Microestacas em Linhas de Transmissão

Introdução

Segundo a NBR 6122:2019 (Projeto e Execução de Fundações), microestacas são estacas moldadas in loco, armada, executada por prfuração rotativa ou rotopercussiva e injetada com calda de cimento por meio de tubos com válvulas (manchetes).

Linhas de Transmissão

As fundações em microestacas que suportam estruturas de Linhas de Transmissão normalmente consistem em várias microestacas dispostas em uma distribuição circular ou quadrada, e são comumente locadas distante do centro da distribuição para fornecer maior resistência à carga lateral. Projetadas e construídas para fornecer capacidades de fundação em uma gama de materiais geotécnicos. Os requisitos de instalação são determinados para cada local após caracterização das condições geotécnicas em cada fundação

Uma solução ainda não muito utilizada no Brasil mas que já é consagrada em solos americanos.  Um relatório de estado da arte do Centro de Avanço Energético por meio da Inovação Tecnológica em 2015 traz uma discussão detalhada sobre o uso e aplicação de fundações em microestacas para linhas de transmissão (Kandaris & Davidow 2015). O relatório observa que as microstacas são usadas para apoiar torres treliçadas e estruturas de postes tubulares em aço, muitas vezes em locais de difícil acesso, em condições de solo desafiadoras ou locais ambientalmente sensíveis. Cargas laterais aplicadas são convertidas e resistidas por tensão axial e compressão em estacas individuais (Kandaris & Davidow 2015).

O aço central transfere a força axial através do atrito com o concreto e o solo, enquanto seções rugosas interagem com o solo ou rocha circundante para fornecer capacidade lateral. As microestacas são usadas mais frequentemente em grupos (configuração vertical ou inclinada ou uma combinação destas), que transferem cargas de estruturas para a subsuperfície, usando placas de aço estruturais para ancorarem no bloco.

Projeto de Microestacas

As fundações em microestacas são projetadas usando padrões e códigos aceitos internacionalmente. As microestacas podem ser projetadas usando os métodos de Carga de Serviço (SLD/ASD) ou de Projeto (LFD/LRFD) da Federal Highway Administration (FHWA) SA-97-070 (Armour, et al, 2000) e NHI-05-039 (Sabatini, et al, 2005) e do American Institute of Steel Construction (AISC, 2017). Os blocos de coroamento são geralmente projetados usando métodos LRFD do ACI (ou NBR 6118) e AISC (ou NBR 8800) para tampas de concreto e de aço, respectivamente.

O grupo de microestacas será submetido a uma variedade de condições de carregamento específicas do tipo de estrutura de transmissão que eles suportam, incluindo momentos de tombamento, cortante e carregamento axial. O desempenho da fundação (recalque, arrancamento, deflexão lateral e rotação) também é um fator, pois o movimento excessivo da fundação pode ser prejudicial à estrutura de transmissão. A avaliação precisa da rigidez lateral e axial do modelo geoestrutural é importante para a adequada proporção do sistema de microestacas. A abordagem de projeto avalia partes em conjunto e isolados para determinar o modo crítico de falha. O guia de projeto da FHWA (Sabatini, et al, 2005) fornece um processo para permitir que o engenheiro elabore um passo a passo de projeto. Os elementos inlcuem:

• Projeto estrutural do trecho encamisado da microestaca. Equações combinadas de compressão e flexão avaliam o potencial de flexão da camisa. Métodos de análise são usados tanto para microestacas verticais quanto para as inclinadas.
• Projeto estrutural do trecho não encamisado da microestaca. A capacidade de tração da barra de reforço central e a capacidade de compressão tanto da barra quanto do material circundante são avaliadas.
• Capacidade geotécnica da microestaca. O atrito na ligação da interface da argamassa e solo ou argamassa e rocha são avaliadas em compressão e tração.
• Capacidade geotécnica do grupo de microestacas. Os elementos da análise do grupo incluem eficiência na tração e compressão com base na geometria do grupo, avaliação da possível falha do bloco por cisalhamento do grupo e assentamento do grupo de estacas. O desenho do bloco também deve ser incluído para avaliar o impacto tanto no peso da fundação quanto na rigidez no bloco.

As microestacas podem ser projetados com software auxiliado por computador, como o LPILE da Ensoft para fundações de estaca única e o GROUP para fundações de várias estacas (principalmente uma análise de carga lateral/momento). Uma breve descrição da modelagem utilizando os produtos Ensoft é dada nas discussões a seguir.

Fundações Únicas de Microestacas no Software LPILE

Cada estaca é modelada em LPILE com um comprimento e inclinação definidos pelo usuário conforme necessário. O usuário deve inserir as propriedades mecânicas e físicas estruturais da estaca, bem como parâmetros adequados do solo para as condições que estão sendo consideradas. Para modelos de solo com inclinação, o usuário pode optar por usar a resistência lateral do solo desenvolvida pelo LPILE ou modelos de curva p-y do solo definidos pelo usuário. Os modelos LPILE normalmente usam condições de contorno com cabeça livres. O LPILE calcula para cargas individuais de estacas (cortante e momento) e o máximo de tensão interna em cada estaca. Os dados são analisados ao longo do comprimento de cada estaca para determinar a profundidade de fixação da camisa da microestaca (a profundidade abaixo da qual a camisa não é mais necessária para resistir ao carregamento lateral). O LPILE também prevê o movimento de fundação vertical, lateral e rotacional. Após inúmeras iterações, a barra da microestaca, o tamanho da camisa e a profundidade mínima são selecionados para cada opção de fundação para satisfazer eficientemente os critérios de carregamento e desempenho especificados para o projeto. A resistência axial da estaca é alcançada através da interação de ligação argamassa-solo da estaca em unidades geotécnicas adequadas.

Fundações Múltiplas de Microestacas no Software GROUP

Uma diversidade de disposição de estacas no bloco, ângulo de inclinação são modeladas no softwate GROUP para determinar a configuração de estacas mais apropriada. O usuário deve inserir as propriedades mecânicas e físicas estruturais da estaca, bem como parâmetros adequados do solo para as condições que estão sendo consideradas. Deve-se considerar o bloco de coroamento, e devem ser determinadas condições da cabeça da estacas e coordenadas de ponto de carga. Normalmente, um bloco de coroamento de aço em placa plana é idealizado como uma condição de cabeça de estaca fixada e o carregamento é colocado com deslocamento vertical nulo, uma vez que a conexão da estrutura é relativamente próxima da cabeça da estaca.  Os blocos de coroamento em concreto tipicamente idealizam uma condição fixa da cabeça da estaca resultante da contenção rotacional fornecida pela incorporação da cabeça da estaca no bloco de concreto. Um deslocamento de carga vertical é normalmente usado para um bloco de concreto devido a distância relativamente grande entre a conexão da estrutura e a cabeça da estaca. O GROUP não permite explicitamente que o usuário especifique as condições do solo inclinado, portanto, o usuário deve definir e inserir modelos de curva p-y do solo conforme necessário.

O GROUP dimensiona para cargas individuais de estacas (axial, cortante e momento) e o máximo de tensão interna em cada estaca. Os dados são analisados ao longo do comprimento de cada estaca para determinar a profundidade do encamisamento (a profundidade abaixo da qual o encamisamento não é mais necessário para resistir ao carregamento lateral). O GROUP também prevê o movimento de fundação vertical, lateral e rotacional. Após inúmeras iterações, o número de microestacas, tamanho de barra e encamisamento são selecionados para cada opção de fundação para satisfazer eficientemente os critérios de carregamento e desempenho especificados para o projeto. A resistência axial da estaca é alcançada através da interação de ligação argamassa-solo da porção não encamisada da estaca em unidades geotécnicas adequadas.

Referências Bibliográficas

American Institute of Steel Construction (AISC). 2017. Steel Construction Manual, 15th Ed.

Armour, T., Groneck, P., Keely, J., & Sharma, S. 2000. Micropile design and construction guidelines implementation manual, Report No. FHWA-SA-97-070. Federal Highway Administration (FHWA) Office of Technology Applications. 380 p.

Kandaris, P. M., & Davidow, S. 2015. Study of electric transmission line deep foundation design. In Electrical Transmission and Substation Structures; pp. 577-587.

Post Tensioning Institute (PTI). 2014. Recommendations for Prestressed Rock and Soil Anchors. PTI DC35.1-14. 109 p. Sabatini, P.J., Tanyu, B., Armour, T., Groneck, P. & Keely, J. 2005. Micropile Design and Construction (Reference Manual for NHI Course 132078), Report No. FHWA-NHI-05-039. Federal Highway Administration (FHWA) Office of Technology Applications.