do solo devidamente expostos, e mediante as informações

levantadas, será proposto um comparativo de outras fundações possíveis, verificando se

existe uma viabilidade maior em alguma outra adotada através de softwares FTOOL e

SAP 2000 utilizados para calcular as forças atuantes e o Solidbase para efeitos de

dimensionamento e detalhamento da torre triangular.

8. RESULTADOS E DISCURSÃO

Para o cálculo do tipo de fundação mais adequada, foi necessário fazer o

levantamento dos quantitativos de materiais, para isso houve a necessidade de calcular

a quantidade de estais a serem utilizados a força normal, cortante e momento fletor

16

atuante na torre estaiada. Afim de efetuar esses cálculos, foi solicitado ao proprietário da

torre os dados dela.

Dados da torre estudada:

- Fazenda Alexandrina zona rural CEP 77.470-000 - Altura: 29 Mts - Cordoalha de aço zincado de 4,7 mm - Parafusos e porcas de 80 x 8 mm - Esticadores de 5.2 mm - Manilha 3cm x 10cm x 10cm, Peso: 515,00 Gramas - Base da torre de concreto simples de 1,5m de profundidade e 1m nas larguras - Base dos estais de 60cm x 60cm x 1,00m 15 módulos de;

- Módulo torre triangular com 37 cm de largura cada lado por 2 metros de altura para provedor de internet, Via Rádio, Telefonia. - Cantoneira lateral 1"x1/8 polegadas - Cantoneira interna e transversal: 3/4"x1/8 - Largura 37cm cada lado - Comprimento 2 metros - Peso do modulo 17,5quilos

- Peso total da torre de 262,5 kg - Engastado um metro na base

Com a disposição dos dados e o peso próprio da torre, foi utilizado dois

programas de software para efeito de cálculos das forças atuantes.

8.1 CÁLCULOS AS FORÇAS: MOMENTO MÁXIMO, CORTANTE E NORMAL

Com a disposição dos dados e o peso próprio da torre, foram utilizados dois

programas de software para efeito de cálculos das forças atuantes. O software FTOOL,

foi inserido os dados da torre, como as imagens a seguir demonstram:

Figura 2 - Inserção das dimensões da base, no FTOOL.

Figura 3 - Inserção dos materiais, no FTOOL.

17

Nesta parte, foi inserido, o peso próprio da torre as dimensões da base a ser

trabalhado, o valor da ação do vento 30m/s, segundo a NBR 6123 (1988), recolhidos no

isopletas da velocidade e o módulo de elasticidade ou módulo de Young do aço de

200000Mpa. Depois de inserir todos os dados, colocou-se o programa para processar.

Neste gráfico, nas figuras 5 e 6 apresentam-se os valores das forças atuantes na

estrutura, considerando a ação do vento, além do peso próprio. Todos os valores

inseridos estão baseados nas normas pertinentes.

Figura 4- Gráfico das forças atuante; momento fletor, carga axial e cortante, no FTOOL.

Figura 5 - Gráfico da força cortante máxima, no FTOOL.

18

No gráfico a seguir, apresentado pela figura 10, podemos observar os valores das forças

atuantes e o deslocamento, sem considerar na estrutura, os estais, utilizando estes

valores assim como a altura para determinação da fundação e os estais.

Para servir de base, foi calculado as mesmas forças no software SAP 2000

versão 20, a fim de dar maior confiabilidade nos dados a serem utilizados no

Figura 6 - Gráfico do momento máximo, no FTOOL.

Figura 7 - Gráfico do deslocamento máximo com a ação dos ventos sem as cordoalhas, no FTOOL.

19

dimensionamento posterior. Para isso, primeiramente, fez-se a inserção dos dados,

como mostra, a seguir nas figuras 8, 9, 10 e 11.

Depois de concluir a inserção dos dados e em seguida o valor da ação do vento

30m/s, segundo a NBR 6123 (1988), dados advindos do isopletas da velocidade e o

módulo de elasticidade ou módulo de Young do aço de 200000Mpa e também o peso

especifico aparente do aço de acordo com a NBR 6120 - 1980. E depois de inseridos

Figura 8 - Inserção das dimensões da base da torre, no SAP 2000.

Figura 11 - Inserção do modulo de elasticidade e peso específico aparente do aço, no SAP 2000.

Figura 9 - Inserção dos dados para efeito global, no SAP 2000.

.

Figura 10 - Inserção dos dados de ação do vento segundo as dimensões, no SAP 2000.

20

todos os dados mais uma vez, colocou-se o programa para processar, gerando os

gráficos e forças a seguir.

Figura 12 - Gráfico da força cortante máxima, no SAP 2000.

Figura 13 - Gráfico da força cortante máxima, no SAP 2000.

21

Observando e comparando os dois programas utilizados, percebeu que ambos

possuem os mesmos valores para as forças atuantes na estrutura. Sendo assim, foram

utilizados os dados coletados para efeitos de cálculo das fundações.

8.2 CÁLCULOS DAS FUNDAÇÕES

Com a finalidade de ter maior facilidade no cálculo e poder fazer um comparativo,

tanto financeiro quanto a melhor fundação a ser utilizada de acordo com o solo no nosso

estudo de caso, foi utilizado um programa online de software, o solidBase.

O solidBase é um software que trabalha em modo online e gera relatório de

maneira geral. Relatório dos tipos de fundações possíveis (sapata, tubulão e estaca

escava) e relatório de materiais gastos e quantitativos, também gera o detalhamento dos

cálculos de cada fundação, assim como o detalhamento no formato .dxf (em planta e os

cortes). Este programa disponibiliza um comparativo dos três tipos de fundações.

Utilizando este recurso do software, foi escolhida a fundação que era mais viável

economicamente, como mostra a seguir.

Na análise, dimensionamento e detalhamento dos elementos estruturais desta

fundação, foram utilizadas as prescrições indicadas pelas seguintes normas:

NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto - Procedimentos;

NBR 6122:2010 - Projeto e execução de fundações;

Figura 14 - Gráfico do deslocamento máximo com a ação dos ventos sem as cordoalhas, no SAP 2000.

22

Além destas normas, foram utilizados os cálculos recomendados pela CEB-70

para sapatas, submetidas a momentos fletores.

Depois da análise da tabela, percebe-se que a fundação mais viável

economicamente é bloco sobre estaca, porém estes valores são somente para o bloco

sem contabilizar à estaca, dados que ainda não estão disponíveis na versão atual.

Tendo em vista isso, neste estudo será escolhido o tubulão que é o mais econômico

quando comparado com a sapata. A partir desta escolha, foi coletado os dados do

dimensionamento.

Figura 15 - Comparativo dos quantitativos de cada fundação, solidBase versão 1.0.0.

Figura 16 - Escolha da fundação a ser utilizada, solidBase versão 1.0.0.

23

Nesta parte do software, você escolhe o tubulão, seleciona abrir, gera o relatório

do dimensionamento e detalhamento, como apresentado abaixo:

Diâmetro do fuste:

𝜎𝑐 = 0,85∗𝑓𝑐𝑘

𝛾𝑓∗𝛾𝑐

(2)

𝜎𝑐 = 0,85 ∗ 20000

1,8 ∗ 1,4= 6746,03

𝑘𝑛

𝑚2

𝑑𝑓 = √4∗𝑝

𝜋∗ 𝜎𝑐 (3)

𝑑𝑓 = √4 ∗ 87

𝜋 ∗ 6746,03= 0,128𝑚

De acordo com os critérios definidos:

𝑑𝑓 = 0,7 𝑚

Diâmetro da base

𝑑𝑏 = √4∗𝑝

𝜋∗ 𝜎𝑐 (4)

𝑑𝑏 = √4 ∗ 87

𝜋 ∗ 500= 0,471 𝑚

Como o diâmetro encontrado é menor que o do fuste, foi adotado para o mesmo

𝑑𝑓 + 0,4, procurando garantir uma altura mínima de 0,3 m NBR 6122:2010.

𝑑𝑏 = 1,1 𝑚

Altura da base

ℎ = 0,866 ∗ (𝑑𝑏 − 𝑑𝑓) (5)

ℎ = 0,866 ∗ (1,1 − 0,7) = 0,35 𝑚

0,3 ≤ ℎ ≤ 1,8 𝑚 = 𝑜𝑘

24

Volume de concreto

𝐴𝑏 =𝜋∗𝑑2

4 (6)

𝐴𝑏 =𝜋 ∗ 1,1²

4= 0,95 𝑚²

𝐴𝑓 =𝜋 ∗ 0,7²

4= 0,385 𝑚²

𝑉𝑐 = 𝐴𝑏 ∗ 0,2 +ℎ−0,2

3∗ (𝐴𝑏 + 𝐴𝑓 + √𝐴𝑏 + 𝐴𝑓) + 𝐴𝑓 ∗ (𝑐𝑜𝑡𝑎 − ℎ) (7)

𝑉𝑐 = 0,95 ∗ 0,2 +0,35 − 0,2

3∗ (0,95 + 0,385 + √0,95 + 0,385) + 0,385 ∗ (6 − 0,35)

𝑉𝑐 = 2,461 𝑚³

Armadura

Para a armação do tubulão foi adotada a mínima prevista na NBR 6118:2014 para

pilares circulares.

𝐴𝑠,𝑚𝑖𝑛 ≥ {0,15 ∗

1,61∗𝑝

𝑓𝑦𝑘

0,04 ∗ 𝐴𝑓

(8)

𝐴𝑠,𝑚𝑖𝑛 ≥ {0,15 ∗

1,61 ∗ 87

50= 0,42 𝑐𝑚2

0,04 ∗ 3850 = 15.394 𝑐𝑚2

𝐴𝑠,𝑚𝑖𝑛 = 15.394 𝑐𝑚²

Armadura selecionadas

Longitudinal

Número de barras Bitola ∅ Espaçamento

20 10 0,5

Transversal:

Número de barras Bitola ∅ Espaçamento

24 5 12

Tabela 2 – Quantitativos Longitudinal

Tabela 3 – Quantitativos Longitudinal

25

Ainda fazendo uso do software, ele dispõe de umas tabelas de quantitativos:

Esta figura mostra os quantitativos gerados no solidBase, aço por bitola e por

tubulão, facilitando assim o cálculo em reais gastos.

8.2.1 DETALHAMENTO DA FUNDAÇÃO

m

Tabela 4 - Quantitativos do Tubulão, solidBase versão 1.0.0.

26

O corte e a planta mostram o detalhamento da fundação utilizada considerando

ser mais econômica, segundos os levantamentos comparativos do software solidBase.

8.3 QUANTIDADES DE ESTAIS

Este trabalho acadêmico, será baseado o cálculo dos estais de acordo com a

ABNT NBR 16730:2018 (Cordoalha de fios de aço zincados para eletrificação).

“Este Documento estabelece os requisitos para cordoalhas de fios de aço

zincados, utilizadas em estais, tirantes, cabos mensageiros, cabos para-raios,

contrapeso ou em aplicações similares para o segmento de transmissão e

distribuição de energia elétrica. ABNT NBR 16730:2018”

Segundo a norma, que também atendem as especificações em questão, onde fala

sobre os estais, temos os seguintes dados:

TABELA 5 - CARACTERÍSTICAS GERAIS

REFERÊNCIA DESTA NTC

NTC

CÓDIGO COPEL

FORMAÇÃO DIÂMETRO NOMINAL

(mm)

CATEGORIA (ABNT)

MASSA

APROXIMADA

(kg/1000m)

NÚMERO DE FIOS

DIÂMETRO DOS FIOS

(mm)

1 813651 20000102 7 2,03±0,08 6,4 MR ou SM

(média resistência) 180

2 813655 20000132 7 3,05±0,10 9,5 AR ou HS

(alta resistência) 407

1 2 3 4 5 6 8 9

TABELA 6 - CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS

REFERÊNCIA DESTA NTC

CATEGORIA (ABNT)

CARGA DE RUPTURA

MÍNIMA (daN)

ALONGAMENTO SOB CARGA MÍNIMA

(em 600mm)

%

1 MR ou SM

(MÉDIA RESISTÊNCIA) 1430 8

2 AR ou HS

(ALTA RESISTÊNCIA) 4900 5

1 2 3 4

De acordo com os dados analisados em tabela, seria necessária 7 (sete)

cordoalhas para estabilidade da torre e combater os momentos com a influência da ação

do vento. Foi usado 9 (nove) cordoalhas de aço zincada afim de dar maior estabilidade,

considerando que a torre em questão é de base triangular a uma distância de 12m (doze

metros) da base da torre. Os estais são posicionados a partir de uma altura de 11m

(onze metros) de altura, sendo o primeiro a esta altura de 15m (quinze metros), o

segundo a 21m (vinte e um metros) e o último a 28m (vinte e oito metros) que já é o

suficiente para esta torre. Porém, estudos mostrando que os estais geralmente devem-

27

se estaiar a partir de 6m (seis metros) de altura e a cada 6m (seis metros), para torres

com altura superior a 35m (trinta e cinco metros).

Dispondo desses dados, calcula a quantidade de metros necessárias de

cordoalhas:

𝑎2 = 𝑏2 + 𝑐2 (9)

Cordoalha a 15 m:

𝑎2 = 122 + 152 = 19,21𝑚

Cordoalha a 21 m:

𝑎2 = 122 + 212 = 24,19𝑚

Cordoalha a 28 m:

𝑎2 = 122 + 282 = 30,43𝑚

Totalizando 73,83 m de cordoalhas para execução desta torre.

9. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este trabalho de conclusão de curso, teve como objetivo mostrar um caso de uma

torre estaiada de internet, a partir do estudo do solo pelo ensaio de sondagem a

percussão SPT, utilizando recursos de software que facilita o cálculo das forças atuantes

na torre e fundações de uma torre estaiada de internet. Estas estruturas desempenha

um papel muito importante na comunicação virtual, que, hoje é um dos meios de

comunicação mais utilizados, tendo em vista que a comunicação e propagação de uma

notícia são quase em tempo real devido ao acesso à internet.

Dispondo do laudo de sondagem, fez-se necessário o conhecimento de

programas que possibilitasse calcular as características dos esforços solicitantes,

considerando a ação do vento, segundo NBR 6123 (1988). Foi realizado um

levantamento dos materiais disponibilizados pelo proprietário da torre e, posteriormente,

calculado através de software (FTOOL e SAP 2000), que gerou as forças atuantes sobre

a fundação. Com estes dados em mãos, fez a inserção em outro programa, SolidBase.

Este é um programa com menos de 5 (cinco) anos de utilização, mas que dispõe de uma

interfase de fácil compreensão, facilitando de forma significativa os cálculos das forças

atuantes, podendo assim, gerar um comparativo e o dimensionamento e detalhamento

dos três principais tipos de fundações recomendadas pela literatura de dimensionamento

de torre estaiada.

28

Considerando os cálculos no FTOOL e SAP 2000, que gera um deslocamento de

aproximadamente 85 cm (oitenta e cinco centímetros) no ponto mais crítico da torre,

acarretado ao tipo de solo disponível, pode alterar de maneira significativa esforços a ser

transmitida a fundação a ser escolhida. Com isso percebeu, que é fundamental o cálculo

da ação do vento junto ao peso próprio para dimensionamento dos esforços, que na

maioria das vezes, os esforços e dimensões já calculadas para os esforços de tração,

são os mesmos que utilizados nas demais cargas na fundação.

Em relação aos tipos de fundações, que pode ser utilizada para esta torre

estaiada, que são sapata, tubulão e estaca escava, conclui-se que na maioria das vezes

quando o solo apresenta boa resistência à baixa profundidade, faz fundações rasas que

são as sapatas e radier. Este tipo de fundação é mais vantajoso por ser facilmente

construída ajudando a implantação em locais de difícil acesso.

Quando as fundações são mais profundas, são os tubulões e as estacas

escavadas, este é o método desenvolvido no nosso estudo de caso. Os tubulões são

mais utilizados quando o solo tem baixa resistência nas primeiras camadas, tendo assim

que dimensionar abaixo do solo mais frágil. São mais desvantajosos, pois precisa de

equipamento específico para fazer a execução, além de mão de obra especializada.

Conclui-se que, quando se tem o ensaio de Sondagem a percussão SPT, pode-se

fazer a inserção dos dados da estrutura em uns softwares e eles possibilitam o

desenvolvimento mais rápido dos cálculos, além do comparativo entre cada tipo de

fundação, a fim de verificar qual é mais viável, podendo assim evitar cálculos fadigosos

e extensos, para depois fazer a análise comparativa.

29

10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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