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Uma análise detalhada dos diferentes tipos de fundações considerados para a implantação de torres metálicas autoportantes para telecomunicações. São abordados os aspectos técnicos, econômicos e construtivos de duas opções de fundação: radier e estaca raiz. O documento discute os requisitos de projeto, as características do solo, os métodos executivos, os custos e a duração de cada alternativa. A análise comparativa permite concluir que, para o caso estudado, a fundação em radier é a opção mais adequada, considerando fatores como segurança, viabilidade técnica e econômica. O documento também destaca a importância do conhecimento das propriedades mecânicas dos solos e da geologia para o projeto de fundações na engenharia civil.
Tipologia: Esquemas
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Trabalho de conclusão de curso, apresentado como exigência para obtenção do Título de Engenheira Civil, ao Centro de Ciências Exatas, Ambientais e de Tecnologias da Pontifícia Universidade Católica de Campinas.
Orientadora: Profa. Dra. Patrícia Stella Pucharelli Fontanini.
OLIVEIRA, Marcela Miranda. Fundações para torres de telecomunicação.
O presente trabalho em questão consiste em demonstrar quais os tipos mais utilizados de fundação para torres de telecomunicação. Apresentar os tipos de solos encontrados na região a partir das sondagens realizadas e por fim apresentar um estudo de caso do projeto em um site, apontando o tipo de fundação escolhida e de que forma ela atendeu construtivamente e economicamente o projeto. Também será realizada uma comparação de viabilidade técnica e econômica para a implantação de suas instalações, em termos de custo no estado do Mato Grosso do Sul, considerando dois tipos de fundações diferentes para a mesma localidade. Esse comparativo permitirá complementar as considerações finais para a tomada de decisão na escolha do tipo de fundação a ser executada, demonstrando que, nem sempre a escolha se dá pela economia, uma vez que a disponibilidade de recursos é importante também.
Palavras-chave : Fundação. Torres de telecomunicação. Sondagem. Recursos.
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O atual crescimento da tecnologia e suas diversas aplicações vêm provendo um aumento na demanda de construção de torres metálicas, esse aumento ocorre devido a sua grande aplicação em suporte de diversos tipos de antenas que utilizam o sistema de rádio base, assim como suporte para outros tipos de antenas, câmeras ou radares.
O mercado de defesa e segurança é um dos grandes responsáveis por essa procura. O Brasil está em um grande momento de investimento na área de segurança das suas fronteiras e apostando alto nas tecnologias disponíveis dentro e fora do nosso país. Atualmente existem dois projetos grandes: o SIFRON (Sistema de Monitoramento das Fronteiras) que já teve início no processo de implantação e o SISGAAZ (Sistema de Gerenciamento da Amazônia Azul) em processo de licitação.
Os projetos de fundação para torres de telecomunicação, bem como todo o tipo de infraestrutura necessária para instalar um site , é uma etapa importante na implantação de qualquer projeto de empresa de telefonia e também na área de defesa e segurança. Atuando diretamente nesta área, propõe-se fazer a pesquisa em função de sua importância em instâncias nacionais e por ser ainda uma área de conhecimento a ser explorada.
As torres metálicas são caracterizadas pelo trecho piramidal e à medida que se aproxima do topo torna-se um trecho reto. As alturas podem variar e geralmente são a partir de 10 metros e podem chegar até a 110 metros. Essa altura está limitada as leis de cada município e ao COMAR (Comandos Aéreos Regionais), mas o que define a altura é a capacidade de área de exposição ao vento, localização, tamanho, perfil geotécnico do terreno, os aparelhos que serão instalados e seu peso. A área para implantação de uma torre metálica necessita ser relativamente grande para a execução de sua fundação. A área de fundação geralmente é grande, principalmente se tratando de um radier.
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O objetivo principal desse trabalho é apresentar critérios para a escolha de uma fundação destinada a suportar uma torre de telecomunicação, demonstrando todos os elementos necessários a serem considerados. (localização, tipo de solo, viabilidade logística, disponibilidade de recursos e impactos financeiros)
O trabalho tem como objetivos secundários:
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Em sua história, as técnicas das fundações têm uma fonte de ensinamentos que interessa aos técnicos e aos leigos: algo firme, sólido, e não só auto-sustentável, mas capaz de sustentar estruturas sobre elas apoiadas. São chamadas de superestruturas porque precisam ser sustentadas, já que seu próprio peso gera uma carga que é aplicada sobre o solo, este que recebe a infraestrutura ou fundação que vai receber a carga desta superestrutura. Se considerarmos como infraestrutura apenas a parte da estrutura abaixo do nível utilizável, veremos que ela apenas transfere para seu apoio natural toda a responsabilidade pela sustentação (NAPOLES, 1996).
Para Terzaghi (1943), os projetos em concreto e aço, bem como muitos outros ramos da engenharia, podem ser praticados por homens experimentados de forma rotineira. Em contraste, no campo da geotécnica, cada novo trabalho envolve, ao menos, alguns aspectos menores que são sem precedentes. Estes aspectos nos mantêm alertas, a despeito da extensão que possa ter nossa experiência no espaço e no tempo, e a atração do inexplorado nunca se desfaz.
Percebe-se que para solucionar problemas geotécnicos, os engenheiros utilizam de suas experiências e desenvolvem suas intuições a respeito do comportamento dos solos, assim é possível interpretar resultados, mas sempre considerando a teoria e os resultados das mecânicas dos solos, que não é uma ciência exata. Foi por isso que Terzaghi disse que suas teorias são simples para serem valorizadas porque as propriedades dos solos reais são tão complexas que os erros resultantes de suas avaliações numéricas podem exceder as imprecisões das teorias simples. O autor ainda destacou que para as teorias mais complicadas em soluções matemáticas exigissem um enorme gasto de tempo e esforço. Isso para outros tempos porque com a utilização de programas computacionais nos tempos de hoje é possível resolver estudos probabilísticos e de variáveis, incertezas, risco e demais métodos que necessitem de cálculos complexos, mas mesmo com essas ferramentas é necessário o bom senso e a experiência para análise dos resultados.
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Todo projeto de fundações contempla as cargas aplicadas pela obra e a resposta do solo a estas solicitações. Os solos são muito distintos entre si e respondem de maneira muito variável, por isso, toda experiência transmitida pelas gerações de construtores sempre se relaciona ao tipo de solo existente (PINTO, 1996).
O comportamento dos solos possui estudos bem elaborados, desenvolvidos no século passado por Coulomb (1773), Rankine (1856) e Darcy (1856). Mas ao longo do tempo percebeu-se que esses estudos não eram suficientes para impedir colapsos e outros problemas encontrados nas fundações e acrescentando a todo esse histórico à sua experiência foi que Karl Terzaghi introduziu o conceito de tensões efetivas na década de 1920. Terzaghi através de sua dedicação e conhecimento buscou uma solução para os problemas envolvendo a engenharia de solos e fundações, através dos resultados apresentados e suas publicações técnicas tornou-se renomeado no assunto e pode-se considerar que foi o grande responsável por tornar a mecânica dos solos uma ciência na engenharia, esse foi o marco também para que essa ciência tornasse uma matéria fundamental no curso de engenharia civil.
Através da mecânica dos solos é possível entender o comportamento e conhecer as propriedades solo, já o conhecimento da Geologia é de fundamental importância para o tratamento correto dos problemas de fundação.
Como disse Pinto (1996), a engenharia de fundações é uma arte, que se aprimora pela experiência, com o comportamento das fundações devidamente observado e interpretado, e isto não se faz sem atentar para as peculiaridades dos solos. Por outro lado, todo desenvolvimento de técnicas de projeto e de execução das fundações depende do entendimento dos mecanismos de comportamento dos solos.
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a. O “Standard Penetration Test” – SPT;
b. O “Standard Penetration Test” complementado com medidas de torque
c. O ensaio de penetração de cone – CPT;
d. O ensaio de penetração do cone com medida das pressões neutras, ou piezocone – CPT-U;
e. O ensaio de palheta – “Vane Test”;
f. Os pressiômetros (de Ménard e auto-perfurantes);
g. O dilatômetro de Marchetti;
h. Os ensaios de carregamento de placa – provas de carga;
i. Os ensaios geofísicos, em particular o ensaio de “Cross-Hole”;
Dos ensaios citados acima, há alguns que não são utilizados no Brasil, outros que já caíram em desuso e o mais utilizado tanto no Brasil quanto no resto do mundo é o SPT. No Brasil ele foi normatizado pela ABNT através da NBR 6484 “Solo – Sondagens de simples reconhecimento com SPT – Método de ensaio” (SPT – Standard Penetration Test).
A NBR 6484 especifica a quantidade mínima de 03 furos, com distâncias diferentes um do outro de forma a ocupar o todo o espaço necessário em que será realizada a construção, sendo assim, podemos afirmar que a quantidade de furos e os pontos de localização são definidos de acordo com as características da obra. Por serem obras de pequena área de ocupação, os sites de telecomunicação possuem quantidade reduzida de furos, geralmente 03 (três) pontos são suficientes atendendo assim a especificação da norma citada.
A sondagem a percussão é um procedimento de investigação que, associado ao ensaio de penetração padronizada (SPT), mede a resistência do solo ao longo da profundidade perfurada. Seu método de funcionamento consiste
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em contar o número de golpes N necessários para que um peso 65 Kg, caindo da altura de 75cm, crave um amostrador de 2” de diâmetro externo para penetrar no solo (QUARESMA et al., 1998).
O autor ainda descreve que o amostrador deve ser colocado no fundo do furo, assinalando-os de maneira visível, na porção de hastes que permanecem fora do revestimento, três trechos de 15,0cm cada, a contar do topo do revestimento. Em seguida, o martelo deverá ser suavemente apoiado sob a composição de hastes e a eventual posição observada deve ser anotada.
A penetração a partir desta forma corresponderá a zero golpe. Caso não ocorra penetração igual ou maior que 45,0cm no procedimento citado, será iniciada a cravação do amostrador através da queda do martelo. Cada queda corresponde a um golpe e serão aplicados tantos golpes quantos forem necessários à cravação de 45,0cm do amostrador (QUARESMA et al., 1998).
A cada 15,0cm cravado deverá ser realizada a anotação da quantidade de golpes necessários, para as penetrações superiores a 15,0cm também são realizadas as anotações e não ocorre aproximação de valores.
De acordo com (QUARESMA et al., 1998), a resistência a penetração consistirá no número de golpes necessários à cravação dos 30,0cm finais do amostrador.
Quando a penetração for inferior a 5,0cm após a aplicação de 10 golpes consecutivos ocorrerá a interrupção da cravação e desconsidera os 5 primeiros golpes do ensaio ou também caso já tenha ocorrido 50 golpes no mesmo ensaio. Por estes motivos haverá a classificação do solo como impenetrável.
O objetivo da realização da sondagem é conhecer o tipo de solo atravessado através da retirada de uma amostra deformada a cada metro perfurado, a resistência oferecida pelo solo à cravação do amostrador padrão e a posição dos níveis d’água, quando encontrado (QUARESMA et al., 1998).
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pela aparente resistência ao escorregamento, e ela independe da tensão normal atuante (CAPUTO, 1986).
Como já citado anteriormente, a compressibilidade é outro fator importante a ser considerado, uma vez que causa grande preocupação, e caso seja ignorada poderá acarretar problemas para a Engenharia de Fundações. Conforme descrito por Carpenedo (1994) quando os solos deformam, as estruturas sofrem recalques, mas podem-se considerar estas forças relevantes desde que não provoquem ruptura ou plastificação do solo e estejam distribuídas igualmente sobe a estrutura.
A consistência ou compacidade das diversas camadas do solo podem estar correlacionadas com a tensão admissível a ser transmitida diretamente para o solo através de uma fundação rasa. Para avaliar a tensão admissível do solo, para o apoio de uma fundação, devem-se considerar os valores de “SPT” compreendidos na região mais solicitada ou o que chamamos de “bulbo de pressões”.
Não se pode esquecer que o conceito principal da fundação é que se trata de um sistema usado para apoiar no solo ou rocha, uma estrutura qualquer, de maneira a obter segurança em relação a dois condicionantes: ruptura e recalque. Sendo assim, é importante lembrar que a fundação deve ser projetada de forma que os recalques do solo sejam compatíveis com os recalques admissíveis pela superestrutura e que o solo não seja exigido em situação limite quanto a sua resistência, evitando o deslocamento da fundação e podendo comprometer toda a superestrutura que está sendo suportada, levando a mesma a uma situação de ruína.
Terzaghi estabeleceu uma correlação para solos coesivos, esses valores podem ser vistos na tabela abaixo. Esta correlação entre o índice de resistência à penetração e a resistência à compressão simples é ainda menos precisa que a anterior e tem também caráter indicativo (CAMPOS, 2007).
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Tabela 1 – Relação entre tensão admissível e número de golpes (SPT)
Além da tabela acima há também a NBR 6122/96, que relaciona alguns fatores importantes para a determinação da tensão admissível conforme listados abaixo:
a. Profundidade da fundação;
b. Dimensões e formas dos elementos de fundação;
c. Características das camadas de terreno abaixo do nível da fundação;
d. Nível d’água encontrado;
e. Modificações das características do terreno por efeito de alívio de pressões, alteração do teor de umidade ou ambos;
f. Características da obra, em especial a rigidez da estrutura;
g. Recalques admissíveis, definidos pelo projetista da estrutura.
A norma ainda descreve a existência de outros métodos que possibilitam a determinação da tensão admissível, esses métodos podem ser utilizados de acordo com as suas características individuais como visto abaixo:
a. Métodos teóricos;