PROPOSTA DE NOVO MODELO DE FUNDAÇÃO RESERVA PARA …

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N.1 | p. 19-40| jul. a dez. 2020 | ISSN xx | revistas.newtonpaiva.br/revista-exatamente

PROPOSTA DE NOVO MODELO DE FUNDAÇÃO RESERVA PARA TORRES ESTAIADAS DE LTs

1 Graduando do curso de Engenharia Civil2 Professor Orientador; [email protected]

PALAVRAS-CHAVEFundação. Modulado. Transporte. Agilidade. Leveza.

KEYWORDSFoundation. Modulated. Transport. Agility. Lightness.

RESUMOO presente artigo tem como objetivo desenvolver uma proposta de melhoria em um processo específico de manutenção de torres estaiadas de linhas de transmissão, com o intuito de indicar uma solução viável para a substituição de fundações, em caso de queda de torre com dano à base. A realização do artigo contou com a colaboração de uma empresa de transmissão de energia elétrica, presente em diversos estados do país, porém, com seu foco de atuação no estado de Minas Gerais. A fim de facilitar a identificação das informações fornecidas pela empresa parceira, decidiu-se nomeá-la no decorrer do trabalho com o nome fictício “Transmissora X”.A proposta trata-se de um novo modelo de fundação, modulado, leve e fabricado em concreto armado, devendo esta fundação transmitir ao terreno as cargas provenientes da estrutura estaiada, resistindo de forma satisfatória às tensões causadas pelos esforços solicitantes. A fundação deve obedecer à premissa que a estrutura modulada tem a função de reduzir o peso para facilitar o seu transporte. O desígnio dessa narrativa é que se defina uma estrutura, baseada em estudos técnicos, de fácil transporte, amortecendo seus custos de instalação e propiciando agilidade em sua utilização.

ABSTRACTThis paper aims to develop a proposal for improvement in a specific maintenance process for cable-stayed towers of transmission lines, in order to indicate a viable solution for the replacement of foundations, in the event of a tower fall with damage to the base. The realization of the article counted on the collaboration of an electric power transmission company, present in several states of the country, however, with its focus on the state of Minas Gerais. In order to facilitate the identification of the information provided by the partner company, it was decided to name it in the course of the work with the fictitious name “Transmissora X”.The proposal is a new foundation model, modulated, light and made of reinforced concrete, and this foundation should transmit the loads from the cable-stayed structure to the ground, satisfactorily resisting the tensions caused by the requesting efforts. The foundation must obey the premise that the modulated structure has the function of reducing the weight to facilitate its transport. The purpose of this narrative is to define a structure, based on technical studies, that is easy to transport, reducing its installation costs and providing agility in its use.

SOUZA, Gabriel Dias de1; SANTOS, Luan Henrique Fonseca1; TORRES, Thalyssa Lorena Sena1; DE MORAES, Miguel Augusto Najar2

PROPOSTA DE NOVO MODELO DE FUNDAÇÃO RESERVA PARA TORRES ESTAIADAS DE LTSSOUZA, Gabriel Dias de; SANTOS, Luan Henrique Fonseca; TORRES, Thalyssa Lorena Sena; DE MORAES, Miguel Augusto Najar

20REVISTA EXATAMENTE NEWTON | n.1 | p. 19-40 | jul. a dez. 2020 | ISSN xxxx-xxxx | revistas.newtonpaiva.br/revista-exatamente

1. INTRODUÇÃO

Por definição, Linhas de Transmissão são consideradas ativos de transmissão, ou seja, máquinas, materiais ou equipamentos que realizam a transmissão de energia. As empresas transmissoras recebem da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) um valor de O&M (Operação e Manutenção) para operar e manter em pleno funcionamento os ativos de transmissão sob sua responsabilidade.

Quando um ativo se torna indisponível, são aplicadas penalizações pela ANEEL, chamadas DPV – Desconto de Parcela Variável, imputadas na Receita Anual Permitida – RAP, em função do tempo que o ativo permanece indisponível. Diante disso, pode-se concluir que, quanto maior for o prazo para o religamento de uma LT, maior serão as penalizações às empresas.

Como as DPVs possuem valores elevados, imputados por hora de indisponibilidade, faz- se desejável que o ativo seja reestabelecido no menor prazo possível. Na metodologia atual, em caso de queda de estrutura com dano à base, surgem dois pontos cruciais de análise, sendo eles: - Concretar nova fundação no local, ou transportar alguma fundação reserva existente para substituir a fundação danificada?

As hipóteses indicadas acima necessitam de melhorias, visto que, em caso de reconstrução de fundação no local, o prazo mínimo de reestabelecimento do ativo será de 28 dias, elevando o valor da DPV (Desconto de parcela variável). Para a segunda opção, no projeto atual utilizado pela Transmissora X, a fundação possui peso elevado, cerca de 8000kg, impossibilitando que os caminhões guindautos da empresa possam transportar e instalar a base existente, sendo necessário, na maioria dos casos, a abertura de acesso para passagem de veículos especiais, como caminhões guindautos de maior capacidade de carga, ou até mesmo, guindastes.

É como tentativa de solucionar os empecilhos mencionados acima e proporcionar a diminuição do tempo necessário para o religamento de uma LT, que se realiza este estudo, que consiste na análise de um novo modelo de fundação para as torres estaiadas, visando a obtenção de uma maior facilidade no seu transporte e instalação.

O objetivo do artigo é apresentar uma alternativa ao método hoje utilizado no sistema de fundação de torres estaiadas da Transmissora X, projetando uma fundação pré-fabricada e dividida em módulos. Além do macro-objetivo listado, vale destacar como objetivos específicos, os indicados a seguir:

Realizar o dimensionamento do projeto de fundação, devendo este ser adaptável a todos os tipos de estruturas estaiadas presentes nos sistemas de transmissão da Transmissora X (230kV, 345kV e 500kV), de modo que possa ser transportada por caminhão guindauto de menor capacidade.

Verificar se a fundação projetada atende às necessidades da empresa. Nessa etapa deverão ser analisados itens como peso da estrutura, materiais utilizados e custo, comparado ao método hoje utilizado a fim de se comprovar sua viabilidade executiva e econômica.

Prever a utilização de concreto de baixa densidade para a construção da nova fundação, analisando a viabilidade desta metodologia de construção para a redução do peso da estrutura.

2. A NOVA FUNDAÇÃO E SUAS CARACTERÍSTICAS

O novo modelo de fundação

Segundo Chaves (2004)1, pode-se definir uma estrutura estaiada como sendo aquela que depende de uma subestrutura, os chamados estais, para manter-se estável. Chaves (2004, p. 15) 1 completa dizendo que “As torres estaiadas têm suas estruturas bem mais leves e esbeltas que as autoportantes. As autoportantes são mais pesadas, portanto mais caras, e essa diferença aumenta quanto mais altas forem as torres.”

Vale destacar que esta diminuição no custo, ocasionado pela utilização de estruturas estaiadas, pode gerar custos adicionais ao longo do tempo, já que essas estruturas são mais sensíveis. As estruturas estaiadas possuem histórico recente de quedas mais elevado que as estruturas autoportantes. Analisando-se os dados

a)

b)

c)



fornecidos pela Transmissora X, observa-se que, entre os anos de 2015 e 2019, houve queda de estrutura estaiada no ano de 2015 e queda de quatro estruturas estaiadas no ano de 2019, sendo que todas estas estruturas de 2019 entraram em colapso em um mesmo evento, causado por fortes ventos na região do Triângulo Mineiro. Em compensação, neste mesmo período, não ocorreu nenhuma queda de estrutura autoportante na empresa. Conforme já foi informado neste artigo, sempre que um ativo de transmissão se torna indisponível, penalizações são imputadas à Transmissora X, fazendo com que, mesmo mediante um rápido religamento do ativo, os custos destes eventos sejam elevados.

Segundo informações fornecidas pela Transmissora X, cerca de 40%, de um total de aproximadamente 12.000 estruturas, são torres estaiadas, ou seja, torres que possuem maior probabilidade de sofrer danos estruturais (quedas). Diante disso, entende-se a necessidade de realizar-se estudo visando facilitar e agilizar as manutenções e reestabelecimentos para estas estruturas.

Nos colapsos indicados acima, não foram identificados danos às fundações, o que permitiu que a estrutura fosse reconstruída em um curto espaço de tempo, porém, se houvesse dano as bases, seriam impostos à empresa os obstáculos já listados neste artigo. É visando criar uma alternativa válida para estas situações extremas, que se sugere um novo modelo de fundação para as estruturas estaiadas.

Este novo modelo de fundação possuirá quatro módulos, permitindo uma divisão do peso total, o que possibilitará que os caminhões de menor capacidade da Transmissora X realizem o transporte e instalação destas estruturas. O módulo superior possuirá dimensões 1,00m x 1,00m x 0,60m, e será neste módulo que os mastros das torres serão interligados. Já o módulo central possuirá dimensões 1,80m x 1,80m x 0,30m e será instalado imediatamente abaixo do módulo superior. A fundação para solos com boa capacidade de carga possuirá somente estes dois módulos iniciais. Caso o solo seja classificado como “ruim”, deverão ser instalados os dois módulos restantes, que servirão para aumentar a área de distribuição de carga, impedindo que ocorra o colapso da estrutura. Os dois módulos inferiores, unidos, formarão uma estrutura com as dimensões 2,70m x 2,70m x 0,20m. Abaixo, na Figura 01, será apresentado o novo modelo de fundação sugerido:

Fonte: Os Autores (2020)

FIGURA 01 – Vista em planta (esq.) e corte A-A (dir.) do novo modelo de fundação proposto

Observa-se que o foco deste artigo é a sugestão de um modelo de sapata, dividido em módulos e executada em concreto simples, e diante disso, convém definir melhor do que se trata esta estrutura. Segundo Campos (2015)2, sapata é um dos diversos tipos de fundações rasas existentes, que se caracterizam por possuir a profundidade de assentamento duas vezes menor que a dimensão do elemento estrutural, em relação ao terreno adjacente à fundação.



Vale ressaltar que não se trata de uma sapata tradicional, e sim de uma sapata em concreto pré-fabricado, visando facilitar o processo de instalação delas em campo. Diante disso, não basta apenas conceituar o que é uma sapata, tem-se que estudar as metodologias de interligação pilar- fundação, a fim de definir o método a ser escolhido para esta união.

Segundo Santos, Cirilo e Souza (2014)3, existem três tipos de interligação Pilar-Fundação, sendo eles: ligação por meio de cálice, ligação por meio de chapas de base e a ligação por meio de bainhas. Conforme apresentado na Figura 02 abaixo, o método de interligação utilizado no projeto em estudo será o tipo cálice.

Ainda segundo Santos, Cirilo e Souza (2014, p. 4)3, a interligação do tipo cálice:

Fonte: Cardoso (2011)

“Corresponde à colocação (embutimento) de determinado trecho do pé do pilar dentro de um nicho executado em um bloco de fundação, [...]. Esse nicho é conhecido como cálice. Após o encaixe do pilar, é feito o preenchimento da região vazia com graute ou concreto estrutural determinado pelo projetista da estrutura, unindo os elementos.”

O peso dos módulos da nova fundação

O concreto leve é uma solução de engenharia utilizada quando o peso próprio do concreto projetado não atende às especificações exigidas pelo cliente. No caso em estudo, existe a dificuldade de transporte dos módulos ao local de instalação e manutenção das LTs, devido aos acessos serem, majoritariamente, por estradas em solo natural e pavimento deteriorado. A redução do peso próprio da estrutura facilitará o transporte e instalação destes módulos nos locais desejados.

A NM 35:1995 – “Agregados leves para concreto estrutural – especificação”4, apresenta valores mínimos de resistência a compressão em função da massa específica aparente para alguns traços, conforme pode ser observado na Tabela 01, listada a seguir:

Resistência à compressão aos 28 dias (MPa) – valores mínimosMassa específica aparente (kg/m³) –

valores mínimos

28 184021 176017 1680

Fonte: ABNT NM 35/1995

FIGURA 02 – Exemplo de interligação Pilar-Fundação do tipo cálice

TABELA 01 – Concretos preparados utilizando agregados leve



Há ainda a classificação ACI 9.13, que indica os intervalos normais de massas específicas de concretos preparados com agregados leves, conforme observa-se na Figura 03 abaixo:

Fonte: Classificação ACI 9.13

A CINEXPAN5, empresa especializada em produção de argila expandida, indica que o uso deste material pode reduzir em até 30% o custo do concreto, e possibilita uma redução da massa específica do concreto estrutural de 2400 kgf/m³, para 1800 kgf/m³.

A argila expandida, por ter alto teor de porosidade, realiza alta absorção de água, o que dificulta a dosagem e faz com que sua aplicação seja limitada em relação ao concreto estrutural convencional. Esse problema deverá ser solucionado no momento da dosagem. Para que a argila não absorva água da mistura, sugere-se que ela seja pré-saturada. Ao contrário disso, pode ser feita a adição da água que será absorvida pelo agregado, mantendo a relação água/cimento constante.

De acordo com dados encontrados no site da empresa CINEXPAN5, o concreto leve estrutural confeccionado com argila expandida tipo 1506, segundo traço fornecido pela empresa, possui fck=30MPa e densidade de aproximadamente 1750 kg/m³. Desta forma, utilizando-se este traço como parâmetro nesta fase do estudo, faz-se possível calcular o peso próprio do novo modelo de fundação multiplicando-se a densidade do concreto leve pelo volume de cada módulo, conforme apresentado na Tabela 02 abaixo:

TABELA 02 – Memoria de cálculo do peso dos módulos da sapata (Peso = Volume x Densidade).

Módulos Dimensões (m) Volume (m³) Densidade (kg/m³) Peso (Kg)

Superior 1,0x1,0x0,6 0,6 1750 1050

Central 1,8x1,8x0,3 0,972 1750 1701

Inferior 2,7x2,7x0,2 1,458 1750 2551,50

Total - 3,03 5302,50

FIGURA 03 – Intervalo de massa específica de concretos com agregados leves




No módulo superior, será acrescido o peso de 175,44 Kg, referente à placa de interligação e a calota metálica que compõe a ligação entre a fundação e a torre, totalizando seu peso em 1225,44 kg. A partir dos dados apresentados na tabela acima, e com base no que diz respeito à capacidade de carga dos caminhões guindautos de menor capacidade da Transmissora X, variando entre 3,0t a 3,5t, considerando a lança telescópica completamente aberta, a solução de engenharia que propõe o uso do concreto leve é viável por reduzir o peso e tornar possível transporte, içamento e instalação destes módulos, com facilidade, em qualquer local que se fizer necessário.

Proposta de novas chapas de interligação

As chapas metálicas de interligação são responsáveis por receber os mastros da estrutura estaiada, interligando-os às fundações, ou seja, é o elemento responsável por receber as cargas das estruturas e transmiti-las às fundações. Estas chapas possuem formato retangular e são fixadas à estrutura de concreto por meio de quatro chumbadores, conforme pode ser observado nas Figuras 04 e 05 abaixo:

Fonte: Arquivo interno da Transmissora X.

Fonte: Arquivo interno da Transmissora X

FIGURA 04 – Modelo de chapa metálica para estrutura de 500kV

FIGURA 05 – Chapa metálica instalada em estrutura de 500kV



Os mastros são interligados às chapas por meio das calotas metálicas. A Transmissora X define diferentes modelos de torres para os diferentes valores de tensão das LTs, ou seja, existem ao menos três disposições de calotas que devem ser analisadas, sendo elas, as calotas paras as estruturas de 230kV, as calotas para as estruturas de 345kV e as calotas para as estruturas de 500kV.

Para as estruturas de 230kV, a configuração existente prevê a utilização de apenas um mastro central, ou seja, há apenas uma calota central instalada na chapa metálica. Já para os modelos de 345kV e de 500kV, as chapas metálicas possuem duas calotas, uma em cada extremidade. Conforme já informado neste artigo, visa-se a obtenção de fundação que possa ser utilizada em todos os modelos de estruturas estaidas da Transmissora X, fazendo-se necessária a sugestão de uma nova chapa, que abrigue as três configurações de calotas de fixação dos mastros.

Devido às estruturas de 230kV interligarem-se à fundação através de calota única, instalada no eixo da chapa metálica, entende-se que esta calota poderá ser prevista em qualquer modelo de chapa. Apresenta-se na Figura 06 a disposição de calotas para as torres de 345kV:

Mediante a análise das imagens, percebe-se que não se faz possível a instalação das calotas metálicas para as estruturas de 345kV e de 500kV em uma mesma chapa, em um mesmo alinhamento, visto que as calotas sobrepor-se-iam, impossibilitando a fabricação e utilização de tal chapa. Visando vencer o impedimento indicado, sugere-se novo modelo de chapa, aproveitando toda a área superficial do módulo superior, ou seja, 1,00m x 1,00m, instalando-se nesta chapa, em alinhamentos diferentes, as calotas para interligação de todos os modelos de torres. A Figura 07 apresenta o modelo proposto neste artigo:

Fonte: Arquivo interno da Transmissora X

Figura 06 – Modelo de chapa metálica para estrutura de 345kV

FIGURA 07– Modelo de chapa metálica sugerido




O modelo sugerido deverá ser objeto de estudo em futuros trabalhos práticos, com o intuito de identificar se ele será capaz de atender à demanda da empresa, tanto pela carga a ser suportada pela chapa, quanto pela facilidade e praticidade de utilização, sendo este último, o principal objetivo desta proposta.

Realizou-se, ainda, a determinação do peso do novo modelo de chapa metálica, a fim de adicioná-lo ao peso total do módulo superior da fundação no momento da realização dos cálculos estruturais. Conforme observa-se na Figura 11 deste artigo, a chapa metálica especificada em memória de cálculo da Transmissora X possui espessura igual a 16mm.

Segundo informações colhidas no site da empresa AÇOS CONTINENTE6, o peso teórico (kg/m²) da chapa grossa de 16mm de espessura é 125,44 kg/m² e, considerando-se que a nova chapa possuirá dimensões 1,00m x 1,00m, pode-se concluir que ela possuirá peso de 125,44 kg. Além do peso da chapa, deve-se adicionar ao módulo superior o peso das calotas metálicas, que, segundo informações fornecidas pela Transmissora X, possuem cerca de 10 kg cada. Sendo assim, levando-se em consideração que o novo modelo proposto possuirá cinco calotas metálicas, entende-se que o peso total da nova chapa (chapa metálica e calotas) será de, aproximadamente, 175,44kg.

Proposta de metodologia para içamento dos módulos

Segundo Sartorti e Pinheiro (2012, p. 39)7

“O manuseio das peças pré-moldadas, tanto internamente na fábrica como no transporte e na montagem, apresenta certas particularidades e procedimentos específicos. O adequado posicionamento dos pontos de içamento e o correto projeto dos dispositivos para este fim são partes fundamentais no processo de translado de peças pré-moldadas. [...] O projeto de uma alça deve ser baseado na capacidade de ancoragem entre ela e o concreto bem como na resistência do aço da alça ao escoamento.”

Segundo Ribeiro (2017)8, os esforços solicitantes no momento de içar, podem ser diferentes daqueles considerados para projetar a peça, surgindo momentos negativos, por exemplo, onde antes havia apenas momentos positivos, cabendo à peça resistir tais solicitações com os dispositivos de içamento. Para fazer o içamento da peça devem ser instaladas alças de içamento, incorporadas no concreto nos locais previstos e fixadas com a armadura cuja aderência de ancoragem seja suficiente para resistir ao peso próprio do elemento.

De acordo com a ABNT NBR 9062:2017 - “Projeto e Execução de Estruturas de Concreto Pré-Moldado”9, no item 5.3.3.1:

“As alças e pinos de içamento são considerados ligações temporárias com o equipamento de manuseio e montagem das peças. Na sua parte externa funcionam predominantemente à tração e, na parte imersa no concreto, ao cisalhamento por aderência.”

De acordo com a TREJOR10, empresa especializada em sistemas de içamento, para se calcular os esforços no dispositivo de içamento podem ser necessários considerar diversos fatores e a arquitetura do elemento em questão, como:

Peso próprio do elemento;Eventual repartição assimétrica do peso em peças com formas assimétricas;Suspensão estaticamente incerta;Tração através de múltiplos cabos;Resistência do concreto no momento da movimentação;Efeitos de vibração das pontes rolantes, guindastes e gruas;

a)b)c)d)e)f)



Valores secundários de segurança e vento;Tração inclinada para os casos de levantamento de painéis produzidos na horizontal.

2.4.1. Dimensionamento das alças de içamentos

Para os cálculos, considerou-se que o içamento irá ocorrer com auxílio de caminhão guindauto e com alças projetadas para um ângulo de levantamento de no máximo 45° e como já se sabe a fundação possui três modelos distintos, sendo então necessário o cálculo de cada um destes elementos separadamente.

Ainda de acordo com El Debs (2000, apud RIBEIRO, 2017)11, não se deve utilizar para as alças de içamento os aços das categorias CA-50 e CA-60 devido à falta de ductilidade destas barras, devendo ser utilizadas então barras da categoria CA-25, comumente encontradas no mercado como barras lisas. Para determinar o diâmetro necessário da alça, segundo o mesmo autor, pode-se utilizar a Equação (01), que relaciona a força de cálculo aplicada na alça (Fd) e a tensão de cálculo de escoamento do aço (Fyd).

g)h)

Segundo a TREJOR10, a força Fd, neste caso chamada de “S”, aplicada sobre a alça, pode ser determinada pela Equação (02):

Onde:G = Peso próprio;Y = Fator dinâmico dos equipamentos de movimentação e elevação (neste caso será utilizado caminhão

guindauto), logo, o Y = 2,0, conforme descrição da TREJOR; a = Fator de sucção a ser considerado em elementos onde a superfície de contato com a forma, no ato

do saque, é igual ou maior que a metade da superfície total do elemento. Considerou-se o valor de a = 1,3, conforme descrição da TREJOR;

b = Fator de perda devido à inclinação na arquitetura dos cabos. Ângulo ß = 45º o b = 0,70, conforme TREJOR;e = Fator de distribuição assimétrica do peso - Para simetria e = 1;c = Número de insertos metálicos;Para encontrar o comprimento de ancoragem das alças utiliza-se a Tabela 03, que relaciona o comprimento

necessário ao tipo de barra e ao seu diâmetro, devendo o mesmo ser detalhado conforme indicado na Figura 08.

TABELA 03 – Comprimento de ancoragem das alças de içamento

Fonte: El Debs (2000)

Comprimento de ancoragem

𝒇𝒄𝒌,𝒋(𝑴𝑷𝒂)𝟏 10 15 20 25 30 35 40

𝒏𝒃 = 𝟏, 𝟎(barra lisa) 73ø 59ø 51ø 46ø 42ø 39ø 36ø

𝒏𝒃 = 𝟏, 𝟓(barra nervurada) 35ø 27ø 22ø 19ø 17ø 15ø 14ø

1. Considerando o valor último da tensão de aderência com 𝒇𝒄𝒅=𝒇𝒄𝒌𝒋/𝟏, 𝟒



Módulo inferior

No módulo inferior serão previstas três alças, já que ele possui formato distinto dos demais, devendo estes serem locados de acordo com o centro de gravidade do elemento e indicados na Figura 10, a fim de suportar uma carga segundo a Equação (02) de 15,80kN por alça. Para o diâmetro e comprimento de ancoragem adotou-se, 10 mm e 42 cm, segundo Equação (01) e Tabela 03, respectivamente.

Fonte: El Debs (2000)


Módulo superior

No módulo superior, com dimensões de 1,00m x 1,00m x 0,60m e peso de 12,25kN, o içamento poderá ser feito através dos chumbadores de ligação da chapa metálica com o mesmo, procedimento este já adotado pela empresa, devendo cada um deste suportar, levando-se em consideração a Equação (02), uma carga total de 11,38kN.

Módulo central

No módulo central, com dimensões de 1,80m x 1,80m x 0,3m e peso de 17,01kN, serão previstos quatro alças, que serão instaladas conforme Figura 09, desta forma, utilizando-se a Equação (02) é possível obter uma carga total de 15,80kN por alça, diâmetro de 10 mm segundo a Equação (01) e comprimento de ancoragem de 42 cm de acordo com a Tabela 03.

FIGURA 08 – Indicações para detalhamento das alças de içamento

FIGURA 09 – Indicações das alças de içamento



3. CÁLCULOS PARA TESTE E VERIFICAÇÃO DA NOVA FUNDAÇÃO

O dimensionamento é uma das etapas de cálculo mais importante na elaboração de um projeto da construção civil. É por meio dele que se define o uso dos materiais considerando disposição e dimensões dos elementos. Um preceito básico de um projeto é que, antes de suportar outras cargas, uma estrutura deve suportar seu próprio peso e ser estável. O dimensionamento acontece por meio de fórmulas matemáticas, em que se calcula a armadura e se verifica a espessura de acordo com as cargas previstas. (ATEX DO BRASIL, 2018)12

De acordo com a empresa Lajes Patagonia (2015)13:

“O projeto estrutural consiste no dimensionamento das estruturas, que vão sustentar uma edificação, transmitindo as suas cargas ao terreno e tem como finalidade atender questões de segurança, condições de utilização, econômicas, estética, construtivas e restrições legais (aplicação das normas técnicas). [...] O cálculo estrutural é utilizado para analisar o comportamento de estruturas submetidas à esforços diversos com o objetivo de verificar a resistência adequada dos elementos estruturais, sob combinações de carregamentos extremos ao longo de sua vida útil como: peso próprio, sobrecargas, cargas móveis ou acidentais e seus respectivos impactos; e/ou devidos à fenômenos naturais, tais como: ação de ventos, chuvas, variações de temperatura ambiente entre outros e também de prever as deformações das mesmas sob combinações normais de carregamento durante sua utilização.”

Na elaboração de um projeto estrutural direcionado a uma estrutura pré-moldada, primeiramente é verificado qual a sua finalidade, sendo assim, analisado sobrecargas, alturas e níveis conforme exigências da própria estrutura. Desta forma, respeitando a arquitetura e exigências envolvendo o padrão e as singularidades do método construtivo escolhido, é que são realizados os cálculos e a análise estrutural, podendo esta ser feita através de softwares específicos, onde se pode verificar o comportamento individual dos elementos pré-

FIGURA 10 – Indicações das alças de içamento




moldados, assim como situações de transições como carregamento, transporte e principalmente situações ocorridas na fase de montagem e o comportamento da estrutura como um todo, após concluída a montagem. (LAJES PATAGONIA, 2015)13.

Este item tem como objetivo apresentar o dimensionamento de cada um dos módulos da fundação proposta e optou-se pela utilização de um software de dimensionamentos de lajes, contando com embasamento teórico adquirido durante todo o curso e a interpretação dos dados. O objetivo é obter um parecer em relação a espessura e a necessidade de utilização de armação nos mesmos, diante a situação proposta. Segundo Bastos (2019, p. 2)14:

“Na superfície correspondente à base da sapata atua a máxima tensão de tração, que supera a resistência do concreto à tração, de modo que torna-se necessário dispor uma armadura resistente, geralmente na forma de malha. É recomendado e comum escolher a altura da sapata grande o suficiente para evitar a armadura transversal (vertical) resistente às forças cortantes, que também atuam na sapata, pois os estribos teriam alturas variáveis. [...] Quando o elemento é projetado com grande altura e a tensão de tração máxima diminui e pode ser resistida apenas pelo concreto, sem necessidade de acrescentar armadura, o elemento é chamado bloco de fundação direta.”

Vale ressaltar que, de acordo com as informações supracitadas, o cálculo estrutural depende de diversos fatores, no entanto, para este trabalho considerou-se apenas as ações referentes ao peso próprio de cada módulo (Tabela 02), e as cargas provenientes da estrutura estaiada, de acordo com memorial disponibilizado pela Transmissora X e observado na Figura 11.

Fonte: Arquivo interno da Transmissora X.

FIGURA 11 – Memorial de cálculo de uma estrutura estaiada

Análise estrutural utilizando o software Ftool

Para a análise estrutural do novo modelo de fundação utilizou-se o software Ftool, no qual pôde-se fazer uma análise prévia acerca do comportamento dos módulos central e inferior, considerados como críticos do modelo proposto. Para definir os diagramas de esforços normais, de cisalhamento e de momento fletor, considerou-se os carregamentos descritos anteriormente. Conforme o esperado, não haverá deslocamentos



capazes de movimentar a estrutura lateralmente. Os diagramas de esforços solicitantes obtidos estão indicados na Figuras 12, e mediante sua análise, comprova-se a estabilidade da fundação:


FIGURA 12 – Carregamento nos módulos, diagramas de esforços solicitantes e deslocamento

Cálculo da armadura e verificação da espessura utilizando o software Flash Lajes

Para o cálculo da armadura e verificação da espessura do novo modelo de fundação utilizou-se o software Flash Lajes, que fornece como saída um relatório completo a respeito dos esforços sofridos pela estrutura,




a flecha causada por esses esforços, a área de aço necessária e o detalhamento informando comprimento, diâmetro e espaçamentos necessários de acordo com os dados fornecidos como entrada e que já foram especificados anteriormente. Vale ressaltar que no programa utilizado já há dados inseridos referentes ao peso específico do concreto armado e que, portanto, não foi possível a alteração desses dados para o tipo de concreto estudado, ou seja, o concreto de baixa densidade.

A seguir apresentam-se os relatórios referentes aos três módulos que fazem parte da nova fundação, com respectivo detalhamento.

Módulo Superior

As Figuras 13 e 14, listadas a seguir, apresentam o relatório e o detalhamento, obtidos no programa Flash Lajes:

FIGURA 13 – Relatório do módulo superior




Módulo Central



FIGURA 14 – Detalhamento do módulo superior

FIGURA 15 – Relatório do módulo central



FIGURA 16 – Detalhamento do módulo central

Módulo Inferior


FIGURA 17 – Relatório do módulo inferior





FIGURA 18 – Detalhamento do módulo inferior

4. PROTÓTIPO EM ESCALA REDUZIDA

Visando-se apresentar a nova fundação à Transmissora X e entender o melhor processo construtivo dela, decidiu-se executar modelo em escala 1:10, de todos os módulos, possibilitando tanto uma análise visual de cada peça em separado, quanto das peças em conjunto.

Não se objetiva a execução de testes de suporte de carga ou análise de movimentações diferenciais devido a recalques ou escorregamentos de solo neste modelo em escala reduzida. Estes testes deverão ser realizados futuramente, em outro protótipo, executado seguindo todas as especificações da nova fundação proposta. Na atual fase de análises, o estudo ateve-se a apresentar a nova fundação a fim de receber aval da Transmissora X e do Centro Universitário Newton Paiva para continuidade dos estudos.

Por se tratar de peças de pequenas dimensões, optou-se por executar as fôrmas das estruturas utilizando-se papelão e fitas adesivas, enrijecendo-se os cantos e curvaturas com arame de aço BWG 20, evitando-se possíveis aberturas ou rompimento das fôrmas. Na Figura 19 faz-se possível observar as fôrmas finalizadas, prontas para a concretagem.

FIGURA 19 – Fôrmas do protótipo em escala reduzida finalizadas





Visando maior trabalhabilidade e fluidez do concreto, já que se trata de peças de pequenas dimensões, dificultando os processos de lançamento e adensamento, optou-se pela utilização de graute para concretagem deste modelo, por ser classificado como microconcreto, sem presença de agregados graúdos, autoadensável, e largamente utilizado na construção civil para preenchimento de vazios, ou seja, o material conseguirá ocupar toda a fôrma sem necessidade de adensamento. A Figura 20 apresenta os módulos logo após a execução da concretagem:

FIGURA 20 – Modulos concretados

Aguardou-se o período de um dia para enrijecimento do material e, após este período, pôde- se realizar a desenforma das peças. Os módulos permaneceram em cura submersa pelo período de um dia e, então, considerou-se como concluída a execução do modelo em escala reduzida. As Figuras 21 e 22 apresentam os módulos separadamente e em conjunto, respectivamente:

FIGURA 21 – Modulos finalizados e curados



FIGURA 22 – Modulos instalados conforme projeto




Pode-se considerar satisfatória a execução do modelo em escala reduzida, visto que ele possibilitará a análise visual pelo corpo técnico da Transmissora X, a fim de identificar possíveis falhas no modelo e sugerir alterações. Conforme informado anteriormente, em caso de continuidade dos estudos, um novo modelo em escala reduzida deverá ser executado, seguindo todas as especificações de materiais e dimensões informadas neste artigo.

5. ESTUDO DO CUSTO, TEMPO DE INSTALAÇÃO E ANÁLISE DA VIABILIDADE ECONÔMICA

O estudo da viabilidade econômica faz-se necessário e deve ser realizado antes da execução do projeto. Visa-se a redução dos riscos e a previsão dos possíveis resultados que serão obtidos, garantindo-se que determinado item estudado gerará o que se espera, dentro do valor orçado para tal.

Para a realização do estudo econômico do projeto (orçamento), utilizou-se a tabela SINAPI15 – Sistema Nacional de Pesquisas de Custos e Índices da Construção Civil, referente ao mês de abril de 2020. A escolha pela utilização da tabela SINAPI15 para realização da composição do orçamento, tanto da fundação antiga, quanto do novo modelo proposto, deu-se pelo fato de a Transmissora X utilizar esta ferramenta na execução de seus orçamentos, garantindo-se, assim, a proximidade dos custos indicados com os já utilizados pela empresa.

Para a realização do orçamento, considerou-se as seguintes premissas:

FCK do concreto será 30MPa;

Concretagem realizada com concreto usinado;

Fôrmas em madeira compensada resinada, E = 17mm;

Adição de 10% no quantitativo de cada item, prevendo possíveis perdas;

A fundação existênte não possui armadura;

O novo modelo proposto possui armadura em todos os três módulos;

A fim de possibilitar uma melhor comparação dos valores, decidiu-se que não será aplicado ao valor do concreto, o percentual de economia gerado pela utilização de concreto de baixa densidade, evitando-se que o custo da nova fundação seja minorado por esta economia. Além disso, a utilização do concreto de baixa densidade deverá ser melhor estudada em futuros trabalhos e aprovada pela Transmissora X. Diante disso, o estudo do custo prevê que as novas fundações serão executadas com concreto usinado 30MPa comum.

A seguir, nas Tabelas 04 e 05, serão apresentados os custos das fundações:

TABELA 04 – Fundação padrão (Bloco de concreto simples, com formato de tronco de pirâmide)

DescriçãoItem -

SINAPIUnidade Quantidade

Valor

Unitário R$Total R$

Fabricação, montagem,

desmontagem de fôrma

96538 m² 11,43 161,77 1.849,03

Concretagem da sapata 96558 m³ 3,2 365,98 1.171,14

TOTAL R$ 3.020,17

a)

b)

c)

d)

e)

f)




TABELA 05 – Fundação sugerida pelos Autores (Modelo em que são utilizados os três módulos)

Descrição Item - SINAPI Unidade Quantidade

Valor Unitá-rio R$

Total R$

Fabricação, montagem,

desmontagem de forma

96538 m² 25,29 161,77 4.091,16

Corte e dobra de aço – DN 10mm 92803 kg 102,62 5,64 578,78

Montagem – DN 10mm 96546 kg 102,62 8,09 830,20

Concretagem da sapata 96588 m³ 3,47 365,98 1.269,95

TOTAL 6.770,09

Nota-se na comparação das tabelas 04 e 05 que o custo da estrutura proposta possui valor elevado (um acréscimo de aproximadamente 2,25 vezes) em relação a fundação padrão da Transmissora X, o que se apresenta como uma desvantagem da pesquisa. Porém, há de se considerar que no caso da utilização da fundação existente em uma emergência, serão necessários custos adicionais, visto que, ou seria necessária a execução de nova fundação in loco, aguardando- se o tempo de cura (28 dias) da peça com o ativo de transmissão indisponível, acarretando Desconto de Parcela Variável - DPV de elevado valor à Transmissora X, ou seria necessária a abertura de acesso até a estrutura danificada, possibilitando a chegada de equipamento para içamento e instalação da fundação.

Com base em dados fornecidos pela Transmissora X, referente a abertura de acesso em uma torre para manutenção de fundação, a mobilização de equipamentos e instalação do canteiro custou R$9.300,00, a movimentação de terra para abertura de novo acesso custou R$30,526,00, a escavação e movimentação de cargas, como rochas, custou R$4.200,00, a execução de terraceamentos e bigodes, para desvio do fluxo de água na via custou R$840,00, e a limpeza e desmobilização de canteiro R$3.500,00, totalizando um custo de R$ 48.366,00, atendendo apenas uma única estrutura.

Além do custo adicional decorrente da abertura de acesso, há também um acréscimo de prazo, visto que, ou será necessária a realização de contratação de empresa especializada para a execução do serviço, gerando morosidade na execução das atividades, ou será necessária a mobilização de maquinário próprio capaz de realizar a movimentação de solo (exemplo: retroescavadeira) e, sendo assim, também haverá acréscimo no prazo.

Já para a utilização da nova fundação sugerida, não haverá necessidade de abertura de acesso, visto que, devido à divisão em módulos, o caminhão guindauto de menor capacidade de carga da Transmissora X, que possui tração 4x4, conseguirá alcançar a base da estrutura danificada para realizar a substituição da fundação. Dessa forma, evita-se tanto a necessidade de contratação de obra para abertura de acesso, quanto a mobilização de equipamentos próprios, reduzindo-se tanto o custo, quanto o prazo para religamento da linha.

Diante do exposto acima, entende-se que, mesmo com um acréscimo considerável no custo da estrutura, ao se analisar o conjunto das atividades, o novo modelo de sapata proposto faz-se viável, pois proporcionará redução no custo global de intervenção para recuperação de fundação, e possibilitará ganho em agilidade e facilidade de substituição de bases danificadas.




6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Conforme apresentado no decorrer do artigo, visou-se propor alterações e melhorias no modelo de base atualmente utilizado na Transmissora X, objetivando o ganho de agilidade e economia quando da necessidade de se realizar substituições emergenciais, em caso de queda de estruturas de LTs com dano à fundação.

Diante disso, projetou-se um novo modelo, completamente distinto do existente, dividido em módulos, proporcionando a redução significativa de peso, tanto pela divisão, quanto pela possibilidade de utilização de concreto de baixa densidade.

Pode-se concluir que este novo modelo satisfaz às premissas solicitadas pela Transmissora X, resistindo à carga imposta pela torre, e possibilitando que o caminhão guindauto de menor capacidade de carga realize o seu transporte e instalação. Além disso, outro cenário solucionado pelo novo modelo é a alternativa de ser utilizado nos diversos tipos de estruturas metálicas existentes, seja para 230kV, 345kV ou 500kV.

Conclui-se que, como fundação reserva, a ser utilizada em emergências, a sapata modulada demonstrou-se viável, tanto técnica quanto economicamente, porém, faz-se necessária, ainda, a realização de testes práticos, com o intuito de verificar como a fundação se comportará em caso de pequenas movimentações no solo ou recalques, visto que a interligação entre os módulos será realizada apenas com graute.

Por fim, informa-se que os dados obtidos deverão ser apresentados ao corpo técnico da Transmissora X, a fim de que os resultados sejam analisados e a continuidade dos estudos seja aprovada.

REFERÊNCIAS

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