RECOMENDAES E INFORMAES TCNICAS SOBRE

FUNDAES DE LINHAS DE TRANSMISSO

RUBENS ASHCAR VIII ERLAC CESP CIUDAD DEL ESTE -1999

RESUMO

Neste trabalho so feitas recomendaes sobre fundaes de linhas de transmisso, baseado nas experincias adquiridas na CESP, e dadas informaes tcnicas de forma qualitativa.

So apresentados tpicos e dados conselhos prticos sobre os locais das estruturas e investigaes geotcnicas.

Esto descritos os mtodos de clculo, os coeficientes de segurana e os tipos de fundao utilizados pela CESP, nas torres autoportantes, torres estaiadas e postes, acompanhados de recomendaes nas fases de projeto e de construo.

Tambm so mostrados trs exemplos de reduo de custo e um de economia, obtidos na empresa, nas fundaes e estruturas de linhas de transmisso.

PALAVRAS-CHAVE

Fundao - Linhas de Transmisso - Recomendao

1. INTRODUO

O crescimento do consumo de energia eltrica no Brasil tem exigido a construo de diversas linhas de transmisso, implicando em altos investimentos neste setor.

Visando reduzir os custos das fundaes nas linhas, torna-se cada vez mais importante a otimizao de seus projetos, bem como o processo e o controle de suas execues.

Em funo disto, neste artigo so feitas recomendaes sobre fundaes de linhas de transmisso (LTs), com base nas experincias obtidas na CESP , e dadas informaes tcnicas, nas fases de projeto e de construo.

Os critrios adotados em projeto (fundao e estrutura) e a execuo de provas de carga nas fundaes tambm permitem obter reduo de custo em LTs.

2. LOCAIS DAS ESTRUTURAS

Nos desenhos dos perfis topogrficos de linhas de transmisso encontram-se importantes dados, tais como, travessias, natureza do terreno e vegetao, brejos, eroses, lagoas, etc, que auxiliam a definio dos locais das estruturas (metlica e de concreto) e a escolha das fundaes.

H situaes em que as estruturas esto locadas em solos com nvel de gua elevado e impenetrveis a pequena profundidade (indicadas nas sondagens). Em alguns destes casos, desde que possvel, vantajoso deslocar as estruturas, para reduzir os custos das fundaes.

Todas as dificuldades encontradas no campo devem ser informadas aos projetistas, para facilitar a construo das fundaes.

O levantamento das cotas dos ps das torres devem ser feitos pelo menos nos locais onde os desnveis do terreno so mais acentuados, ainda na fase de projeto. Deste modo, sabe-se, com antecedncia, os ps das torres que devero ser utiliza-

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dos e fabricados.

Para a definio dos afloramentos dos ps das torres, nas fundaes com stub, recomenda-se:

- Verificar os afloramentos disponveis nos projetos- padro de fundao;

A realizao de ensaios de laboratrio, em linhas de transmisso, depende do tipo de obra, da natureza do solo encontrado e do maior ou menor conhecimento geolgico da regio.

- Usar de preferncia at dois afloramentos de projeto para cada torre; - Deixar o topo do concreto, no mnimo, 20 cm acima do terreno; - Verificar os afloramentos nos casos de travessias; - Evitar cortes do terreno (proteger contra eroso, se necessrio).

A execuo destes ensaios til em provas de carga de fundao, em projetos de fundao de longas linhas de transmisso e em casos especficos onde se tm dvidas das caractersticas do solo.

3. INVESTIGAES GEOTCNICAS

3.1 Ensaios de campo

3.1.1 Sondagens

essencial fazer sondagens (SPT, Rotativa e Borro) ao longo da linha, para que as fundaes das estruturas sejam dimensionadas com segurana e otimizao.

Os custos das sondagens representam de 0,5% a 1% do custo total de uma LT de 138 kV, circuito duplo. Esta porcentagem varia conforme a regio (normal , de serra e litornea) da obra. Para LT de 460 kV, circuito duplo, os custos das sondagens so inferiores a 0,3% do total.

Recomenda-se executar sondagens tipo SPT, prximas ao piquete central, em todas as estruturas de ancoragem e fim de linha, e em locais tais como: travessias de rios, aterros, fundos de vale, alagados, eroses e encostas.

A CESP faz em mdia uma sondagem SPT a cada cinco estruturas e dependendo do conhecimento da regio, esta proporo poder variar at 1 para 10. Tambm so executadas sondagens tipo Borro, em todas as estruturas da linha, exceto nos locais das sondagens SPT/Rotativa.

Dependendo da regio, necessrio fazer sondagem Rotativa em cada p da torre metlica, devido diferena de materiais atravessados.

Vale lembrar que, antes de executar as sondagens, deve-se aferir seus equipamentos, principalmente o peso do martelo padro e o comprimento do amostrador padro.

3.1.2 Investigaes auxiliares do solo

As sondagens a trado, os poos de inspeo, e a determinao da densidade natural/compactada e da umidade natural fornecem informaes de solo que auxiliam os projetos de fundao.

3.2 Ensaios de laboratrio

Atravs dos ensaios geotcnicos, em amostras deformadas e indeformadas, determinam-se os parmetros do solo para a elaborao dos projetos de fundao.

3.3 Provas de carga

Visam determinar, por meios diretos, as caractersticas de deformao ou resistncia do terreno, ou de elementos estruturais da fundao.

A execuo de provas de carga permite otimizar os projetos de fundao, assim como comparar os resultados prticos com os previstos nas teorias existentes.

A realizao de provas de carga (compresso e arrancamento) tambm importante para verificar a necessidade de reforo das fundaes nas seguintes situaes:

- Novas condies de presso de vento atuando numa LT em relao s consideradas no projeto original [1]; - Recapacitao de LT.

Como as condies das fundaes melhoram no decorrer do tempo, devido ao confinamento do solo, vantajosa a realizao de provas de carga, cujos resultados podero reduzir os custos de reforo das fundaes ou at mesmo evitar o reforo das mesmas.

Referente a ensaios, a CESP determinou a aderncia mdia solo x estaca (6 meses aps a crava- o das estacas) , na regio litornea de Bertioga, obtendo-se o valor de 1,4 tf/m2 na estaca de concreto e de 1,8 tf/m2 na estaca metlica. O solo constitudo de camadas intercaladas de areia fina, siltosa, fofa, com argila siltosa, muito mole a mole, submerso.

4. DIMENSIONAMENTO DAS FUNDAES

4.1 Mtodos de clculo - Torres metlicas

Os mtodos mais utilizados pela CESP para o clculo da capacidade de carga trao (arrancamen-to) das fundaes para as torres metlicas so: Mtodo do cone e Mtodo do cilindro de atrito.

O dimensionamento resistncia lateral (esforo horizontal) das fundaes em tubulo tem sido

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feito pelo Mtodo de Wiggins (Journal of the Power Division). Em fundao rasa, compara-se o momento resistente (pesos do solo e concreto) com o momento atuante na base da fundao.

Para o clculo da capacidade de carga do solo compresso mais usual determinar a tenso do solo por correlao com o nmero de golpes da sondagem tipo SPT, necessitando-se experincia profissional. Tambm aplica-se o Mtodo de Terzaghi (terico).

Convm alertar que a carga de trabalho e a carga ltima (carregamento da torre) esto relaciona-das com a tenso admissvel e a tenso de ruptura do solo, respectivamente.

4.2 Mtodo de clculo - Postes

A CESP tem aplicado o Mtodo de Sulzberger para calcular as fundaes de postes.

4.3 Coeficiente de segurana - Torres metlicas

O coeficiente de segurana utilizado para o dimensionamento das fundaes de torres metlicas (autoportante e estaiada) deve ser associado velocidade de vento e depende do tipo de carregamento da torre.

Nas torres cujo carregamento no tem fator de sobrecarga (carga de trabalho), recomenda-se adotar na fundao coeficiente de segurana de 1,3 a 2,0 (depende do mtodo de clculo e tipo de torre).

No caso de torres com carregamento ltimo (ultimate load), recomenda-se utilizar na fundao coeficiente de segurana de 1,1 a 1,5 (depende do mtodo de clculo e tipo de torre).

4.4 Coeficiente de segurana - Postes

Usualmente utiliza-se um coeficiente de 1,4 sobre a carga nominal, correspondendo ao limite elstico do poste (limite de carregamento excepcional). A carga de ruptura (limite ltimo) no mnimo igual a duas vezes a carga nominal.

5. TIPOS DE FUNDAO

A seguir so feitas recomendaes e apresentadas informaes tcnicas sobre os tipos de fundao de torres autoportantes, torres estaiadas e postes, nas fases de projeto e de construo.

5.1 Torres autoportantes

5.1.1 Tubulo

A profundidade do tubulo varia de 3,0 m a 10,0 m , pois depende do tipo de solo e dos esforos na

fundao. So executados manualmente ( fuste de 70 cm no mnimo) ou mecanicamente, com base alargada ou no.

Em solo seco, o tubulo moldado in loco e recomenda-se fazer um alargamento mnimo na sua base, igual ao dimetro do fuste mais 30 cm, devido existncia de esforos de arrancamento.

Em solo submerso, tem-se dado preferncia fundao cilndrica ( sem alargamento de base) com o uso de camisas metlicas ou de concreto (sem bolsa), mas com profundidade maior que o tubulo com base alargada, devido trao.

No caso de tubulo com base alargada, recomenda-se escavar apenas o fuste com a perfuratriz (mecanicamente), em geral com dimetro at 1,20 m. O alargamento de base tem sido melhor executado manualmente.

Se as escavaes forem feitas em poca de chuva e em solo arenoso, fofo (1 a 2 golpes SPT), aconselha-se utilizar camisa metlica (recupervel) no fuste de cada fundao, para evitar desmoronamentos do solo e acidentes com operrios.

5.1.2 Sapata

Esta fundao aplicada a pequena profundidade, varivel de 2,0 a 3,0 m , devido dificuldade de escavao mais profunda (presena de gua e desbarrancamento). Por isso, no deve ser utilizada em locais sujeitos eroso.

A sapata deve ser executada com escavao total, ou seja, retirada de todo o terreno atuante na vertical sobre a base (geralmente quadrada ou retangular) da fundao.

O pilarete da sapata pode ser vertical ou inclinado. Atualmente, tem-se utilizado o pilarete inclinado, com mais frequncia, pois os momentos atuantes na sua base so menores, reduzindo o custo da fundao.

A sapata vivel economicamente para torres de suspenso, em virtude dos pequenos esforos na fundao. Para torres de ancoragem e terminal (grandes esforos), devem ser feitas comparaes de custo com as fundaes em bloco e estaqueada.

5.1.3 Estaca

As fundaes estaqueadas geralmente so constitudas de estacas verticais e inclinadas (engastadas num bloco), sendo as ltimas destinadas a combater os esforos horizontais.

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Os tipos mais utilizados de estacas so: pr-moldadas de concreto armado e metlicas.

Antes de escolher este tipo de fundao deve-se observar, no campo, as condies de acesso para o bate-estacas. Se este equipamento ficar sob linha energizada ser preciso verificar a distncia da estaca ao cabo condutor.

As estacas metlicas devem ser protegidas contra corroso, atravs de um cobrimento (encapsulamento) de concreto de 5 cm, at 1,0 m abaixo do nvel de gua.

Se a cravao da estaca for interrompida a pequena profundidade (menos de 5 m), com com- primento insuficiente para combater o esforo de trao, ento pode-se adotar a fundao em caixa estaqueada. Esta caixa (concreto armado) preenchida com solo compactado, a fim de aumentar o peso do bloco e compensar a profundidade da estaca.

Nas torres de transmisso, normalmente trabalha-se com energia de cravao de 1,5 tf.m e com nega igual ou inferior a 3 cm nos ltimos 10 golpes.

Sugere-se utilizar flange (em vez de stub) no topo de cada pilarete destas fundaes, como dispositivo de fixao da torre, constitudo de chumbadores e chapa de base.

A aplicao de flange facilita e agiliza os servios de reconstruo da torre, numa eventual danificao na interface torre/fundao.

O uso de estacas injetadas tem sido ainda pequena, devido ao maior custo em relao estaca pr-moldada.

5.1.4 Bloco

O bloco aplicado a pequena profundidade, varivel de 2,5 a 3,5 m , devido dificuldade de escavao manual. Portanto, no deve ser utilizado em locais sujeitos eroso e em encostas ngremes.

A fundao normalmente executada com escavao total. No caso de o bloco ser moldado in loco, deve-se fazer o fuste com dimetro mnimo de 80 cm (depende da resistncia do solo) para facilitar a escavao.

5.1.5 Bloco ancorado

Esta fundao utilizada na ocorrncia de rocha no escavvel manualmente, a pequena profundidade (1,0 a 3,0 m), onde a construo de bloco simples (peso) insuficiente para suportar o arrancamento, exigindo, portanto, a sua ancoragem.

Geralmente so usados chumbadores com dimetro de 25 mm, ao CA-50 A, e introduzidos num furo de 50 mm, no mnimo.

Os projetos fixam o comprimento til das ancoragens engastadas na rocha s ou quase s, medianamente a pouco fraturada.

Recomenda-se ensaiar, por estrutura, pelo menos um chumbador ao arrancamento.

5.1.6 Grelha

A grelha aplicada em terreno seco e com profundidade que varia de 2,0 a 4,0 m. No deve ser aplicada em locais sujeitos eroso ou em reas alagadias.

Se houver um pequeno nvel de gua no fundo da fundao (cerca de 0,5 m), faz-se o esgotamento, atravs de bombeamento, e concreta-se at o mesmo nvel inicial.

As principais vantagens da grelha consistem na rapidez de execuo da fundao (escavao, montagem e reaterro) e na facilidade de transporte, principalmente em locais de difcil acesso para o uso de concreto.

A CESP tem constatado diversos casos de corroso nas grelhas, principalmente quando as mesmas esto aplicadas em solos considerados agressivos e at mesmo em regies com uso intensivo de fertilizantes e agrotxicos.

A agressividade do solo pode ser detectada pela medio da resistividade do solo e do coeficiente de despolarizao. Neste tipo de solo, recomenda-se fazer uma proteo anticorrosiva ou catdica nas fundaes com grelha.

Vale tambm chamar a ateno para a instalao da grelha na escavao. Devem ser feitos dois sulcos no fundo da cava para encaixar os perfis C da grelha e permitir que as cantoneiras L fiquem assentadas no terreno.

5.2 Torres estaiadas

Os tipos de fundaes mais empregados nas torres estaiadas da CESP so:

- estai : bloco de concreto (tronco cnico e prismtico)

- mastro central : tubulo e sapata.

As fundaes dos estais so submetidas apenas a esforos de trao (na direo do estai). Na fundao do mastro central atuam esforos de compresso (verticais e horizontais).

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Em geral, as fundaes em bloco prismtico para estai so projetadas at 3,0 m de profundidade.

Para os estais com fundao em bloco tronco cnico, sugere-se que a profundidade no ultrapasse 4,0 m. Isto deve-se ao custo da haste-ncora que fica embutida em cada fundao.

Para a estabilidade das fundaes dos estais (4) fundamental fazer o controle de qualidade de compactao em cada uma das cavas.

Recomenda-se que o reaterro seja compactado em camadas de 20 cm de espessura (no mximo) , de modo que se obtenha densidade seca igual ou superior a 1,8 tf/m3 e grau de compactao igual ou superior a 95% do Proctor Normal. A compactao deve ser feita com teor de umidade prxima da tima.

Durante a execuo, importante verificar o posicionamento da haste-ncora, devendo estar com a inclinao indicada no projeto.

Para o mastro central, sugere-se, calcular projetos-padro de tubulo com profundidade varivel de 3,0 a 5,0 m. Normalmente a sapata projetada com pequena profundidade (1,0 a 1,5 m).

Os cuidados na execuo das fundaes para o mastro central so semelhantes s das torres autoportantes.

5.3 Postes

As fundaes mais usuais da CESP, a partir de 69 kV, para engastamento de poste em solo seco so: bloco cilndrico ou retangular (moldado in loco) e caixa de concreto.

Em solo submerso, as fundaes mais utilizadas so: bloco cilndrico com tubos de revestimento de concreto (incorporados) e bloco retangular com escoramento.

Nos postes de suspenso, o preenchimento das cavas, das fundaes da CESP, normalmente so feitos com reaterro compactado em solo seco, e brita ou concreto em solo submerso.

Nos postes de ancoragem e terminal as cavas geralmente so preenchidas com concreto simples.

A utilizao de caixa de concreto recomendada especialmente no caso de a cava da fundao ser preenchida com areia adensada com circulao de gua, em solo arenoso. Se esta fundao (bloco) fosse moldada in loco, seria necessrio muita gua para adensar a areia, devido permeabilidade deste solo.

A execuo com caixa de concreto permite um maior espao de tempo entre a escavao e a colocao

do poste, em comparao com a fundao moldada in loco, alm de evitar desbarrancamento do solo. Porm, apresenta a desvantagem de ser mais cara e demorada.

6. RECOMENDAES GERAIS

A seguir so feitas recomendaes genricas e adicionais para as fundaes de linhas de transmisso:

- Estudar alternativas de projeto e comparar os seus custos;

- Dar ateno especial s fundaes das estruturas adjacentes s travessias (rios, rodovias, ferrovias e LTs);

- Planejar as etapas de execuo da obra para evitar a sua paralisao;

- Proteger as escavaes abertas com tampes/cercas para impedir a entrada de gua (chuva) e de detritos, bem como a queda de animais no interior das mesmas;

- Trabalhar sempre com profissionais experientes em explosivo, no caso de sua utilizao nas fundaes.

7. REDUO DE CUSTO E ECONOMIA

A seguir so descritos trs exemplos de reduo de custo e um de economia obtidos na CESP:

- A utilizao de esforos reais nas fundaes, em substituio aos esforos mximos, permitiu uma reduo de custo nas fundaes de 31%, equivalente a US$ 192.000, na LT 345 kV So Roque-Interlagos, com extenso de 61 km;

- Na comparao dos custos das fundaes, na LT 460 kV Jupi-Taquaruu (circuito simples - cabo Grosbeak - 208 km), entre o caso real da linha definida com torres estaiadas (90% de estaiada e 10% de autoportante) e o caso hipottico da linha definida com torres autoportantes (100%), houve uma reduo de 40%, equivalente a US$ 2.150.000; [3]

- A utilizao de torres estaiadas (caso real) na LT 460 kV Jupi-Taquaruu, em substituio s torres

autoportantes (caso hipottico), permitiu uma reduo global de 9,7% de custo na linha, equivalente a US$ 4.150.000; [3]

- A CESP realizou provas de carga de compresso e de arrancamento nas fundaes em grelha na LT 138 kV Presidente Prudente-Porto Primavera (circuito duplo - cabo Grosbeak) para avaliar a resistncia das mesmas, para condies mais severas de presso de vento (novo carregamento), em relao s consideradas no projeto original, devido a quatro acidentes ocorridos nesta

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linha. Mediante os resultados destas provas de carga, considerou-se desnecessrio reforar as fundaes em grelha (contrariando a necessidade terica), proporcionando uma economia de US$ 1.995.000. [1]

8. CONSIDERAES FINAIS

A qualidade da fundao est diretamente relacionada com a boa tcnica e responsabilidade nos servios, tanto na fase de elaborao do projeto como na de construo.

Para isso importante a fiscalizao permanen- te na realizao das sondagens (dados para projeto) e nas etapas de execuo das fundaes.

9. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] ASHCAR, R. et alii - Provas de carga nas fundaes em grelha na LT 138 kV Presidente Pru- dente-Porto Primavera. In: Encontro Regional Latino- Americano da Cigr, 7o , Puerto Iguaz, 1997.

[2] ASHCAR, R. - Fundaes para linhas de transmisso. In: Seminrio Avanado em Linhas de Transmisso de Energia Eltrica, 1o , Belo Horizonte, 1996.

[3] ASHCAR, R. - Comparaes de custos entre torres estaiadas e autoportantes na LT 460 kV Jupi-Taquaruu. In: Encontro Regional Latino-Americano da Cigr, 5o , Ciudad del Este, 1993.

AGRADECIMENTOS

Aos colegas da Diviso de Engenharia de Linhas e Subestaes, pelo constante apoio e estmulo no desenvolvimento deste trabalho, e em especial aos engenheiros Jos Augusto Siqueira e Fernando Duarte de Oliveira Barros.