Universidade Federal do Rio de Janeiro
O EMPREGO DE ESTACA RAIZ COMO ALTERNATIVA DE FUNDAÇÃO PARA A
LINHA DE TRANSMISSÃO 800 kV XINGU-ESTREITO – LOTE I
LUIS FELIPE DE ARAGÂO TORQUATO
Janeiro de 2017
ii
O EMPREGO DE ESTACA RAIZ COMO ALTERNATIVA DE FUNDAÇÃO PARA A
LINHA DE TRANSMISSÃO 800 kV XINGU-ESTREITO – LOTE I
Luis Felipe de Aragão Torquato
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Civil da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro.
Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger
Rio de Janeiro
Janeiro de 2017
iii
O EMPREGO DE ESTACA RAIZ COMO ALTERNATIVA DE FUNDAÇÃO PARA A
LINHA DE TRANSMISSÃO 800 kV XINGU-ESTREITO – LOTE I
Luis Felipe de Aragão Torquato
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO
RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS À OBTENÇÃO
DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.
Aprovada por:
Prof. Fernando Artur Brasil Danziger, D.Sc. (Orientador)
Prof.ª Flávia Moll de Souza Judice, D. Sc
Prof. Ricardo Valeriano Alves, D. Sc.
Prof. Claudio Pereira Pinto, M. Sc. (CEFET – RJ)
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
JANEIRO DE 2017
iv
Torquato, Luis Felipe de Aragão
O emprego da estaca raiz como alternativa de fundação para a
linha de transmissão 800 kV CC Xingu-Estreito Lote I / Luis Felipe
de Aragão Torquato. – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica,
2017.
IX, 104 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de
Engenharia Civil, 2017.
Referências Bibliográficas: p. 101-103.
1. Linha de transmissão 2. Fundação 3. Estaca raiz 4. Custo de
fundação. I. Danziger, Fernando Artur Brasil. II. Universidade
Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia
Civil. III. O Emprego de estaca raiz como alternativa de fundação
para a linha de transmissão 800 kV CC Xingu-Estreito LOTE I
v
Agradecimentos
Aos meus pais, por todo amor incondicional, e aos sacrifícios para me proporcionar uma
vida confortável e a possibilidade de buscar os meus sonhos.
À minha irmã, por todos os conselhos e ser meu porto seguro em momentos adversos.
Aos professores da UFRJ, pelo seu empenho e dedicação no trabalho, buscando
sempre promover o melhor dos alunos da Escola Politécnica da UFRJ.
Aos grandes amigos que o curso me proporcionou, por terem feito parte do dia-a-dia
desta conquista, dentro e fora da faculdade.
Em especial a Andrea Zebulun Ades, por ter sido uma pessoa maravilhosa, que me deu
força para manter o foco durante momentos adversos.
Aos demais amigos, que sempre me proporcionaram inúmeros momentos valiosos.
Aos companheiros de profissão, que me ajudaram na caminhada da minha formação
profissional.
Aos colegas da Tecnosolo, agradeço a oportunidade, de compartilhar as experiências
práticas da Engenharia Geotécnica no início da minha carreira profissional. Agradeço
em especial ao professor José Luiz Couto e Júlio Lima.
vi
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários à obtenção do grau de Engenheiro Civil.
O EMPREGO DE ESTACA RAIZ COMO ALTERNATIVA DE FUNDAÇÃO PARA A
LINHA DE TRANSMISSÃO 800 kV XINGU-ESTREITO – LOTE I
Luis Felipe de Aragão Torquato
Janeiro 2017
Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger
Curso: Engenharia Civil
RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo apresentar o emprego de estaca raiz como
alternativa de fundação para a LT 800 kV CC Xingu-Estreito-Lote I, inicialmente
projetada em fundação direta. Devido às características geológicas, topográficas,
climáticas e da infraestrutura viária da região, a execução das fundações das torres em
estaca raiz mostrou-se um processo executivo atrativo, proporcionando redução de
quantitativo de material e do prazo de execução da obra, em comparação a solução
original.
Palavras-chave: Linhas de transmissão, Belo Monte, Fundações, custo de fundações,
Estacas raiz
vii
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial
fulfillment of the requirements for the degree of Engineer.
Luis Felipe de Aragão Torquato
January 2017
Advisor: Fernando Artur Brasil Danziger
Course: Civil Engineering
ABSTRACT
The present work aims to propose the use of micro-pile as a foundation alternative for
the 800 kV CC Xingu-Estreito-Lote I, initially designed in a shallow foundation. Due to
the geological, topographical, climatic and road infrastructure characteristics of the
region, the execution of the foundations of the micro-pile showed an attractive executive
process, providing reduction of material quantity and the execution time of the work, in
comparison to the original solution .
Keywords: Transmission lines, Belo Monte, Foundation, foundation cost, Micro-Pile.
viii
Sumário
1 Introdução .............................................................................................................. 1
1.1 Justificativa ..................................................................................................... 2
2 Linhas de Transmissão de energia e Parâmetros básico de projeto ...................... 3
2.1 Finalidade de uma linha de transmissão ......................................................... 3
2.2 Quanto ao tipo de transmissão ....................................................................... 3
2.3 Composição de uma Linha de Transmissão ................................................... 4
2.3.1 Estruturas ................................................................................................ 4
2.3.2 Fundações ............................................................................................... 7
2.4 Parâmetros de projeto – Carregamentos ........................................................ 7
2.5 Parâmetros de projeto - Levantamento de campo .......................................... 8
2.5.1 Escolha e implementação do traçado ...................................................... 8
2.5.2 Levantamento topográfico ....................................................................... 8
2.5.3 Dados meteorológicos ............................................................................. 9
2.5.4 Dados geotécnicos .................................................................................. 9
3 Obra LT Xingu-Estreito – LOTE I ........................................................................ 10
3.1 Localização................................................................................................... 10
3.2 Vegetação .................................................................................................... 12
3.3 Clima ............................................................................................................ 12
ix
3.4 Rede rodoviária e vias de acesso ................................................................. 13
3.5 Logística ....................................................................................................... 15
3.5.1 Gargalos na logística ............................................................................. 15
3.6 Modelos de torres ......................................................................................... 17
3.7 Silhueta torre autoportante ........................................................................... 17
3.8 Silhueta torre estaiada .................................................................................. 20
3.9 Campanha de Sondagem ............................................................................. 21
3.10 Parâmetros de Projeto .................................................................................. 25
3.11 Solicitações nas fundações .......................................................................... 25
3.12 Tabela de tipificação ..................................................................................... 26
4 Projeto de Fundação Original – Fundação direta ................................................. 27
4.1 Apresentação das fundações utilizadas ........................................................ 27
4.2 Levantamento de materiais – Fundação direta ............................................. 30
4.3 Escavação da cava de fundação .................................................................. 31
4.4 Reaterro compactado- Etapa crítica na execução de fundação direta .......... 33
5 Emprego de estaca raiz ....................................................................................... 38
5.1 Definição e histórico ..................................................................................... 38
5.2 Cálculo do estaqueamento ........................................................................... 39
5.2.1 Método de Schiel ................................................................................... 39
5.2.2 Resultado do estaqueamento ................................................................ 45
x
5.3 Dimensionamento estrutural das estacas ..................................................... 52
5.4 Bloco de coroamento .................................................................................... 54
5.4.1 Cálculo pela teoria da flexão – (CEB – Boletim 73 – 1970) .................... 56
5.4.2 Dimensionamento torre EL81 e EM81 ................................................... 60
5.4.3 Torre SM81 ........................................................................................... 62
5.4.4 Torre SA81 e SP8 ................................................................................. 63
5.4.5 Torre AM8 ............................................................................................. 65
5.5 Capacidade de carga axial ........................................................................... 67
5.5.1 Capacidade de carga à compressão - Método Aoki-Velloso modificado por
Monteiro 69
5.5.2 Capacidade de carga à tração ............................................................... 71
5.5.3 Avaliação do carregamento transversal máximo .................................... 72
5.5.4 Efeito carregamento assimétrico sobre solo mole e atrito negativo ........ 76
5.6 Comprimento médio das estacas .................................................................. 77
5.7 Perfuração do estais – Tirantes injetados ..................................................... 77
5.7.1 Definição e histórico .............................................................................. 77
5.7.2 Dimensionamento da ancoragem .......................................................... 80
6 Verificação de desempenho ................................................................................ 83
6.1 Descrição dos ensaios e quantidade ............................................................ 83
6.2 Prova de carga estática à tração, principais conceitos e recomendações. .... 84
xi
6.3 Ensaio de arrancamento dos estais .............................................................. 87
7 Quantitativos e comparações............................................................................... 88
7.1 Argamassa e concreto .................................................................................. 88
7.2 Comparação do tempo necessário de execução .......................................... 90
7.2.1 Projeto original ....................................................................................... 90
7.2.2 Projeto Estaca raiz................................................................................. 93
7.3 Estimativa de custo ....................................................................................... 95
8 Conclusões e sugestões para pesquisas futuras ................................................. 99
9 Referência Bibliográfica ..................................................................................... 101
xii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1-1: LT 800 kV Xingu-Estreito (BMTE,2016) ...................................................... 1
Figura 2-1: Componentes de uma LT. (Furnas, 2012) .................................................. 4
Figura 2-2: Modelo de torre autoportante. (Furnas, 2012) ............................................. 5
Figura 2-3: Modelo padrão de torre estaiada. (Furnas, 2012) ....................................... 6
Figura 3-1: Localização do LOTE I (Sepco 1, 2016) ................................................... 11
Figura 3-2: Curva de Precipitação Mensal-2015. (INMET, 2015) ................................ 13
Figura 3-3: Veículo atolado na Rodovia Transamazônica ........................................... 14
Figura 3-4: Stub ancorado no bloco ............................................................................ 18
Figura 3-5: Representação do Stub (Planta) ............................................................... 19
Figura 3-6: Representação da locação do Stub (Corte) .............................................. 19
Figura 3-7: Locação dos Estais ................................................................................... 20
Figura 3-8:Sondagem representativa do lote I – 60% das sondagens recebidas. (Sepco
1, 2016) ...................................................................................................................... 22
Figura 3-9:Sondagem representativa do lote I – 20% das sondagens recebidas. (Sepco
1 , 2016) ..................................................................................................................... 23
Figura 3-10:Sondagem representativa do lote I – 20% das sondagens recebidas. (Sepco
1 , 2016) ..................................................................................................................... 23
Figura 4-1: Solução em fundação direta para os estais (Corte). ................................. 27
Figura 4-2: Solução em fundação direta para os estais (Planta). ................................ 28
Figura 4-3: Vista isométrica da viga pré-moldada. ...................................................... 28
xiii
Figura 4-4: Conjunto sapata - placa de concreto para o mastro da torre estaiada. ..... 29
Figura 4-5: Sapata torre autoportante. ........................................................................ 29
Figura 4-6: Seção do volume escavado ...................................................................... 32
Figura 4-7: Superfície de ruptura em solos com reaterro bem compactado. (Fonte:
Garcia,2005) ............................................................................................................... 34
Figura 4-8: Superfície de ruptura em solos com reaterro mal compactado. (Fonte:
Garcia,2005) ............................................................................................................... 34
Figura 4-9: Curva de compactação ............................................................................. 35
Figura 4-10: Compactador mini pé de carneiro. (Fonte: www.soluguel.com.br) .......... 36
Figura 4-11: Compactador tipo sapo. (Fonte: www.soluguel.com.br) .......................... 36
Figura 5-1: Equipamento de perfuração - Estaca raiz ................................................. 39
Figura 5-2: Representação dos eixos e ângulos. (Santa Maria,2007) ......................... 41
Figura 5-3: Definição do vetor pi. (Santa Maria, 2007) ................................................ 42
Figura 5-4: Exemplos de estaqueamentos degenerados. (Alonso,2012) .................... 44
Figura 5-5: Referencial das ações .............................................................................. 45
Figura 5-6: Locação do estaqueamento - Torres EL81 e EM81 .................................. 46
Figura 5-7: Locação do estaqueamento - Torre SM81 ................................................ 48
Figura 5-8: Locação do estaqueamento - Torre SA81 e SP8 ...................................... 49
Figura 5-9: Locação do estaqueamento - Torre AM8 .................................................. 51
Figura 5-10: Condição para a utilização do método CEB-70. (Fonte: Oliveira ,2009) .. 56
xiv
Figura 5-11: Seção de dimensionamento S1. (Oliveira,2009) ..................................... 57
Figura 5-12: Seção de dimensionamento S2. (Oliveira,2009) ..................................... 58
Figura 5-13: Seção de dimensionamento para cisalhamento local. (Oliveira,2009) .... 59
Figura 5-14: Forma torre EL81 e EM81 ...................................................................... 60
Figura 5-15: Etapa de cálculo bloco de coroamento - Torre EL81 e EM81 ................. 61
Figura 5-16: Detalhamento bloco - Torre EL81 e EM81 .............................................. 61
Figura 5-17: Forma Torre SM81 ................................................................................. 62
Figura 5-18: Etapa de cálculo bloco de coroamento - Torre SM81 .............................. 62
Figura 5-19: Detalhamento bloco- Torre SM81 ........................................................... 63
Figura 5-20: Forma Torre- SA81 e SP8 ...................................................................... 63
Figura 5-21: Etapa de cálculo bloco de coroamento - Torre SA81 e SP8 .................... 64
Figura 5-22: Detalhamento bloco - Torre SA81 e SP8 ................................................ 65
Figura 5-23: Forma - Torre AM8 ................................................................................. 65
Figura 5-24: Etapa de cálculo bloco de coroamento - Torre AM8................................ 66
Figura 5-25: Detalhamento bloco - Torre AM8 ............................................................ 67
Figura 5-26: Mecanismo de ruptura de uma estaca. (Danziger,2014) ......................... 73
Figura 5-27: Estaca curta em argila. (Danziger,2014) ................................................. 74
Figura 5-28: Estaca longa em argila. (Danziger,2014) ................................................ 75
Figura 5-29: Estaca curta em areia. (Danziger,2014) .................................................. 75
Figura 5-30: Estaca longa em areia. (Danziger,2014) ................................................. 76
xv
Figura 6-1: Montagem prova de carga à tração .......................................................... 85
Figura 7-1: Etapas de serviço – Projeto Original ......................................................... 90
Figura 7-2: Etapas de execução - Estaca raiz ............................................................. 93
xvi
LISTA DE TABELAS
Tabela 3-1: Informações básicas das torres.(Sepco 1,2016) ...................................... 17
Tabela 3-2: Tabela de locação dos stubs - Torre SA81.(Sepco 1,2016) ..................... 18
Tabela 3-3: Locação dos Estais. (Sepco 1, 2016) ....................................................... 20
Tabela 3-4: Resumo Campanha de Sondagem. (Sepco 1) ......................................... 21
Tabela 3-5: Parâmetro dos Solos I a IVS. (Sepco 1, 2016) ......................................... 25
Tabela 3-6: Parâmetro em Rocha. (Sepco 1, 2016) .................................................... 25
Tabela 4-1: Dimensões mínimas e máximas das fundações direta. (Sepco 1, 2016) .. 30
Tabela 4-2: Volume de concreto (m³) - Torre x Tipo de Solo ....................................... 30
Tabela 4-3: Quantidade de aço (kg)– Torre x Solo ..................................................... 31
Tabela 4-4: Volume de escavação em m³ ................................................................... 33
Tabela 4-5: Volume de reaterro compactado em m³ ................................................... 37
Tabela 4-6: Quantidade de sacos de cimento (50kg) para reaterro solo-cimento ........ 37
Tabela 4-7: Resumo dos insumos............................................................................... 37
Tabela 5-1: Carregamentos no topo do bloco – Torre EL81 ....................................... 46
Tabela 5-2: Resultado do estaqueamento - Torre EL81 .............................................. 46
Tabela 5-3: Carregamentos no topo do bloco - Torre EM81 ....................................... 47
Tabela 5-4: Resultados do estaqueamento - Torre EM81 ........................................... 47
Tabela 5-5: Carregamentos no topo do bloco - Torre SM81 ....................................... 47
Tabela 5-6: Resultado estaqueamento - Torre SM81 .................................................. 48
xvii
Tabela 5-7: Carregamento no topo do bloco - Torre SA81 .......................................... 49
Tabela 5-8: Resultado do estaqueamento - Torre SA81 ............................................. 49
Tabela 5-9: Carregamento no topo do bloco- Torre SP8 ............................................. 50
Tabela 5-10: Resultado do estaqueamento - Torre SP8 ............................................. 50
Tabela 5-11: Carregamento no topo do bloco - AM8................................................... 50
Tabela 5-12: Resultado do estaqueamento - Torre AM8 ............................................. 51
Tabela 5-13: Armadura das estacas ........................................................................... 53
Tabela 5-14: Parâmetros método Aoki-Velloso modificado por Monteiro. (Velloso e
Lopes, 2010) ............................................................................................................... 70
Tabela 5-15: Comprimento mínimo de embutimento................................................... 71
Tabela 5-17: Comprimento estacas por torre .............................................................. 77
Tabela 5-18: Coeficiente de ancoragem kf (NBR 5629:2006) ..................................... 81
Tabela 5-19: Comprimento mínimo de ancoragem dos tirantes (em metros) .............. 82
Tabela 6-1: Quantidade de provas de carga: Tabela 6 da NBR 6122:2010 ............... 84
Tabela 7-1: Quantidade de concreto – Bloco de coroamento ...................................... 88
Tabela 7-2: Quantidade de insumos - Estaca raiz e estais ......................................... 88
Tabela 7-3: Quantidade de aço – Bloco de coroamento e estacas ............................. 89
Tabela 7-4: Perfuração - Estacas................................................................................ 89
Tabela 7-5: Perfuração - Estais .................................................................................. 89
Tabela 7-6: Volume de escavação e reaterro ............................................................. 89
xviii
Tabela 7-7: Tabela TCPO-13 edição - Escavação ...................................................... 91
Tabela 7-8: Tabela TCPO-13 edição - Reaterro .......................................................... 91
Tabela 7-9: Tabela TCPO-13 edição - Forma ............................................................. 92
Tabela 7-10: Tabela TCPO-13 edição - Armadura ...................................................... 92
Tabela 7-11: Tabela TCPO-13 edição - Concreto ....................................................... 92
Tabela 7-12: Estimativa de tempo para execução de uma sapata - Projeto Original ... 93
Tabela 7-13: Estimativa de tempo para execução de uma perna - Projeto estaca raiz 94
Tabela 7-14: Itens tabela SINAPI - 2016 - PA ............................................................. 97
Tabela 7-15: Estimativa de custo - Projeto Original......... Erro! Indicador não definido.
Tabela 7-16: Custo Projeto Estaca raiz ........................... Erro! Indicador não definido.
Tabela 7-17: Resumo custo ........................................................................................ 98
1
1 Introdução
Com o crescimento do PIB Brasileiro nos últimos anos, foi necessária a criação
de ofertas mais econômica de energia para suprir a demanda de crescimento
correspondente. Com isso, foi concebido o complexo de usinas de Belo Monte, com
aproximadamente 11.200 MW de energia ofertada, ficando apenas atrás das usinas de
Itaipu e da Chinesa Três Gargantas. (BMTE, 2016)
Para escoar essa oferta de energia do norte do país para o sudeste (maior mercado
consumidor), encontra-se em fase de construção a Linha de Transmissão (LT) 800 kV
CC Xingu-Estreito. O início da linha é situado no estado do Pará, nas proximidades do
rio Xingu, e o final na usina hidrelétrica Luís Carlos Barreto, mais conhecida como Usina
de Estreito, próximo ao munícipio de Pedregulho, na divisa entre Minas Gerais e São
Paulo.( BMTE, 2016).
A linha de transmissão intercepta 65 municípios de quatro estados Brasileiros: Pará,
Tocantins, Goiás e Minas Gerais, ao longo de aproximadamente 2000km de extensão.
A Figura 1-1 representa graficamente a extensão da linha.
Figura 1-1: LT 800 kV Xingu-Estreito (BMTE,2016)
2
O presente trabalho consiste no estudo de alternativa de fundação em estaca raiz como
substituição às fundações diretas projetadas para o primeiro lote da linha. Este lote
possui 259 km de extensão, contemplando 516 torres, localizado no sudoeste do estado
do Pará.
O trecho apresentado neste trabalho tem como uma caraterística marcante a região
onde se encontra. Situado numa região do bioma Amazônico, onde o clima é famoso
pelas fortes chuvas que caem durante o período de novembro até meados de abril. Vale
também ressaltar como característica da região a escassez de mão-de-obra qualificada,
as péssimas condições viárias que atrapalham a logística da obra, e também a
dificuldade de se encontrar fornecedores para os mais diversos serviços e produtos.
1.1 Justificativa
O projeto original da LT contemplava fundações em sapatas, no caso das torres
autoportantes, e viga prés-moldadas, no caso dos estais das torres estaiadas. Estas
soluções demandam um controle de compactação muito eficiente do reaterro, uma vez
que a capacidade de carga à tração é altamente influenciada pela resistência deste
material. Há portanto, necessidade de fiscalização adequada. Esse aspecto executivo
é agravado pela questão climática da região, aonde a compactação seria muito
dificultada em estação chuvosa. A solução em estaca raiz representa, portanto, a
viabilização da execução da obra, uma vez que pode ser executada mesmo em estação
chuvosa. Além dessa vantagem significativa, ainda representou uma solução mais
rápida e econômica.
3
2 Linhas de Transmissão de energia e Parâmetros básico de
projeto
2.1 Finalidade de uma linha de transmissão
Segundo o manual de construções de linhas de transmissão (LT), noções de projeto e
construção (Furnas, 2012) “uma linha de transmissão tem por finalidade transportar, em
forma de energia elétrica, a energia proveniente de fontes diversas, tais como:
hidráulica, nuclear, térmica, etc., até o ponto em que é convertida na forma desejada,
seja luz, calor, energia mecânica ou química”
“Num sistema de transmissão, uma LT pode ter as seguintes funções:
Transmitir a energia da fonte de geração até o centro de carga;
Interligar vários sistemas de transmissão, permitindo o intercâmbio de energia,
e em caso de emergência, manter em condições de suprimento a parte afetada;
Permitir a otimização da geração das diversas usinas de um sistema interligado”
2.2 Quanto ao tipo de transmissão
Quanto ao tipo de transmissão, pode ser em corrente contínua (CC) ou corrente
alternada (CA). A LT de CC tem como vantagem, sobre as de CA, reduzidas perdas na
transmissão e menores custos para uma mesma potência transmitida. Essas linhas de
CC somente são utilizadas para transportar grandes blocos de potência à grandes
distâncias ou para interligar sistemas de frequências diferentes, face aos elevados
custos dos equipamentos terminais, (Furnas,2012).
4
2.3 Composição de uma Linha de Transmissão
Basicamente, uma LT é constituída por cabos condutores por meio dos quais é
transportada a energia. Os condutores são nus (sem isolamento) e são suspensos do
solo através de estruturas. Os condutores são isolados das estruturas por meio de
cadeias de isoladores. A Figura 2-1 ilustra os principais componentes de uma linha de
transmissão.(Furnas, 2012).
Figura 2-1: Componentes de uma LT. (Furnas, 2012)
2.3.1 Estruturas
As estruturas, quanto à transferência dos esforços para o solo, podem ser autoportantes
ou estaiadas.
Nas estruturas autoportantes, os pés da torre são responsáveis pela transferência dos
esforços para a fundação. A Figura 2-2 representa um modelo de torre autoportante.
(Furnas, 2012).
5
Nas estruturas estaiadas, os esfoços de compressão são transmitidos para a fundação
através do mastro central. Os esforços de tração são transmitidos através dos estais. A
Figura 2-3 representa o modelo de torre estaiada.
Figura 2-2: Modelo de torre autoportante. (Furnas, 2012)
6
Figura 2-3: Modelo padrão de torre estaiada. (Furnas, 2012)
Torres autoportantes são usadas em locais onde há limitação de espaço para a faixa de
domínio da LT ( Danziger et al, 2016).
As torres estaiadas têm a vantagem de serem mais leves e, por consequência, mais
econômicas. Precisam de grande áreas para a sua instalação devido à distância em que
os estais ficam afastados do eixo da torre. São indicadas em locais onde não há
interferência ao redor da praça de montagem, e em locais de pequena inclinação do
terreno (Furnas, 2012 ; Danziger et al, 2016).
7
2.3.2 Fundações
Uma característica que difere as fundações de LTs das obras tradicionais (como, por
exemplo, edificações) são as elevadas cargas de tração. No caso ora estudado, por ser
uma linha de 800 kV, as torres possuem dimensões elevadas e maior quantidade de
cabos, resultando esforços nas fundações mais elevados que em estruturas de menor
porte. Além disso, uma linha de transmissão envolve um número muito elevado de
fundações, não concentradas em um mesmo local. No caso ora estudado, as torres são
afastadas aproximadamente de 500 metros.
2.4 Parâmetros de projeto – Carregamentos
As cargas de projeto de uma LT podem ser classificadas em 3 grupos (Furnas, 2012):
Cargas transversais
São resultantes da pressão do vento nas estruturas, condutores e para-raios, cadeias
de isoladores e pela componente transversal da tensão mecânica nas estruturas
localizadas em deflexão (Furnas, 2012).
Cargas verticais
São devidas ao peso dos condutores e para-raios, isoladores e ferragens, bem como as
cargas resultantes de certas atividades de construção e manutenção e de peso próprio
da estrutura (Furnas, 2012).
Cargas longitudinais
Resultam de diversas condições que pode ocorrer em uma LT, por exemplo: ruptura do
condutor ou para-raios, carga de lançamento do condutor ou para-raios, vento a 45° ou
paralelos a LT, falha na estrutura adjacente. Assim sendo, a determinação da carga
longitudinal dependerá de falha admitida e da experiência adquirida nos projetos e
construções de estruturas.
8
Essas cargas supracitadas deverão ser combinadas, procurando simular todas as
condições de construção e operação da LT. Estas diversas combinações são as
chamadas hipóteses de carregamento (Furnas, 2012).
2.5 Parâmetros de projeto - Levantamento de campo
Para subsidiar o projeto de linha de transmissão, devem ser executados alguns
levantamentos na região da obra. A seguir, são identificados os mais relevantes.
2.5.1 Escolha e implementação do traçado
O Traçado de uma LT é escolhido através de estudos de traçados que levam em
consideração os aspectos técnicos, econômicos e ambientais. Para definição do traçado
definitivo são utilizadas cartas topográficas, imagens de satélites e investigações “in
loco”. Outros aspectos fundamentais que devem ser considerados são o tipo de solo,
desapropriações, travessias e aproximação de áreas densamente populosas. (Furnas,
2012).
2.5.2 Levantamento topográfico
A partir do desenho da planta do traçado, o levantamento planialtimétrico do eixo da LT
é feito. São elaborados os desenhos de planta e perfil onde serão plotadas as estruturas.
Essa fase é de extrema importância para toda a etapa de projeto da fundação e
montagem de torre, principalmente da autoportante. A definição de comprimentos de
pernas das torres e da altura do pilar acima do nível do terreno, é função deste
levantamento.
9
2.5.3 Dados meteorológicos
Deve ser realizada a coleta dos dados meteorológicos da região, tais como:
precipitação, temperaturas máximas e mínimas ocorridas, temperaturas médias,
velocidade máxima de ventos, nível de poluição salina ou industrial e etc. (Furnas, 2012)
Os dados mencionados são necessários para: definição do nível de isolamento, dos
carregamentos nas estruturas devido à pressão de vento e limite térmico dos condutores
(Furnas, 2012). Outro aspecto de vital importância é conhecer o nível de precipitação.
Chuvas de grande intensidade podem alterar o planejamento da obra em determinado
período do ano (período de chuvas). Diversas vezes as LTs percorrem locais inóspitos
que, no período de chuva áreas extensas ficam completamente alagadas, impedindo o
acesso à LT. Fora o acesso, as chuvas também podem atrapalhar, ou até mesmo
inviabilizar, determinados métodos construtivos.
2.5.4 Dados geotécnicos
São necessárias campanhas de sondagens, ensaios de campo e de laboratório de modo
a definir as características e tipos de fundação que mais se adequam às necessidades
da LT.
10
3 Obra LT Xingu-Estreito – LOTE I
3.1 Localização
Com 259 km de extensão e localizada no estado do Pará, a linha tem seu início próximo
ao rio Xingu e término no povoado de Novo Gelado. O lote I pode ser subdividido em
três sub- trechos (inicial, intermediário e final), e cada um desses possui um canteiro
central que serve de base logística para toda a operação de construção. Cada sub-
trecho possui características que diferem dos outros:
Inicial
Localizado próximo ao município de Anapu; Tem como característica da região possuir
muitas fazendas de criação de gado e ficar próxima a BR 230 (Rodovia
Transamazônica), principal via da região. Com isso, grande parte da linha cruza em
regiões já desmatadas e com vias de acesso satisfatórias.
Intermediário
Localizado próximo ao município de Pacajá, atravessa áreas de floresta nativa. Região
com grandes áreas alagadas e vias de acessos em péssimo estado.
Final
Tem como centro a cidade de Novo Gelado, aproximadamente 200 km de Marabá (PA).
A região é um misto entre áreas de floresta e pasto. A LT é isolada da BR 230 pela
reserva indígena de Parakanã. Além dos inconvenientes rotineiros das vias de acesso,
a região tem constantes bloqueios das vias pelas manifestações indígenas.
A Figura 3-1 representa a LT 800 kV cc no lote I (em vermelho). A linha amarela
representa a BR 230 – Transamazônica. Também é possível observar os três
municípios supracitados.
12
3.2 Vegetação
Região de bioma amazônica, que em grande parte da extensão da linha, ainda se
encontra em estado virgem.
A necessidade de supressão vegetal nas faixas de serviço se restringe a 8 metros de
largura em áreas de matas, capoeiras, pastos com árvores, culturas perenes e cíclicas,
pomares, coqueirais e cacauais.
Em áreas de proteção permanente (APP), a largura de supressão é limitada a 7 metros
de largura. São consideradas áreas de proteção permanente regiões próximas de
córregos, rios, brejos, açudes e outros.
3.3 Clima
Região de clima equatorial, que tem como características de ser quente e úmida, com
chuvas constantes, exceção na estação de secas. Possui duas estações bem definidas:
verão, de junho a novembro (temperaturas próximas de 35° C); e inverno, de dezembro
a maio. O inverno é a estação das grandes chuvas.
O fator clima pode ser preponderante numa obra, principalmente naquelas em que se
trabalha o tempo todo sem abrigo de coberturas. Além de atrasos gerados pela
paralização momentânea dos serviços (chuvas de alta intensidade), podem ocorrer a
suspensão devido ao alagamento dos locais da obra.
Na Figura 3-2 pode-se observar que, de janeiro a abril, é o período de intensas chuvas,
média de 300 mm/mês. Para se ter um efeito de comparação no mesmo ano o pico de
chuva do mês de março na cidade do Rio de Janeiro foi um pouco maior que 150 mm.
13
Figura 3-2: Curva de Precipitação Mensal-2015. (INMET, 2015)
3.4 Rede rodoviária e vias de acesso
O lote tem como principal via rodoviária a BR 230 – Transamazônica, que liga as
principais cidades da região. Qualquer tipo de suprimentos, seja material ou
equipamentos, dependem da rodovia para chegar na obra. No percurso que concerne
o lote, de Marabá até Anapu, a rodovia é predominantemente em terreno natural. Devido
ao grande fluxo de transporte pesado (madeireiras, grãos e carga viva), falta de iniciativa
dos governos locais para conservação da via e chuvas intensas, a rodovia se torna
intransitável durante vários dias do ano. Diversas vezes a via fica completamente
bloqueada pelos inúmeros veículos atolados, como mostra a Figura 3-3.
14
Figura 3-3: Veículo atolado na Rodovia Transamazônica
Para a construção da LT, é necessário que exista uma forma de acessar aos locais das
estruturas. Acessos são necessários para transportar os materiais, equipes e diversos
equipamentos pesados necessários para a construção. Vias de acesso devem ser
construídas somente em locais que não exista nenhuma forma de acesso. A maneira
de maior eficácia das vias de acesso é obtida quando se consegue percorrer o mínimo
possível na faixa de servidão e o maior tempo possível por uma via rodoviária
estruturada.
15
3.5 Logística
Diferentes das obras tradicionais em que há um canteiro de obra fixo com dimensões
bem definidas, as obras de LT não possuem essa característica. A cada fundação
executada parte-se para uma nova, afastando-se cada vez mais do ponto de origem.
Como visto anteriormente, há três canteiros para abastecer o trecho de 259 km, média
de 86,3 km por canteiro. Muitas vezes ignorada pelos projetistas, que têm maior
preocupação com o aspecto técnico, a logística talvez seja a etapa da obra mais vital
para se viabilizar financeiramente o empreendimento e atender os prazos. Mas o que é
logística?
Segundo Costa Antunes (2013), ”logística é a parte do gerenciamento da cadeia de
abastecimento que planeja, implementa e controla o fluxo e armazenamento eficiente e
econômico de matérias-primas, materiais semi-acabados e produtos acabados, bem
como as informações a eles relativas, desde o ponto de origem até o ponto de consumo,
com o propósito de atender às exigências dos clientes”.
3.5.1 Gargalos na logística
São diversos os gargalos para atendimento à logística, entre eles:
Fornecedores de materiais
Por estar situada numa região inóspita, onde as maiorias das cidades são pequenas, e
a principal atividade econômica da região é a agrária, pecuária e extrativismo, há
número limitados de fornecedores de materiais básicos, como cimento, areia, brita e
aço. As péssimas condições das estradas de acesso geram uma enorme repulsa dos
fornecedores para entregarem os materiais nos canteiros base. A maioria dos
fornecedores entregam material, no máximo, na cidade de Marabá (situada a 180 km
ao sul da cidade de Novo Repartimento), assim, todo o ônus de transporte por conta do
executor.
16
Fornecedores de Equipamentos
Pelo mesmo motivo, há escassez de equipamentos, como retroescavadeira,
escavadeira, trator, caminhões (caçamba, Munck e etc), compressores, geradores e
outros. Em casos que o equipamento seja comprado ou alugado em outras regiões do
país, há a dificuldade em eventuais manutenções, já que na região não há centros
especializados para executar o serviço.
Mão-de-obra
A mão-de-obra disponível é basicamente da população local, que historicamente
trabalha com as atividades econômicas locais e não tem interesse no ramo da
construção. Sendo assim, há a necessidade de importar grande parte da mão-de-obra.
Para serviços que exigem maior qualificação (topografia, enfermeiros, técnicos diversos,
engenheiros diversos e outros), é necessário recorrer regiões mais afastadas para a
contratação. Qualquer funcionário que venha de uma outra região onera a folha de
pagamento pelo adicional de transferência, passagens e a necessidade de fornecer
alojamento.
Acomodações
Há um grande déficit de hotéis, pousadas ou qualquer outro tipo de local para
acomodação. Casas para alugar também são escassas e a maioria disponível necessita
de algum tipo de reforma para atender as exigências do Ministério do Trabalho.
Mantimentos
Pela distância dos canteiros bases da frente de serviço, há um problema em como
transportar refeições em bom estado de conservação para a alimentação dos operários.
17
3.6 Modelos de torres
Para contemplar os 259 km da LT foram necessárias 517 torres, com afastamento médio
de 500 m para cada torre. Como mencionado anteriormente, há dois tipos de torres: as
autoportantes e as estaiadas; Os tipos de torres se subdividem em modelos diferentes;
nas autoportantes, há cinco modelos e nas estaiadas, três. Cada modelo varia de acordo
com as necessidades do local, como por exemplo, afastamento de uma torre para outra,
altura útil da torre etc. A Tabela 3-1 resume a quantidade de cada modelo de torre e a
faixa de altura.
Tabela 3-1: Informações básicas das torres.(Sepco 1,2016)
3.7 Silhueta torre autoportante
Basicamente a torre autoportante é composta das seguintes partes: stub, pé, parte
inferior comum, parte superior comum e extensão, como mostrado na Figura 2-2. Para
o projeto de fundação, o stub é a parte mais relevante, por isso receberá uma
abordagem mais detalhada. As demais partes possuem menor relevância para o projeto
de fundação, por isso não serão mencionadas.
O Stub é o elemento de ligação que transfere os esforços da torre para a fundação.
Composto por uma cantoneira de aço ASTM A572 , possui uma parte concretada dentro
da fundação e uma outra que aguarda para ser conectada ao pé da torre, conforme
Figura 3-4. É o elemento mais sensível ao erro durante a execução da fundação e sua
18
Tabela 3-2: Tabela de locação dos stubs - Torre SA81.(Sepco 1,2016)
locação errada pode comprometer toda a montagem da torre. A precisão de sua locação
é milimétrica e, para cada tipo de torre seu comprimento varia. A locação é apresentada
na Tabela 3-2.
Figura 3-4: Stub ancorado no bloco
As cotas A e B são relacionadas na tabela 3-2 são identificadas nas Figuras 3-5 e 3-6.
20
3.8 Silhueta torre estaiada
Composta por um mastro central e estais, como visto na Figura 2-3. A distância dos
estais para o eixo da torre é determinado a partir da altura final da torre, conforme Tabela
3-3.
Tabela 3-3: Locação dos Estais. (Sepco 1, 2016)
As cotas A e B indicadas na Tabela 3-3 são identificadas na Figura 3-7.
Figura 3-7: Locação dos Estais
21
3.9 Campanha de Sondagem
Foi solicitado pela empresa que construiu o lote, sondagem a percussão (SPT) em todas
as torres autoportantes e uma a cada três torres estaiadas. No total foram requisitadas
419 sondagens (81,04 % das torres), porém, só foram recebidas 373 (72,14%). Não
foram executadas sondagens em locais com áreas alagadas, tendo como
consequência, o número de sondagens solicitadas é maior que das recebidas. Quanto
maior for ao número de sondagens, mais informações são disponibilizadas aos
projetistas. Quanto maior for a qualidade da execução, mais precisas se tornam essas
informações. Quando não há sondagem suficiente ou as mesmas não condizem com a
realidade do terreno, ocorre a paralisação da frente de serviço para a adequação do
projeto, gerando prejuízo à obra. A Tabela 3-4 resume a campanha de sondagem.
Tabela 3-4: Resumo Campanha de Sondagem. (Sepco 1)
Do total de sondagens, foram identificados 56 casos que o terreno é impenetrável ao
ensaio à percussão. Não foram executadas sondagens rotativas para a caracterização
desse impenetrável. Camadas de argila siltosa, pouco arenosa e variações silte-argilo-
arenoso com compacidade mediana, foram predominantes nas demais sondagens. Não
há casos de camadas de solo mole com espessura considerável. Há três perfis que
representam as sondagens recebidas. O primeiro perfil possui 12 a 15 metros de
espessura de solo até o impenetrável, representando 60% das sondagens recebidas. O
segundo perfil apresenta 4 a 6 metros de espessura de solo até o impenetrável,
representando 20% das sondagens recebidas. O último perfil é quando a rocha está no
22
topo do terreno, representando 20% das sondagens recebidas. As Figuras 3-8 à 3-10,
respectivamente, representam os perfis mencionados.
Figura 3-8:Sondagem representativa do lote I – 60% das sondagens recebidas. (Sepco 1,
2016)
25
3.10 Parâmetros de Projeto
A empresa responsável pelo projeto original, criou uma classificação de acordo com a
granulometria do solo, compacidade e presença de nível d’água. As Tabelas 3-5 e 3-6
apresentam os parâmetros geotécnicos que foram adotados.
Tabela 3-5: Parâmetro dos Solos I a IVS. (Sepco 1, 2016)
Tabela 3-6: Parâmetro em Rocha. (Sepco 1, 2016)
Na Tabela 3-6 rocha IR é rocha sã e rocha IIR é rocha alterada.
3.11 Solicitações nas fundações
Foi fornecido na memória de cálculo das torres, as solicitações no eixo ortogonal
(longitudinal, transversal e vertical) nas fundações. Nas torres estaiadas, as cargas de
compressão atuam no mastro central, e as cargas de tração atuam na direção normal
dos estais. As Tabelas 3-8 e 3-9 apresentam as cargas por modelo de torre.
26
Tabela 3-8: Esforços Torres Estaiadas. (Sepco 1, 2016)
Tabela 3-9: Esforços Torres Autoportantes. (Sepco 1, 2016)
3.12 Tabela de tipificação
A tabela 3-10 apresenta a distribuição dos modelos de torres nos diferentes tipos de
solo, classificados através das sondagens à percussão.
Tabela 3-10: Quantidade de torres por tipo de solo. (Fonte: Sepco 1 ,2016)
O emprego de estaca raiz foi realizado somente nas torres tipificadas em solo,
totalizando 323 torres.
27
4 Projeto de Fundação Original – Fundação direta
4.1 Apresentação das fundações utilizadas
Como mencionado na introdução do trabalho, a solução do projeto original foi em
fundação direta. A torre estaiada é constituída por duas partes: Conjunto sapata e placa
de concreto para o mastro central; conjunto haste metálica e viga pré-moldada para os
estais. As torres autoportantes são constituídas de sapatas com fuste inclinado. As
Figuras 4-1 a 4-4 representam as fundações superficiais.
Figura 4-1: Solução em fundação direta para os estais (Corte).
28
Figura 4-2: Solução em fundação direta para os estais (Planta).
Figura 4-3: Vista isométrica da viga pré-moldada.
29
Figura 4-4: Conjunto sapata - placa de concreto para o mastro da torre estaiada.
Figura 4-5: Sapata torre autoportante.
30
As dimensões Db, Dp, B, D, h’, H, c1, c2, c3 e c4 , F e L estão relacionadas ao modelo
de torre, e ao tipo de solo, conforme a classificação do item 3.10. A Tabela 4-1 apresenta
os valores mínimos e máximos dessas dimensões.
Tabela 4-1: Dimensões mínimas e máximas das fundações direta. (Sepco 1, 2016)
4.2 Levantamento de materiais – Fundação direta
Os principais materiais de construção para a fundação direta são o concreto e o aço. O
volume de concreto foi deduzido através das dimensões das fundações, como indicado
na Tabela 4-1. A quantidade de aço foi retirada do quadro resumo dos projetos originais.
As Tabelas 4-2 e 4-3 apresentam os quantitativos por tipo de torre e solo.
Tabela 4-2: Volume de concreto (m³) - Torre x Tipo de Solo
31
Total de concreto: 8.942,31 m³
Tabela 4-3: Quantidade de aço (kg)– Torre x Solo
Total de aço: 462.018.88 kg
Obs: Valores considerados somente para as torres tipificadas.
4.3 Escavação da cava de fundação
Os itens de escavação e reaterro são os que geram maior divergência entre a empresa
de fiscalização e o executor da obra. Normalmente os executores querem fazer a
escavação vertical, por ser mais rápida. Já a fiscalização, normalmente, exige que a
escavação esteja dentro das normas de segurança exigidas pelo Ministério do Trabalho.
No caso da LT Xingu-Estreito-Lote I, é fornecido o volume de escavação e reaterro no
projeto executivo. Esse volume é deduzido como a área de projeção da sapata vezes a
profundidade de assentamento da mesma, ou seja, considera a escavação vertical, que
é possível em determinados tipos de solo e em certas condições. Porém segundo o item
18.6.9 da NR-18 (Norma regulamentadora 18 – condições e meio ambiente de trabalho
da indústria da construção – Ministério do Trabalho) escavações com altura superior a
1,75 metros devem possuir a sua estabilidade garantida. Normalmente, essa
estabilidade é caracterizada simplesmente pela escavação com talude inclinado na
razão 1:2, independente das características geotécnicas do solo. A fiscalização do
Ministério do Trabalho costuma ser implacável nos canteiros de obras, e qualquer ação
que não esteja de acordo com a NR -18 implica em multas e/ou embargos da obra até
32
a sua adequação. Por isso, não é possível realizar escavação verticais como proposto
no projeto executivo. No documento de especificação técnica do consórcio, existe a
recomendação sobre as escavações das fundações. Os itens são:
Para escavações com mais de 1,25 m de profundidade deverão:
- Ter a estabilidade garantida através de escoramento e/ou serem rampadas a 45°.
- Dispor de escadas colocadas no posto de trabalho a fim de permitir, em caso de
emergência, a saída rápida dos trabalhadores.
O volume de escavação foi considerado com taludes 1:2, para garantir a estabilidade
da NR-18. Se for considerado taludes em 45°, o volume final de escavação teria
proporções exageradas, e de difícil execução na realidade.
Além disso, na base da escavação é necessária uma distância aproximada de 70
centímetros para o escoramento da forma da sapata e locomoção dos operários. Muitas
vezes, essa distância é negligenciada no projeto, e acaba não sendo contabilizada nos
custos. A Figura 4-6 representa a seção típica de escavação.
Figura 4-6: Seção do volume escavado
A Tabela 4-4 indica o volume de escavação por modelo de torre e tipo de solo
33
Tabela 4-4: Volume de escavação em m³
Obs: Valores considerados somente para as torres tipificadas.
4.4 Reaterro compactado- Etapa crítica na execução de fundação
direta
A etapa de reaterro compactado é de extrema importância para a capacidade de carga
à tração. Se a boa técnica necessária nessa etapa for negligenciada pelo executor, as
torres ficarão sobre sério risco de não suportarem aos esforços solicitados.
Garcia (2005) mostrou dois processos de ruptura distintos: para caso de reaterro
adequadamente compactado e outro para reaterro mal compactado.
No primeiro caso, as propriedades de compressibilidade e resistência são melhores que
as correspondentes ao solo natural. Garcia (2005) admite que a superfície de ruptura
se dá no solo natural, e a contribuição do solo reaterrado diz respeito apenas à sua
parcela de peso. A Figura 4-7 indica o formato da superfície de ruptura.
34
Figura 4-7: Superfície de ruptura em solos com reaterro bem compactado. (Garcia,2005)
No caso de reaterro mal compactado, as propriedades de compressibilidade e
resistência são inferiores que as correspondentes ao solo natural. Garcia (2005) admite
que a superfície de ruptura se dá no interior do reaterro, com sua geratriz fechando em
direção à superfície. A Figura 4-8 indica o formato da superfície de ruptura.
Figura 4-8: Superfície de ruptura em solos com reaterro mal compactado. (Garcia,2005)
O manual de especificação técnica do consórcio estabelece uma série de normas para
que o reaterro compactado seja aceito. Ele estabelece que o reaterro deve ser feito
35
preferencialmente com solo de escavação e em camadas de até 20 cm. Determina que
deve ser feito acompanhamento tecnológico para o controle de umidade, e que o grau
de compactação mínimo estabelecido no projeto deve ser respeitado.
Os itens que mais geram preocupação na obra são o controle de umidade e grau de
compactação mínimo. Como anteriormente mencionado, durante os meses do inverno,
chove forte praticamente todos os dias na região, e com isso o solo fica completamente
encharcado.
Conforme a NBR 7182:2016 – Ensaio de Compactação – todas as camadas deverão
ser convenientemente compactadas na umidade ótima com variação menos 3% a mais
1%, até obter-se a massa específica seca mínima de 95% do ensaio de compactação.
Então, se o material à ser utilizado para o reaterro for o próprio material escavado,
provavelmente ele estará com umidade acima da umidade ótima, estando no ramo
úmido da curva de compactação (Figura 4-9), que é contra a segurança. Uma maneira
de se evitar isso seria utilizar material de empréstimo. Porém, qualquer retirada de
material que não seja da faixa de servidão necessitaria de outorga por parte dos órgãos
ambientais, o que demandaria tempo, além do processo ser mais oneroso.
Figura 4-9: Curva de compactação
36
Para a compactação das sapatas, foi utilizado o mini pé de carneiro (Figura 4-10), pelo
fato de ser um equipamento com grande mobilidade, e indicado em solos coesivos. Para
os estais, foi utilizado o compactador mecânico tipo sapo (Figura 4-11).
Figura 4-10: Compactador mini pé de carneiro. (Fonte: www.soluguel.com.br)
Figura 4-11: Compactador tipo sapo. (Fonte: www.soluguel.com.br)
37
O volume de reaterro compactado é a diferença entre o volume de escavação e o
volume de concreto. A Tabela 4-5 fornece o volume por modelo de torre e tipo de solo.
Tabela 4-5: Volume de reaterro compactado em m³
As Tabelas 4-6 e 4-7 apresentam, respectivamente, o quantitativo de sacos de cimento
para o solo-cimento e o resumo dos insumos.
Tabela 4-6: Quantidade de sacos de cimento (50kg) para reaterro solo-cimento
Tabela 4-7: Resumo dos insumos
38
5 Emprego de estaca raiz
5.1 Definição e histórico
De acordo com a NBR 6122:2010, estaca-raiz é uma estaca moldada “in loco”, em que
a perfuração é revestida integralmente, em solo, por meio de segmentos de tubos
metálicos (revestimentos) recuperáveis, que vão sendo rosqueados à medida que a
perfuração é executada. A estaca raiz é armada integralmente e preenchida com
argamassa de cimento e areia. O adensamento da argamassa é garantido com o auxílio
de pressão, em geral dada por ar comprimido.
Segundo Alonso (1998), em casos que as características do terreno permitam, o
revestimento pode ser parcial, mas com comprimento que permita aplicar, com garantia
de não ser arrancado, golpes de ar comprimido após o preenchimento do furo com
argamassa. Neste caso, a perfuração abaixo da cota dos furos é feita com auxílio de
circulação de água ou ar comprimido.
A perfuração é executada com equipamentos roto-percussivos que se locomovem
através de esteiras, facilitando o deslocamento em quase todos os tipos de terreno. São
leves, na ordem de 5 a 6 toneladas, o que permitem serem transportados sem grande
dificuldade. As lanças são articuladas, o que possibilita a cravação em diversas
inclinações. Em casos de terrenos rochosos, a ferramenta de perfuração é substituída
por coroas diamantadas ou por ferramentas de percussão, denominadas martelo do
fundo. A Figura 5-1 apresenta um equipamento de perfuração de estaca raiz.
39
Figura 5-1: Equipamento de perfuração - Estaca raiz
Segundo Lizzi (1992), o desenvolvimento e utilização deste tipo de estacas iniciou nos
anos 50 na Itália, com o nome de “ Pali-radice”. Originalmente, foi desenvolvida para
reforço de fundações e melhoramento do solo. Na década de 70, foi apresentada
internacionalmente no “ X Convegno di Geotecnia” realizada em Bari, na Itália.
5.2 Cálculo do estaqueamento
5.2.1 Método de Schiel
O método de Schiel foi desenvolvido pelo professor Frederico Schiel da Escola de
Engenharia de São Carlos, e apresentado no ano de 1957 sob o título “ Estática dos
estaqueamentos”. A grande vantagem desse método é a simplificação da estaca com
comportamento de estrutura bi rotulada e sem influência do solo. Com isso, é possível
determinar os carregamentos das estacas de forma manual, sem a necessidade de
utilização de softwares. Sem essas premissas, o cálculo de estaqueamento se torna um
problema com elevado grau de complexidade, devido aos diversos graus de liberdade
40
da estaca, além do bloco de coroamento e da influência do solo. As principais hipóteses
do método são:
O bloco de coroamento é suficientemente rígido para que se possa
desprezar sua deformação diante das deformações das estacas;
As estacas são consideradas elementos estruturais bi rotulado;
O esforço axial na estaca é proporcional à projeção do deslocamento do
topo da estaca sobre seu eixo;
Não se considera a interação entre as estacas e o solo;
Estas hipóteses conduzem a valores extremos (máximos e mínimos) de reação nas
estacas mais pronunciados sendo, portanto, a favor da segurança, principalmente por
se desconsiderar a interação entre estacas e solo.
Cada estaca é representada pelas coordenadas xi, yi, zi de sua cota de arrasamento em
relação a um sistema global de referência qualquer constituído por eixos cartesianos,
em que o eixo x é vertical e orientado para baixo. O ângulo de cravação da estaca
(ângulo com o eixo x) é denominado (ɑ) e é sempre considerado positivo. O ângulo de
projeção do eixo da estaca com o plano y-z é sempre medido a partir do eixo y e é
denominado (ϒ), sendo positivo quando no sentido horário. A Figura 5-2 representa os
eixos e os ângulos mencionados.
41
Figura 5-2: Representação dos eixos e ângulos. (Santa Maria,2007)
Os dados do problema, como as coordenadas das estacas, ângulo de cravação (ɑ) e
ângulo de projeção (ϒ), são normalmente informados nas plantas baixas. Em caso de
estacas verticais, tem-se (ɑ) e (ϒ) igual a zero.
A relação entre o deslocamento do topo da estaca e a carga da mesma é dada pelo
fator de proporcionalidade, denominado, coeficiente de rigidez axial:
𝑺𝒊 =𝑬𝒊.𝑨𝒊𝒍𝒊
(5-1)
Então a carga numa estaca que sofra um encurtamento ∆𝑙𝑖 é:
𝑵𝒊 = 𝑺𝒊 . ∆𝒍𝒊 (5-2)
No caso do estaqueamento proposto, todas as estacas possuem a mesma seção e
comprimento, então 𝑺𝒊 é constante.
Com base nos dados acima, o método pode ser definido nas seguintes etapas;
42
Adota-se um sistema global de referência constituído por eixos
cartesianos, em que o eixo x é vertical e dirigido para baixo, como
representado na Figura 5-3.
Reduz-se o carregamento externo à origem desse sistema de referência,
obtendo-se o vetor de carregamento [R] dado por:
[𝑅] =
[ 𝐻𝑥𝐻𝑦𝐻𝑧𝑀𝑥𝑀𝑦𝑀𝑧]
Define-se os valores 𝑃𝑥, , 𝑃𝑦 , 𝑃𝑧 , 𝑃𝑎 , 𝑃𝑏 , 𝑃𝑐 , sendo 𝑃𝑥, , 𝑃𝑦 , 𝑃𝑧 as
componentes do vetor unitário 𝑃𝑖 de cada estaca e 𝑃𝑎 , 𝑃𝑏 , 𝑃𝑐 os
momentos de 𝑃𝑖 em relação aos eixos x,y e z.
Figura 5-3: Definição do vetor pi. (Santa Maria, 2007)
As componentes 𝑃𝑎 , 𝑃𝑏 , 𝑃𝑐 são determinadas através do produto vetorial 𝑃𝑖 ×
(𝑥, 𝑦, 𝑧) . Os resultados dessa operação são:
𝑃𝑥 = cos𝛼 (5-3.a)
43
𝑃𝑦 = sin𝛼 × cos 𝛾 (5-3.b)
𝑃𝑧 = sin𝛼 × sin𝛾 (5-3.c)
𝑃𝑎 = 𝑦𝑃𝑧 − 𝑧 𝑃𝑦 (5-3.d)
𝑃𝑏 = 𝑧𝑃𝑥 − 𝑥 𝑃𝑧 (5-3.e)
𝑃𝑐 = 𝑥𝑃𝑦 − 𝑦 𝑃𝑥 (5-3.f)
Tendo como finalmente a matriz [P] :
[𝑃] =
[ 𝑝𝑥1 𝑝𝑥2 𝑝𝑥3 … 𝑝𝑥𝑛𝑝𝑦1 𝑝𝑦2 𝑝𝑦3 … 𝑝𝑦𝑛𝑝𝑧1𝑝𝑎1𝑝𝑏1𝑝𝑐1
𝑝𝑧2𝑝𝑎2𝑝𝑏2𝑝𝑐2
𝑝𝑧3 … 𝑝𝑧𝑛𝑝𝑎3 … 𝑝𝑎𝑛𝑝𝑏3 … 𝑝𝑏𝑛𝑝𝑐3 … 𝑝𝑐𝑛 ]
Calcula-se a matriz de rigidez [S] do estaqueamento em que cada
elemento é dado por:
𝑆𝑔ℎ = 𝑆ℎ𝑔 = ∑ 𝑠𝑖. 𝑝𝑔𝑖. 𝑝ℎ𝑖𝑛1 (5-4)
onde g e h são (x,y,z,a,b e c).
Obtém-se a seguinte matriz de rigidez :
[𝑆] =
[ 𝑆𝑥𝑥 𝑆𝑥𝑦 𝑆𝑥𝑧 𝑆𝑥𝑎 𝑆𝑥𝑏 𝑆𝑥𝑐
𝑆𝑦𝑥 𝑆𝑦𝑦 𝑆𝑦𝑧 𝑆𝑦𝑎 𝑆𝑦𝑏 𝑆𝑦𝑐
𝑆𝑧𝑥𝑆𝑎𝑥𝑆𝑏𝑥𝑆𝑐𝑥
𝑆𝑧𝑦𝑆𝑎𝑦𝑆𝑏𝑦𝑆𝑐𝑦
𝑆𝑧𝑧𝑆𝑎𝑧𝑆𝑏𝑧𝑆𝑐𝑧
𝑆𝑧𝑎𝑆𝑎𝑎𝑆𝑏𝑎𝑆𝑐𝑎
𝑆𝑧𝑏𝑆𝑎𝑏𝑆𝑏𝑏𝑆𝑐𝑏
𝑆𝑧𝑐𝑆𝑎𝑐𝑆𝑏𝑐𝑆𝑐𝑐 ]
Calcula-se a matriz deslocamento do bloco dada por:
[𝑣] = [𝑆]−1 . [𝑅] (5-5)
Calcula-se a carga N, em cada estaca pela expressão:
44
𝑁𝑖 = 𝑠𝑖 . [𝑉].
[ 𝑝𝑥𝑖𝑝𝑦𝑖𝑝𝑧𝑖𝑝𝑎𝑖𝑝𝑏𝑖𝑝𝑐𝑖]
(5-5a)
A solução do sistema de equações só é possível quando se pode inverter a matriz
rigidez [S], fato que impõe certas condições ao carregamento e ao estaqueamento face
à hipótese da estaca ser bi rotulada. Certos estaqueamentos podem não resistir a um
tipo de carregamento, como por exemplo, um estaqueamento constituído por estacas
verticais sob forças horizontais (contenção lateral do solo é desprezado), Figura 5-4 (a),
ou um cavalete de duas estacas sob ação de momento, Figura 5-4 (b). Estes tipos de
estaqueamentos se denominam estaqueamentos degenerados. Nesses casos os
esforços serão absorvidos por flexão da estaca.
Figura 5-4: Exemplos de estaqueamentos degenerados. (Alonso,2012)
45
5.2.2 Resultado do estaqueamento
Atualmente dispõe-se de diversos softwares que determinam os esforços axiais nas
estacas baseados no método de Schiel. Isso possibilita ao engenheiro desenvolver
diversas hipóteses de estaqueamento e obter resultados muito mais rápido ao invés de
fazer o cálculo manualmente.
Para esse trabalho foi utilizado o software ESCENGUFRJCAESP, programa elaborado
pelo Prof. Ronaldo Garcia de Figueiredo, e incluído na publicação “Cálculo Elástico de
Estaqueamentos”, Escola de Engenharia de São Carlos, USP, 1971. O programa foi
adaptado e aprimorado por Fernando Artur Brasil Danziger e Claudio Pereira Pinto.
A Figura 5-5 apresenta o referencial das ações no bloco de coroamento, o eixo de
referência se encontra no centro do bloco. As ações foram classificadas em dois tipos:
n°1 – Ações por ação de compressão, e n° 2 – Ações por ação de tração. Essa
referência foi utilizada para todas as torres. As informações do estaqueamento são
apresentadas nas Tabelas 5-1 a 5-12. A locação do estaqueamento pode ser vista nas
Figuras 5-6 a 5-9.
Figura 5-5: Referencial das ações
46
Tabela 5-1: Carregamentos no topo do bloco – Torre EL81
Tabela 5-2: Resultado do estaqueamento - Torre EL81
Figura 5-6: Locação do estaqueamento - Torres EL81 e EM81
47
Tabela 5-3: Carregamentos no topo do bloco - Torre EM81
Tabela 5-4: Resultados do estaqueamento - Torre EM81
Tabela 5-5: Carregamentos no topo do bloco - Torre SM81
48
Tabela 5-6: Resultado estaqueamento - Torre SM81
Figura 5-7: Locação do estaqueamento - Torre SM81
49
Tabela 5-7: Carregamento no topo do bloco - Torre SA81
Tabela 5-8: Resultado do estaqueamento - Torre SA81
Figura 5-8: Locação do estaqueamento - Torre SA81 e SP8
50
Tabela 5-9: Carregamento no topo do bloco- Torre SP8
Tabela 5-10: Resultado do estaqueamento - Torre SP8
Tabela 5-11: Carregamento no topo do bloco - AM8
51
Tabela 5-12: Resultado do estaqueamento - Torre AM8
Figura 5-9: Locação do estaqueamento - Torre AM8
52
5.3 Dimensionamento estrutural das estacas
A carga máxima que uma estaca pode suportar é o menor valor entre a resistência
geotécnica e resistência estrutural. A resistência estrutural é devida aos materiais que
compõem a estaca, nesse caso argamassa e aço, de modo que garantam coeficiente
de segurança global à ruptura mínimo de 2. Segundo a NBR 6122:2010 estacas
moldadas “in loco” podem ser separadas em dois grupos:
Estacas que utilizam aço com resistência característica de até 500MPa e
porcentagem de aço inferior a 6%. Neste caso o dimensionamento é feito
como pilar de concreto armado. Alonso (1993) propôs a seguinte
expressão para esse caso:
𝐴𝑠 = 2𝑁−0,6𝐷2.𝑓𝑐𝑘
0,9𝑓𝑦𝑘−0,765𝑓𝑐𝑘 (5-6)
onde o fck é limitado a 20MPa;
fyk em MPa;
D em metros;
N em kN;
Estacas que utilizam aço com resistência característica superior a
500MPa ou percentagem de aço superior a 6%, toda a carga deve ser
resistida pela armadura. Neste caso obtém-se a seguinte expressão:
𝐴𝑠 = 2𝑁
0,9𝑓𝑦𝑘 (5-7)
53
A NBR 6122:2010 admite como tensão admissível máxima 15,5 MPa, que é bastante
alta resultando em carga admissível maior que a carga estrutural com armadura mínima,
que é 0,5% da área da seção transversal da estaca. Assim, no caso de estacas raiz, é
necessário definir cargas estruturais para cada caso da armadura.
No caso de estacas tracionadas, a NBR 6122:2010 dispensa a verificação da fissuração,
desde que se reduza em 2mm do diâmetro da armadura longitudinal, como espessura
de sacrifício. O processo de cálculo despreza a contribuição da resistência a tração da
argamassa, sendo toda essa carga resistida pelo aço. Obtém-se então a expressão:
𝐴𝑠 = 2𝑇
0,9𝑓𝑦𝑘 (5-8)
Foi estabelecido o diâmetro de 250 mm para as estacas raiz. A Tabela 5-13 apresenta
o número de barras por estaca para cada modelo de torre.
Tabela 5-13: Armadura das estacas
Observações:
- Os valores negativos da armadura significam que deve ser utilizado o valor da
armadura mínima.
- Os estribos foram considerados conforme recomendado por Alonso (1993) para
estaca de diâmetro 25 cm – φ6,3 mm c 20 cm, com formato helicoidal com 155 mm de
diâmetro.
54
5.4 Bloco de coroamento
Segundo a NBR 6118:2014, blocos são estruturas de volumes usadas para transmitir
às estacas as cargas de fundação, e podem ser considerados rígidos ou flexíveis. O
comportamento estrutural do bloco pode ser:
Bloco rígido
- Trabalho à flexão nas duas direções, mas com trações essencialmente
concentradas nas linhas sobre as estacas
- Cargas transmitidas do pilar para as estacas essencialmente por bielas
de compressão, de forma e dimensões complexas
- Trabalho ao cisalhamento também em duas direções, apresentando
somente ruptura por compressão das bielas comprimidas
Bloco flexível
- Para esse caso deve ser realizada uma análise mais completa, desde
a distribuição dos esforços nas estacas, dos tirantes de tração, até a
necessidade de verificação da punção.
- Formam-se duas ou mais bielas de compressão para levar a carga do
pilar para a estaca. Seu dimensionamento utiliza da teoria geral de flexão
de placas e vigas, com os critérios da norma para determinação dos
esforços solicitantes nas seções transversais e dimensionamento.
A NBR 6118:2014 não prescreve um modelo de cálculo específico,
indicando alguns modelos como: modelos tridimensionais, lineares ou
não, e modelos biela-tirantes.
Porém ela determina que:
55
- Ao menos 85% das armaduras principais devem ser posicionadas nas
linhas definidas pelos eixos das estacas com faixas de largura igual a 1,2
vezes o diâmetro das mesmas;
- As barras das armaduras principais devem se estender de face a face
do bloco com extremos em ganchos;
- A ancoragem das faixas das armaduras principais deve ser medida a
partir da face interna das estacas;
- Para controlar a fissuração deve-se prever malha adicional no fundo do
bloco para 20% das solicitações totais, independente da armadura
principal;
- É obrigatório a colocação de armadura lateral e superior;
- No caso de estacas tracionadas, a armadura da estaca deve ser
ancorada no topo do bloco ou, alternativamente, pode-se empregar
estribos para a transferência da tração até o topo do bloco;
-As armaduras laterais devem ser na ordem de 0,5 % da área de concreto
correspondente. O espaçamento não deve ser superior a 20 cm;
- Armaduras na face superior do bloco devem ser paralelas as principais
na ordem de 1/6 destas.
Existem diversos métodos para o dimensionamento da armadura do bloco. Para os
blocos de coroamento do lote I, foi utilizado o método CEB-70 – Boletim 73 -1970.
56
5.4.1 Cálculo pela teoria da flexão – (CEB – Boletim 73 – 1970)
Utilizado somente para blocos rígidos, que atendam a condição:
2
3𝑙𝑐 ≤ ℎ ≤ 2𝑙𝑐 (5-9)
onde:
lc é a distância da face do pilar até a estaca mais afastada;
h é a altura do bloco.
A Figura 5-10 apresenta a condição para a utilização do método CEB-70.
Figura 5-10: Condição para a utilização do método CEB-70. (Fonte: Oliveira ,2009)
As etapas de cálculo são:
Armadura principal
-Calcula-se o momento em S1.
-Dimensiona-se a seção retangular à flexão simples.
57
Armadura superior
- Para blocos que estão sujeitos à ações de tração, a armadura superior deixa de ser
apenas construtiva. Deve ser calculada considerando a solicitação de tração. No caso
dos blocos de coroamento do lote I, a armadura das estacas foi ancorada até o topo do
bloco, e a armadura do pilar foi ancorada até a base do bloco. Por um detalhe de controle
executivo, a armadura inferior foi repetida no topo, evitando-se o erro na namontagem.
Em razão da ação de tração ser menor que a de compressão, a armadura adotada (ação
de compressão) é maior que a necessária (ação de tração), sendo a armadura final a
favor da segurança.
A Figura 5-11 representa as componentes de cálculo e a localização da seção S1.
Figura 5-11: Seção de dimensionamento S1. (Oliveira,2009)
Pelo menos 80% da armadura deve estar numa região 3φ da estaca.
Resistência ao cisalhamento
- O cortante Vd é igual ao somatório das reações das estacas de um lado da seção S2.
S2 dista da face do pilar d/2, figura 5-12, exceto nos seguintes casos: blocos alongados
58
( d ≥ 1,5b) onde b é o comprimento da direção ortogonal do bloco; Blocos com estacas
próximas ao pilar ( uma ou mais estacas se encontram a uma distância menor que d/2).
Nesses dois casos a seção S2 se encontra na face do pilar.
Figura 5-12: Seção de dimensionamento S2. (Oliveira,2009)
Assim, tem-se:
𝑉𝑠𝑑 ≤ 25
𝛾𝑏 . ( 1 −
𝑙𝑐
5𝑑) . 𝑏2. 𝑑2 . √𝑓𝑐𝑘 (5-10)
b2 = lagura do pilar + d;
d2 = altura útil do bloco na seção S2;
Com fck em MPa.
Resistência local ao cisalhamento
- A resistência à força cortante deve ser verificada em qualquer seção do bloco onde as
condições geométricas da seção e a intensidade ou a localização das reações podem
provocar circunstâncias desfavoráveis em relação a seção de verificação, por exemplo
como estacas de cantos, Oliveira (2009). Neste caso, a força cortante que solicita a
seção é igual a reação da estaca de canto. Tem-se :
59
𝑁𝑒. 𝛾𝑁 ≤ 12
𝛾𝑏 . 𝑏2. 𝑑2. √𝑓𝑐𝑘 (5-11)
Com fck em MPa.
Na Eq. (5-11), b2 é igual a altura útil d1 acrescida da largura da estaca e a altura útil d2
é a altura efetiva da seção S2 (dimensões em metros).
A Figura 5-13 mostra o dimensionamento para cisalhamento local.
Figura 5-13: Seção de dimensionamento para cisalhamento local. (Oliveira,2009)
As Figuras mostram a etapa de cálculo da armadura de flexão dos blocos. O termo “ok”,
ao lado das linhas, significa que a condição foi atendida.
61
Figura 5-16: Detalhamento bloco - Torre EL81 e EM81
Figura 5-15: Etapa de cálculo bloco de coroamento - Torre EL81 e EM81
Observação:
- Como as cargas das torres EL81 e EM81 são praticamente as mesmas foi
dimensionado o bloco de uma só vez para agilizar o processo.
62
Figura 5-18: Etapa de cálculo bloco de coroamento - Torre SM81
5.4.3 Torre SM81
Figura 5-17: Forma Torre SM81
63
Figura 5-19: Detalhamento bloco- Torre SM81
Figura 5-20: Forma Torre- SA81 e SP8
5.4.4 Torre SA81 e SP8
O dimensionamento do bloco será o mesmo para as duas torres, utilizando os esforços
da torre SP8.
65
Figura 5-23: Forma - Torre AM8
Figura 5-22: Detalhamento bloco - Torre SA81 e SP8
5.4.5 Torre AM8
67
Figura 5-25: Detalhamento bloco - Torre AM8
5.5 Capacidade de carga axial
Toda fundação deve atender dois requisitos básicos: resistência à ruptura e recalques
compatíveis com as estruturas. Esse item tem como objetivo a determinação da carga
admissível de projeto, e por consequência o comprimento das estacas.
A NBR 6122:2010 prescreve que a carga admissível de projeto deve ser determinada a
partir da carga de ruptura. A carga de ruptura deve ser determinada a partir da utilização
e interpretação de um ou mais procedimentos, valendo destacar principalmente:
68
Provas de carga
- A carga de ruptura pode ser determinada por prova de carga
executadas de acordo com a NBR 12131:2006 – Estacas – Prova de
carga estática – Método de ensaio.
- A carga admissível é dada por:
𝑃 ≤
{
𝑃′
1,5
𝑃𝑅
2
Na condição anterior, P’ é a carga correspondente a 1/1,5 daquela que produz o
recalque admissível (medido no topo da estaca) aceitável para a estrutura, e PR é a
carga de ruptura da estaca.
Métodos estáticos
- Podendo ser teóricos ou racionais quando o cálculo é feito de acordo
com teoria desenvolvida dentro da mecânica dos solos, ou semi-
empíricos em que são utilizados correlações com ensaios in situ de
penetração (CPT e SPT).
No Brasil, a maioria dos projetos é utilizado métodos baseados no SPT, por ser um
ensaio mais barato e mais difundido na nossa cultura. No caso do projeto abordado,
foram realizados ensaios de SPT. A capacidade de carga das estacas foi baseada nesse
método
Além desses dois métodos, há fórmulas dinâmicas, ensaios de carregamentos
dinâmicos, métodos dinâmicos e determinação da carga admissível a partir do estado
limite de serviço. Esses métodos não são abordados.
69
5.5.1 Capacidade de carga à compressão - Método Aoki-Velloso
modificado por Monteiro
São métodos desenvolvidos pelos professores Nelson Aoki e Dirceu Velloso (1975), a
partir de um estudo comparativo entre resultados de prova de carga em estacas e de
SPT, podendo ser utilizado tanto com dados do ensaio SPT como o do CPT. A
capacidade de carga é dada pela expressão:
𝑄𝑢𝑙𝑡 = 𝐴𝐾.𝑁
𝐹1+ 𝑈∑
𝛼.𝐾.𝑁
𝐹2∆𝑙 (5-12)
onde:
A - Área da seção da estaca;
N – Número do SPT na camada;
U – Perímetro do fuste;
Δl – Comprimento da camada.
F1,F2, 𝛼 e K são parâmetros adotados obtidos através de retroanálise de resultados
de provas de carga em estacas, conforme Tabela 5-14.
A carga admissível é a carga última dividida pelo fator de segurança, igual a 2 neste
caso.
Os parâmetros inicialmente estabelecidos foram modificados por Monteiro (1997)
baseado na sua experiência na empresa Estacas Franki LTDA (Velloso e Lopes,
2010). As recomendações para adotar o método são:
- Valor de N limitado a 40
- Para o cálculo de resistência de ponta deve ser considerados valores ao longo de
espessuras iguais a 7 e 3,5 vezes o diâmetro da base, para cima e para baixo da
profundidade da base, respectivamente.
70
Tabela 5-14: Parâmetros método Aoki-Velloso modificado por Monteiro. (Velloso e Lopes, 2010)
Nota-se que nesse método não há parâmetros para alteração de rochas ou rochas sã.
Há diversos métodos para a determinação da capacidade de carga nesse tipo de
terreno, Rosenberg & Journeaux (1976) , Horwath & Kenney (1979), Goodman (1989)
e outros. Como alternativa à esses métodos, pode-se relacacionar a resistência por
atrito lateral em rochas (τult) a partir da resistência à compressão,qu, por uma expressão
como a de Fleming et al (1992).
𝜏𝑢𝑙𝑡
𝜌𝑎𝑡𝑚= 1,3 (
𝑞𝑢
𝜌𝑎𝑡𝑚)0,5 (5-13)
71
Onde ρatm é igual a 100 kPa.
A resistência lateral não pode ser superior a 5% da resistência característica`a
compressão da argamassa, segundo Fleming et al (1992). O valor de τult foi limitado ao
valor da aderência argamassa-rocha, conforme indicado na Tabela 3-6.
A Tabela 5-15 indica os comprimentos mínimos de embutimento em rocha. Para
estacas com diâmetro nominal de 250 mm, o diâmetro de perfuração em rocha é de 175
mm.
Tabela 5-15: Comprimento mínimo de embutimento
IR é rocha sã ; IIR alteração de rocha. Foi estabelecido um embutimento mínimo em
rocha de 3 metros.
5.5.2 Capacidade de carga à tração
Há diversos métodos para o cálculo de capacidade de carga à tração para estacas,
podendo se destacar os trabalhos desenvolvidos em Grenoble, no final da década de
60. A NBR 6122:2010 descreve que, em estacas ou em tubulões, quando submetidos à
esforços de tração, deve ser levado em consideração o eventual comportamento
diferente entre o atrito lateral à tração e o atrito lateral à compressão.
72
Segundo Velloso e Lopes (2010), a ruptura se dá segundo a interface solo-fundação,
exceto quando se tem uma estaca ou tubulão curto com base alargada. Assim, pode-se
usar métodos desenvolvidos para estacas à compressão, desde que se desconsidere a
resistência de ponta. Tomlinson (1994) recomenda adotar um valor reduzido em relação
àquele calculado para as estacas à compressão, uma vez que foi identificado através
de dados analisados, que a capacidade de carga se reduz consideravelmente quando
se reverte à tração, especialmente no caso de carregamentos cíclicos.
Nesse trabalho é utilizada a recomendação proposta por Lopes e Velloso (2010). “Os
autores recomendam cautela na escolha das cargas admissíveis à tração, que podem
ser obtidas por uma redução (p ex., da ordem de 30%) em relação à admissível de
compressão ou pela adoção de um fator de segurança maior (p.ex, de 2,5) em relação
à carga de ruptura (considerando somente o fuste, naturalmente)”.
5.5.3 Avaliação do carregamento transversal máximo
A NBR 6122:2010 prescreve que em caso de esforços horizontais ou momentos, pode
ocorrer a plastificação do solo ou do elemento estrutural, que deve ser considerado no
projeto com as respectivas deformações. Diversos autores estudaram o efeito desse
carregamento para estacas e tubulões, sendo destacado nesse trabalho as formulações
de Broms (1964a,1964b,1965). Esse autor analisou a estaca na condição de ruptura,
fornecendo a força horizontal que levaria à ruptura do solo e/ou estaca. Na condição de
ruptura, há a exigência que a ruptura do grupo de estacas, ou da estrutura suporte, não
deve ocorrer mesmo sob as mais diversas condições, e os deslocamentos para as
cargas de trabalho não prejudiquem o funcionamento da estrutura (mesmos critérios
para carga à compressão). O método de Broms não fornece o deslocamento para
cargas de serviço, será admitido que a carga de trabalho não cause deformações
incompatíveis com as estruturas.
73
Por ser um método baseado na ruptura, é necessário a utilização de coeficientes de
majoração de cargas e minorações de resistência. Esses valores, conforme Velloso e
Lopes (2010), são:
Majoração de esforços
- Cargas permanentes: 1,5
- Cargas acidentais: 2,0
Redução das resistências
- Coesão de projeto = 0,75 c
- Tg φ de projeto = 0,75 tg φ
Broms (1964a ,1964b) analisou o comportamento das estacas em argilas na condição
não drenada (“solo coesivos”) e areias (‘‘solos não coesivos”). O mecanismo de ruptura
depende de dois fatores: a liberdade de rotação da cabeça da estaca, e se é classificada
como curta ou longa. A Figura 5-26 mostra os mecanismos de ruptura.
Figura 5-26: Mecanismo de ruptura de uma estaca. (Danziger,2014)
74
Os mecanismos de ruptura podem ser descritos da seguinte maneira:
Estaca longa e livre – A ruptura ocorre quando a resistência estrutural da
estaca é atingida, criando uma rótula plástica numa determinada
profundidade. Fig 9-29 (a)
Estaca curta e livre – A ruptura ocorre quando a estaca trabalha como
um corpo rígido e gira em torno de um ponto localizado na profundidade.
Fig 9-29 (b)
Estaca longa e impedida – A ruptura ocorre quando se formam duas
rótulas plásticas: uma na seção de engastamento e outra a uma certa
profundidade. Fig 9-29 (c)
Estaca curta e impedida – a ruptura ocorre quando a estaca tem uma
translação de corpo rígido. Fig 9-29 (d)
As Figuras 5-24 a 5-27 mostram ábacos que determinam a carga horizontal máxima
através de algumas relações.
Figura 5-27: Estaca curta em argila. (Danziger,2014)
75
Figura 5-28: Estaca longa em argila. (Danziger,2014)
Figura 5-29: Estaca curta em areia. (Danziger,2014)
76
Figura 5-30: Estaca longa em areia. (Danziger,2014)
A verificação da carga de ruptura pelo método de Broms para o estaqueamento proposto
é apenas uma maneira superficial de se avaliar a carga de trabalho. Pelo método de
Broms não há a consideração das cargas verticais e como elas influenciam o
deslocamento horizontal. Em praticamente todas as obras ocorrem cargas transversais,
porém essas são muito menores que as cargas verticais e esses esforços acabam
sendo absorvidos sem nenhum tipo de medida especial.
5.5.4 Efeito carregamento assimétrico sobre solo mole e atrito negativo
A norma também prescreve a verificação do efeito de carregamento assimétrico sobre
solo mole (efeito Tschebotarioff) e atrito negativo. O primeiro se manifesta quando uma
sobrecarga aplicada diretamente sobre o solo de fundação, induz deslocamentos no
interior da massa do solo, tanto na direção vertical e horizontal. Quando há estacas na
região, elas trabalham impedindo à deformação do solo, assim ficando sujeitas aos
esforços dessa restrição.
O atrito negativo se manifesta quando o solo ao redor da estaca sofre um recalque maior
que o da estaca. Velloso e Lopes (2010) descrevem que o efeito é predominante em
77
Tabela 5-16: Comprimento estacas por torre
locais que as estacas atravessam argila mole sobre a qual se depositou recentemente
um aterro.
Pelas sondagens fornecidas da LT Xingu-Estreito Lote I e pela visita ao local, não foi
encontrado nenhuma evidência que se encontrem argila mole no terreno das torres.
Então essas duas verificações não se tornam necessárias.
5.6 Comprimento médio das estacas
A partir das considerações dos itens anteriores, foram determinados os comprimentos
das estacas.
A Tabela 5-16 fornece os comprimentos médio por cada tipo de torre.
5.7 Perfuração do estais – Tirantes injetados
Os estais das torres estaiadas foram substituídos por furos de 3” com haste metálica de
1 1/8 “. A haste metálica foi a mesma que utilizada no projeto original.
5.7.1 Definição e histórico
A técnica dos tirantes foi desenvolvida no Brasil pelo Prof. Antônio José da Costa Nunes,
no final da década de 50. Fundador da empresa Tecnosolo, realizou inúmeros trabalhos
78
com essa técnica, especialmente cortinas ancoradas. As primeiras obras realizadas no
Brasil foram ancoragens de blocos no corte do Cantagalo – Copacabana - Rio de
Janeiro e na estrada Rio-Teresópolis. Em 1982, o professor Costa Nunes publicou um
artigo na revista do clube de engenharia da Bahia, intitulado “ Recuperação de estradas
atingidas por chuvas muito intensas”. Nesse artigo, pode-se observar, pelas palavras do
próprio autor, um pouco do histórico e da importância dessa técnica:
“ A primeira grande obra em ancoragens, e também a primeira aplicação a estradas, foi
executada em fins de 1958 na rodovia Rio-Teresópolis, que viria a ser terminada em
1959.
Sobre o assunto, foi publicado um trabalho (Costa Nunes, A.J.; Velloso, Dirceu A. e
Sarto, Fernando, 1960), cujo ano de publicação coincide com, possivelmente, a primeira
publicação na Alemanha (Bauer,1960).
(....)
Essa técnica de ancoragem em solo, como se sabe, foi iniciado no Brasil, em fins de
1957, e na Alemanha praticamente na mesma época, pois Jellinek e Ostermeyer
mencionam que a primeira obra desse tipo, naquele país, foi realizada em maio de 1958,
na cava de fundações do edifício da Rádio de Munique (Jellinek e Ostermayer ,1966).
Curiosamente, nesta mesma estrada Rio-Teresópolis, viria a ocorrer, a 2 de dezembro
de 1981, com uma chuva de período de recorrência de ordem de 900 anos para o
período de chuva de 8h, danos muito intensos, devidos a escorregamentos de taludes
por erosão violenta, com numerosos veículos acidentados e, ao que se tem notícia, 14
mortos.
(.....)
Essa chuva apresentou as características, que já se havia observado em outras
ocorrências brasileiras, que mencionarei:
79
a) Período de recorrência muito longo, maior do que 500 anos, com precipitações
da ordem de 50mm/hora e maiores;
b) Área de incidência reduzida. No caso da Rio-Teresópolis, a largura da faixa da
estrada mais atingida foi na ordem de 3km (cerca do km 91 ao 94);
c) Formação de superfície de escorregamentos múltiplos, de forma
aproximadamente triangular, imitando a morfologia de avalanches;
d) Formação de uma torrente de enchurro, na parte de jusante da encosta, capaz
de arrastar veículos de grande porte, tais como ônibus e máquinas de movimento
de terras.
(......)
É relevante notar que, na rodovia Rio-Teresópolis, os acidentes ocorreram em locais em
que não haviam sido executadas estruturas de retenção durante a construção, em 1958,
e que a estrada, como um todo, teve um desempenho satisfatório entre 1959 e 1981,
isto é, por cerca de 22 anos.
(....) “
A NBR 5629:2006 – Execução de tirantes ancorados no terreno - define o tirante
injetado como peça especialmente montadas, tendo como componente principal um ou
mais elementos resistentes à tração, que são introduzidos no terreno em perfuração
própria, nas quais por meio de injeção de calda de cimento (ou outro aglutinante) em
partes dos elementos, forma um bulbo de ancoragem que é ligado à estrutura através
do elemento resistente à tração e da cabeça do tirante.
80
5.7.2 Dimensionamento da ancoragem
É necessário fazer duas verificações, uma entre a haste metálica e a calda de cimento,
e outra entre a calda de cimento e o terreno. Os estais têm como carga máxima 44 tf,
que foi considerada para todos os dimensionamentos.
Para a verificação do comprimento de ancoragem da haste na argamassa, tem-se a
fórmula:
𝐻𝑅𝑎𝑏 = 𝐹
𝜋×𝑏×𝜏𝑎𝑏 (5-14)
onde:
b – diâmetro da haste igual a 0,05 m;
τab – tensão de aderência entre a barra e argamassa igual a 1400 kPa;
F – força de arrancamento, em kN;
HRab – Comprimento de ancoragem.
Para esses valores, obtém-se um valor de ancoragem mínima de 200 cm.
Para a avaliação entre a calda de cimento e o terreno, podem-se mencionar três
métodos para a determinação do comprimento de ancoragem. Uma proposta por
Bustamante (1985), uma pelo professor Costa Nunes (1987) e uma prescrita na NBR
5629:2006. As duas primeiras consideram o efeito da pressão de injeção na capacidade
de carga, o qual se torna muito preponderante principalmente em tirantes reinjetáveis.
A formulação da norma é baseada na área lateral do bulbo, na tensão efetiva sobre o
bulbo (para solos granulares) ou coesão (para solos argilosos), multiplicados por um
coeficiente empírico que é em função do tipo do material. Tem-se então:
𝑇𝑏𝑢𝑙𝑏𝑜 = 𝜎′𝑧. 𝑈. 𝐿𝑏 . 𝐾𝑓 (Solos grosseiros) (5-15)
𝑇𝑏𝑢𝑙𝑏𝑜 = 𝛼. 𝑈. 𝐿𝑏 . 𝑆𝑈 (Solos argilosos) (5-16)
81
onde:
Tbulbo – força de arrancamento máximo igual a 440 kN;
σ'z– tensão efetiva no centro da ancoragem;
U – perímetro médio da seção transversal da ancoragem;
Lb – comprimento ancorado;
Kf – coeficiente de ancoragem de acordo com o terreno, apresentados na Tabela 5-17;
SU – resistência não drenada;
ɑ - coeficiente redutor da resistência ao cisalhamento;
Para SU ≤ 40 kPa, ɑ = 0,75 e para SU ≥ 100 kPa, ɑ = 0,35;
Tabela 5-17: Coeficiente de ancoragem kf (NBR 5629:2006)
Essa formulação proposta pela NBR 5629:2006 é considerada conservadora, indicada
somente para pré-dimensionamento, atendendo os objetivos desse trabalho.
No caso de rochas pode-se utilizar a expressão:
𝑇𝑏𝑢𝑙𝑏𝑜 = 𝑞𝑠. 𝜋. 𝐷. 𝐿𝑏 (5-17)
onde qs é a tensão de aderência admissível da rocha. O parâmetro qs deve apresentar
o menor entre os seguintes valores:
qs ≤ 1/30 da resistência à compressão não confinada da rocha;
qs ≤ 1/30 da resistência à compressão não confinada da argamassa;
82
A Tabela 5-18 apresenta os comprimentos mínimos de ancoragem, para os valores já
fornecidos de peso específico, ângulo de atrito, coesão e todos os demais necessários
para o cálculo da ancoragem.
Tabela 5-18: Comprimento mínimo de ancoragem dos tirantes (em metros)
83
6 Verificação de desempenho
6.1 Descrição dos ensaios e quantidade
A forma mais tradicional de se verificar o desempenho das fundações é através da
medição dos recalques das estruturas. A NBR 6122:2010 prescreve que deve ser feito
de maneira obrigatória nos seguintes casos:
a) Estruturas nas quais a carga variável é significativa em relação à carga total, tais
como silos e reservatórios;
b) Estruturas com mais de 60 m de altura do térreo até a laje de cobertura do último
piso habitável;
c) Relação altura/largura (menor dimensão) superior a quatro;
d) Fundações ou estruturas não convencionais.
As torres de linha de transmissão, estão enquadradas no item (d). Em relação à
quantidade de ensaios necessários, a norma prescreve uma relação entre a quantidade
e o tipo de estaca e a tensão admissível máxima abaixo do que não serão necessários
prova de carga. O texto cita: “ É obrigatória a execução de provas de cargas estáticas
em obras que tiverem um número de estacas superior ao valor especificado na coluna
(B) da Tabela 6, devendo ser executado um número de provas de carga igual a no
mínimo 1% da quantidade total de estacas, arredondando-se sempre para mais. (....)”.
A Tabela 6-1 apresenta a quantidade de provas de cargas que devem ser executadas,
para determinados tipos de estaca.
84
Tabela 6-1: Quantidade de provas de carga: Tabela 6 da NBR 6122:2010
Como esse projeto específico atravessa extensa faixa territorial, com características
distintas, e há dúvidas em relação a qualidade da sondagem, foi exigido pelo menos um
ensaio em cada tipo de solo (tipo I,II,III,IV,IR e IIR) a priori, ou seja, antes da execução
da obra. Isso foi feito para a validação dos parâmetros adotados no projeto. Depois
disso, foi executado 1 ensaio a cada três torres, representando aproximadamente 1,8%
das estacas da obra.
As provas de cargas estáticas podem ser à compressão ou à tração. Como o
dimensionamento da capacidade de carga da estaca raiz partiu da premissa de apenas
se utilizar a resistência lateral da estaca, o ensaio à tração se tornou muito mais
plausível, já que o de compressão a resistência de ponta também é considerada. Isso
acabou tendo um efeito benéfico, já que a prova de carga à tração é de montagem mais
fácil e rápida.
6.2 Prova de carga estática à tração, principais conceitos.
Tempo necessário para os ensaios
85
O tempo necessário para início do ensaio foi de 15 dias após a injeção da argamassa,
onde sua resistência à compressão atinge valores compatíveis com as cargas
solicitantes. Esse tempo poderia ser reduzido em caso de estacas executadas com
cimento de Alta Resistência Inicial (ARI) ou algum tipo de acelerador de pega.
Dispositivo de aplicação de carga
O dispositivo de aplicação de carga foi constituído por um conjunto macaco-bomba
atuando contra um sistema de reação estável. Para o sistema de reação foi utilizado
uma viga metálica com mínimo 3,00 m de comprimento e apoios do tipo “ fogueira de
madeira”. As características do conjunto macaco-bomba são:
Capacidade de carregamento: de 90 a135 tf;
Manômetro 4” x 700 kg/mm² - Escala 10 kg/mm²;
A viga de reação tem resistência e rigidez para suportar, com segurança, carga da
ordem de 1,5 x Carga máxima de tração atuante na estaca ensaiada. O sistema de
reação tipo fogueira (Figura 6-1), suporta uma carga mínima 1,5 x a carga aplicada.
Figura 6-1: Montagem prova de carga à tração
86
Dispositivo de medidas
Durante os ensaios, foram mensuradas as cargas aplicadas e os deslocamentos axiais
no ponto de ligação da haste com o equipamento de ensaio.
O manômetro utilizado tinha uma graduação que permitia leituras com precisão de 0,50
tf. Os conjuntos utilizados (macaco hidráulico, bomba hidráulica e manômetro) foram
calibrados e devidamente certificados por órgãos competentes.
Os deslocamentos axiais do topo da estaca foram medidos simultaneamente por dois
deflectômetros instalados em um eixo ortogonal à estaca. Os deflectômetros devem
permitiam leituras diretas de 0,01 mm. Suas ponteiras foram apoiadas em superfícies
sem rugosidade, como placa de vidro grosso, por exemplo.
Os deflectômetros foram fixados em vigas de referência com as seguintes
características:
- Rigidez compatível com a sensibilidade medida;
- Independência de eventuais movimentos do terreno provenientes do deslocamento
da fundação e da movimentação de pessoas e equipamentos;
- Ao abrigo de intempéries.
Carga última de projeto
O valor da carga última de ensaio foi de, pelo menos, 1,5 vezes a carga máxima de
tração aplicada à estaca.
Ciclo de aplicação de carga
A metodologia do ensaio foi do tipo QML (“Quick Mainteined Load” – Ensaio de
Carregamento Rápido). O carregamento foi feito em estágios iguais e sucessivos, não
superiores a 10% da carga de trabalho da estaca. Cada estágio de carregamento foi
87
mantido por 5 minutos, independente da estabilização do carregamento, e foi feita uma
leitura no início e no final de cada estágio. Atingindo a carga máxima do ensaio o
descarregamento foi executado em quatro estágios, cada um mantido por 5 minutos,
com a leitura dos respectivos deslocamentos. Após 10 minutos do descarregamento
total, foi feita uma leitura final.
Condições de aceitação
A fundação foi considerada aceita, se a deformação total da estaca encontrada na prova
de carga foi menor que o recalque admissível tolerado pela estrutura.
6.3 Ensaio de arrancamento dos estais
Nos estais foi realizado ensaio de arrancamento dos estais com carga de 440 kN. Por
ser um ensaio muito rápido e prático de fazer, foi executado em pelo menos, dois estais
por torre.
Os estais foram considerados válidos quando a deformação total encontrada no estai
foi menor que a deformação admissível tolerada pela estrutura.
88
7 Quantitativos e comparações
7.1 Argamassa e concreto
O traço utilizado (Alonso, 1998), é constituído de: 1 saco de cimento 50 kg, 80 litros de
areia e 20 litros de água, atingindo resistência à compressão do concreto característica
(fck) 20 MPa, atendendo o consumo mínimo de 600kg/m³ prescrito na NBR 6122:2010.
As Tabelas 7-1 a 7-6 apresentam os quantitativos de materiais para o emprego de
estaca raiz.
Tabela 7-1: Quantidade de concreto – Bloco de coroamento
Tabela 7-2: Quantidade de insumos - Estaca raiz e estais
89
Tabela 7-3: Quantidade de aço – Bloco de coroamento e estacas
Tabela 7-4: Perfuração - Estacas
Tabela 7-5: Perfuração - Estais
Tabela 7-6: Volume de escavação e reaterro
90
7.2 Comparação do tempo necessário de execução
Para fins de comparação do tempo necessário de cada alternativa de projeto, escolheu-
se o modelo de torre autoportante SM81 por ser a que mais se repete no trecho.
As etapas executivas de forma, armação e concreto são as mesmas nas duas
metodologias. No caso do projeto de estaca raiz, é necessário aguardar alguns dias
entre a execução da estaca e a confecção do bloco. Isso se dá pelo fato da argamassa
da estaca demandar mais tempo para atingir uma resistência mínima. Já no caso das
sapatas, também é necessário um intervalo de tempo entre a concretagem da sapata e
o reaterro. A razão é que a camada de reaterro e os esforços oriundos da compactação
provocam uma sobrecarga no bloco, cujo o concreto nas primeiras idades, ainda não
atingiu resistência suficiente. Para facilitar a comparação entre ambos os métodos
executivos, esses dois intervalos de tempo serão desconsiderados.
Para a estimativa do tempo foi utilizada a tabela de produtividade TCPO-13º Edição da
editora PINI. As quantidades de equipes consideradas se encontram nas observações;
sendo inexistente, considerou-se apenas uma equipe.
Os quantitativos de materiais foram obtidos a partir de média ponderada.
7.2.1 Projeto original
A Figura 7-1 apresenta as etapas executivas do serviço de fundação direta
Figura 7-1: Etapas de serviço – Projeto Original
91
Quantitativo de material (por sapata)
- Volume de escavação: 163,52 m³
- Forma: 9,62 m²
- Armação: 460 kg
- Concreto 6,68 m³
- Reaterro:156,9 m³
Produtividade
Escavação: 62,00 m³/h (A tabela TCPO não contem escavação mecânica
realizada com escavadeira com esteira para materiais de 1º categoria. Foram
consideradas três retroescavadeiras com pneus para efeito comparativo).
A Tabela 7-7 apresenta a composição de serviço de escavação.
Tabela 7-7: Tabela TCPO-13 edição - Escavação
Reaterro: 32,78 m³/h
A Tabela 7-8 apresenta a composição de serviços de reaterro mecanizado.
Tabela 7-8: Tabela TCPO-13 edição - Reaterro
92
Tabela 7-9: Tabela TCPO-13 edição - Forma
Obs: Foram considerados dois compactadores por torre.
Forma: 1,38 m²/h
A Tabela 7-9 apresenta a composição de serviços de forma para fundação.
A Tabela 7-10 apresenta a composição do serviço de armação.
Aço: 60 kg/h
Tabela 7-10: Tabela TCPO-13 edição - Armadura
Obs: Foram considerados seis equipes por torre
Concretagem: 2,43 m³/h
A Tabela 7-11 apresenta a composição concretagem da tabela TCPO-13
Tabela 7-11: Tabela TCPO-13 edição - Concreto
93
Obs: Foram consideradas quatro equipes por torre.
A Tabela 7-12 apresenta a estimativa de tempo para o projeto original.
Tabela 7-12: Estimativa de tempo para execução de uma sapata - Projeto Original
7.2.2 Projeto Estaca raiz
A Figura 8-2 apresenta as etapas executivas do serviço de estaca raiz.
Figura 7-2: Etapas de execução - Estaca raiz
94
Tabela 7-13: Estimativa de tempo para execução de uma perna - Projeto estaca raiz
Quantitativo de material (por bloco)
- Comprimento de estacas: 40 m
- Forma: 5,20 m²
- Armação: 255,56 kg
- Concreto 2,60 m³
Perfuração: 7,5 m/h
A tabela TPCO-13 Edição não possui item estaca raiz e nem outro similar. A produção
usada foi escolhida através de pesquisa com empresas executoras do serviço. A Tabela
7-13 apresenta a estimativa de tempo para a execução de um bloco de uma perna.
95
Projeto original
- Tempo necessário: 24 horas produtivas
Estaca raiz
- Tempo necessário: 16 horas produtivas
Economia de tempo : 33 %
7.3 Estimativa de custo
Para estimativa de custo foi utilizada a tabela SINAPI 2016 do estado do Pará. SINAPI
é o sistema nacional de pesquisa de custos e índices da construção civil, que têm como
idealizadores e responsáveis pela pesquisa de preços e tratamento de dados a Caixa
Econômica Federal e o IBGE. Os itens da tabela SINAPI não têm incluso os custos
indiretos.
Não há composição do item estaca raiz na planilha SINAPI. Por isso foi adotado o valor
unitário praticado pela empresa executora das estacas raiz no Lote I, com todos os
materiais e taxas já inclusos.
O objetivo desse item não é calcular o custo final da obra, mas sim mostrar que, apesar
da execução da estaca raiz, que é um serviço especializado e caro, a metodologia
empregada como alternativa foi economicamente competitiva devido à redução de
material e gastos indiretos relacionados ao serviço.
Os custos indiretos são de extrema dificuldade de mensurar, pois precisam de uma
análise detalhada do cronograma do empreendimento, impostos, despesas de
escritório, despesas de canteiro, logística, custos de hospedagem, alimentação etc.
96
É de fácil dedução que os custos indiretos são maiores para o projeto original do que
para o projeto em estaca raiz, pelo fato de envolver maior quantitativo de materiais e ser
uma obra que demanda mais tempo.
Os critérios para o cálculo do custo foram:
- Determinar os serviços e materiais na tabela SINAPI que mais se aproximam com os
serviços a serem executados nos dois projetos;
- Para as estacas, o material e despesas indiretas já estão no valor unitário;
- A distância estabelecida de transporte de materiais foi a soma do dobro do
comprimento do lote I (2 x 256km) mais o dobro da distância de Marabá até Novo
Repartimento (início do lote I – 2 x 128km);
- Parte da despesa indireta será considerada no item taxa de administração. Foi
estabelecido um valor bem conservador, de 30%;
- ISS (Imposto sobre serviço incide sobre os serviços – 5% na região);
- ICMS incide sobre o transporte de materiais. Para o Transporte intermunicipal no
estado do Pará é de 17%.
A Tabela 7-14 apresenta os preços unitários para os diversos materiais e serviços
apresentados no decorrer do trabalho. As Tabelas 7-15 e 7-16 apresentam o custo
estimado de cada alternativa. O valor resumo do custo está na Tabela 7-17.
99
8 Conclusões e sugestões para pesquisas futuras
O trabalho aqui apresentado tratou por meio da comparação dos prazos e estimativa de
custo entre os dois métodos, ficou demonstrado que a alternativa de estaca raiz é viável
economicamente (redução de aproximadamente 1% dos custos) e reduz o prazo da
obra em 33%.
Os custos administrativos e com pessoal têm um peso muito grande no valor final da
obra. Por serem de difícil definição e não ser o objetivo desse projeto, não foram
contabilizados. A partir de pesquisa com os profissionais Ricardo Mendes e José
Fontelle (engenheiro e economista do grupo AMPER), foi descoberto que os custos
indiretos podem ser de até a 60% do valor global da obra, em locais similares ao lote I.
(Necessita de outras referências para se confirmar a informação).
Para se chegar aos resultados apresentados do projeto em estaca raiz, foram adotadas
premissas bem conservadoras. Sendo assim, é possível que a economia final seja maior
que o resultado apresentado.
Muitas vezes os profissionais responsáveis pelo orçamento de uma obra buscam a
economia analisando itens isolados e não o processo como um todo. Comparando o
custo de uma torre executada com fundação direta e com estaca raiz, fica evidente que
o primeiro é mais econômico. Porém, quando se analisa o processo como um todo, a
estaca raiz é mais econômica, porque diminui o prazo de execução e reduz de maneira
substancial diversos itens de custo indireto.
Em pesquisa realizada, observou-se que em quase em todas as linhas de transmissão,
as fundações das torres são em fundação diretas ou em tubulão. Outros tipos de
soluções não fazem parte da cultura de linha de transmissão. Com o desenvolvimento
da engenharia geotécnica, é de se estranhar que os projetos para esse tipo de obra não
tenham evoluído junto, mostrando a dificuldade de certos setores da construção civil em
se atualizar e quebrar paradigmas.
100
Comparado aos números de sondagens de outros projetos, o lote I apresenta relativo
avanço em relação a quantidade de sondagens. Porém, ainda assim é reduzido. É
necessário aumentar a quantidade e melhorar a qualidade de execução. Comparado ao
custo total da obra, o item sondagem representa muito pouco, podendo até mesmo ser
triplicado, que não iria causar aumento significativo no custo final, muito pelo contrário,
quanto maior o número de sondagens maior é a precisão de informação do terreno em
com isso, é possível realizar projetos mais econômicos.
Como sugestões para futuras pesquisas, podem-se citar:
(i) Analisar projetos em que a sondagem seja executada em pelo menos
três pernas (torre autoportante) ou no mastro e em dois estais (torre
estaiada);
(ii) Pesquisar sobre todos os custos indiretos que incidem sobre a
construção de linha de transmissão;
(iii) Realizar projetos baseados em dados obtidos através de prova de carga
estática;
(iv) Comparar através de dados obtidos por prova de carga se os parâmetros
adotados no projeto condizem com a realidade;
(v) Conferir se a recomendação de Lopes e Velloso de redução de 30% da
carga admissível de compressão é válida para determinação da carga de
tração;
(vi) Verificar os ábacos propostos no método de Grenoble .
101
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