Armadura transversal - Dimensionamento Estrutural

4.2 Dimensionamento Estrutural

4.2.2 Armadura transversal

Devido à desconsideração de atuação da carga horizontal sobre a estaca, adota-se que não há esforço cortante atuando ao longo do fuste, o que caracteriza a não obrigatoriedade de serem utilizadas armaduras transversais para promover a segurança estrutural do elemento quanto às solicitações cortantes.

Entretanto, de acordo com o item 18.2.1 da NBR 6118 (ABNT, 2014), o arranjo das armaduras deve atender não só a função estrutural, como também das condições adequadas de execução, particularmente com relação ao lançamento e ao adensamento do concreto.

Sendo assim, é indispensável a utilização de armaduras transversais para que seja garantida a correta espessura de concreto reservada ao cobrimento das armaduras longitudinais. Como já mencionado, para que a segurança do elemento estrutural seja garantida, é vital impedir que ocorra corrosão das armaduras por qualquer mecanismo de corrosão. que determina vigorosamente a confiabilidade e a segurança estrutural do elemento submetido à tração.

Portanto, é adotada a solução de armadura do tipo hélice para atender às

𝐴_𝑠𝑤

𝑠 ≥ (0,2 × 0,3 × 𝑓_𝑐𝑘²³

𝑓_𝑦𝑤𝑘 ) × 𝑏_𝑤

(44)

Adotando o mesmo aço CA 50 para a armadura transversal em hélice, tem-se que fywk = 500 MPa, e adotando a dimensão bw como o diâmetro da estaca de 0,80 m, obtém-se o a área de aço transversal por metro:

𝐴_𝑠𝑤

𝑠 ≥0,2 × 0,3 × 40²³

500 × 0,80 = 11,23 𝑐𝑚²/𝑚

Adotando barras de 8mm de diâmetro nominal, cuja área de seção transversal é de 0,503 cm², são necessárias 22,3 barras cruzando o plano vertical que atravessa pelo eixo longitudinal da estaca. Portanto, são adotados de maneira 24 pontos de cruzamento no plano para cada metro do elemento, correspondendo a 12 pontos em cada lado oposto do plano respeitando a distância do cobrimento de concreto.

Para os 12 pontos em formato de hélice, são necessários 12 espaçamentos entre as faces, portanto o espaçamento s é calculado em:

𝑠 = 100

12 = 8,33 𝑐𝑚

Em resumo, para atender a taxa mínima de armadura transversal ao longo do fuste, é necessária uma disposição de armadura de 8,0 mm de diâmetro nominal, do tipo hélice com passo definido em 8,33 cm.

CONCLUSÕES

É possível dizer que os objetivos do trabalho foram atingidos, pois já que foram devidamente apresentados diversos aspectos relacionados à filosofia de concepção de projetos e execução de empreendimentos de linhas de transmissão, além de serem descritos os mais conhecidos métodos de cálculo de capacidade de carga utilizados na prática deste ramo e, por fim, a realização propriamente dita do dimensionamento geotécnico e estrutural da estaca submetida à uma hipótese fechada de cálculo. A proposição de adaptação do método apresentada pode ser aplicada para quaisquer estacas circulares em locais de implantação que apresentem laudos de sondagem SPT quaisquer.

Inegavelmente, a demanda de energia tem se caracterizado como crescente ao longo dos anos, e frente a isso, tornam-se necessária a implantação de novos empreendimentos de geração de energia elétrica a partir de diferentes fontes energéticas. A necessidade de transporte de energia aos centros urbanos então é refletida na implantação de empreendimentos de linhas de transmissão, e, como mencionado, os diferentes tipos de torres, esforços e, principalmente, os mais diversos tipos de solos encontrados nos locais de implantação das torres, faz com a determinação das melhores soluções para as fundações das torres seja um grande desafio de engenharia.

Para vencer esse desafio, a prática cotidiana dos projetistas da área busca simplificar as soluções geotécnicas de fundações para a implantação das torres através da tipificação de solos e projetos, que propiciam maior agilidade na etapa construtiva do empreendimento.

Como evidenciado, a dificuldade de prever com exatidão a capacidade de carga de elementos de fundação submetidos à tração vertical foi responsável pela concepção de diversos métodos, elaborados por autores variados, ao longo dos anos, que propõem considerações distintas nos respectivos cálculos. A adoção de superfícies de ruptura equivalentes, de coeficientes de capacidade de carga variados e principalmente do mecanismo de ruptura, são os principais pontos de distinção entre os métodos.

A partir da apresentação do exemplo indicado por Danziger (1983), referente ao cálculo da capacidade de cargas de estacas submetidas à tração em solos estratificados, e da validação realizada para o método adaptado, são abordados alguns pontos interessantes para discussão:

No exemplo de Estaca Cilíndrica em Solo Estratificado apresentado no item 2.7.3.6.1, nota-se que não houve nenhuma indicação ou comentário referente a como foram definidas as espessuras das camadas e seus respectivos parâmetros geotécnicos ɣ, C e ɸ.

A determinação dos valores dos coeficientes de capacidade de carga Mc, Mɸ, Mɣ e Mq é dada através de uma única leitura para cada um dos respectivos ábacos, independente da espessura da camada. O autor não indica a existência de algum limite de espessura para determinação desses valores, sendo assim, pode-se concluir que é possível adotar um único valor para cada coeficiente de capacidade Mc, Mɸ, Mɣ

e Mq para uma camada muito espessa de solo. Entretanto, chegou-se à conclusão de que tal medida pode gerar resultados distorcidos, já que os valores dos coeficientes podem não ser bem representativos ao comportamento de cada metro de solo ao longo da camada muito espessa.

Referente à transformação da superfície de ruptura para as diferentes camadas de solo em torno da estaca, pode-se dizer que, devido ao peso de concreto e de solo atuarem como cargas estabilizantes do sistema, não restam dúvidas que a consideração do peso de solo no cilindro equivalente vai de encontro à segurança quando comparado ao peso de solo no interior da superfície de ruptura inclinada.

Entretanto, tal consideração pode vir a tornar a solução geotécnica do método demasiadamente antieconômica.

Como evidência dessa constatação, é possível supor uma hipótese na qual a região próxima à ponta da estaca encontra-se imersa em uma camada fina de solo pouco competente, com baixo ângulo de atrito, sobreposta por uma camada espessa de solo mais competente ao longo do restante do fuste. O cilindro definido para a estaca equivalente na camada superior inicia na zona de transição entre as duas camadas distintas de solo, com um afastamento do eixo da estaca de acordo com o ângulo da superfície de ruptura da camada inferior, conforme a Figura 74.

A adoção do peso de solo no interior do cilindro de raio equivalente nessa hipótese resulta em uma grande diferença quando comparada ao volume de solo no interior da superfície de ruptura inclinada. Como resultado, seria necessário que a estaca possuísse uma profundidade maior para que sua capacidade de carga final alcançasse o mesmo valor da estaca que considera o peso de solo no interior da superfície de ruptura inclinada.

Além disso, no exemplo, os valores dos coeficientes de capacidade de carga Mc, M^ɸ, M^ɣ e Mq são determinados na relação da profundidade relativa D/R com a profundidade D similar à da espessura da camada, e com o raio R como sendo o raio da estaca equivalente. Essa adoção afeta na correta determinação dos valores dos coeficientes de capacidade de carga para cada metro ao longo da espessura da estaca equivalente, ocasionando alterações significativas nos resultados de capacidade de carga.

A partir desta reflexão, sabendo-se da dificuldade de ser determinada a capacidade de carga de elementos tracionados em meio a solos com perfis estratificados, foi proposta uma adaptação do método de Grenoble para a realização do dimensionamento geotécnico de uma estaca através do uso de planilha eletrônica, capaz de considerar variável a inclinação da superfície de ruptura adotada a cada incremento de profundidade especificado.

Na validação do método adaptado, conclui-se que quanto maior o número de camadas definidas pela espessura Di maior é a diferença entre os valores de capacidade de carga obtidos através das formulações para solo homogêneo e heterogêneo. Desta forma, a utilização do método adaptado para esta hipótese de cálculo na profundidade especificada mostrou ser mais conservador.

A hipótese de cálculo adotada para o dimensionamento possibilitou a aplicação do método adaptado proposto pelo autor para o dimensionamento geotécnico da estaca submetida à tração. Em conjunto, foi verificado o dimensionamento geotécnico da estaca submetida à compressão vertical através do método de Aoki-Velloso.

A partir dos resultados encontrados no dimensionamento geotécnico da estaca, é possível afirmar que a profundidade mínima necessária para que a capacidade de carga à tração atenda ao valor da carga de arrancamento de cálculo é maior quando comparada à profundidade mínima para absorver a carga de compressão. Portanto, conclui-se que a tração foi mandatória para obtenção da geometria e dimensões do elemento.

Por fim, foi realizada a verificação dos estados últimos de compressão e tração, assim como o estado limite de serviço quanto à abertura de fissuras na estaca como elemento de concreto armado e a determinação de taxa mínima de armadura transversal.

No caso particular da verificação quanto à abertura de fissuras (ELS-W), pode-se dizer que sua análipode-se é indispensável para garantir a pode-segurança de estabilidade das torres, já que a corrosão de armaduras afeta diretamente na capacidade de carga calculada para a estaca como elemento geotécnico. Uma limitação encontrada durante a realização dessa verificação foi a adoção de uma porcentagem para correlacionar o valor da carga frequente com o valor carga máxima absoluta da torre, proveniente do projeto da estrutura metálica da torre.

A partir da análise dos resultados encontrados nas três diferentes verificações realizadas no dimensionamento estrutural da estaca, é possível dizer que as disposições de armadura longitudinal, que atendem à verificação de ELU para compressão, resultantes da verificação do ELS-W apresentam um maior número de barras para uma mesma bitola quando comparados à verificação do ELU à tração, conforme apresentado nas tabelas em anexo. Portanto, conclui-se que a verificação do ELS-W é mandatória para obtenção da área de aço e da disposição das barras longitudinais necessária.

REFERÊNCIAS

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ANEXO A – Tabelas de coeficientes de capacidade de carga

Tabela 10 - Valores do coeficiente Mc para λ=-ɸ/8 FONTE: Danziger, 1983

Tabela 11 - Valores do coeficiente Mc para λ=-ɸ/8 (continuação) FONTE: Danziger, 1983

Tabela 12 - valores do coeficiente (Mɸ+Mɣ) para λ=-ɸ/8 FONTE: Danziger, 1983

Tabela 13 - Valores do coeficiente (Mɸ+Mɣ) para λ=-ɸ/8 (continuação) FONTE: Danziger, 1983

Tabela 14 - Valores do coeficiente Mq para λ=-ɸ/8 FONTE: Danziger, 1983

Tabela 15 - Valores do coeficiente Mq para λ=-ɸ/8 (continuação) FONTE: Danziger, 1983

APÊNDICE A – Tabelas de verificação ELU e ELS-W

Tabela 16 - Tabela de verificação ELU para compressão FONTE: Autor

OK 6,3 8,00 10,00 12,50 16,00 20,00 25,00 32,00 40,00

10 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

11 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

12 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

13 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

14 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

15 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

16 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

17 Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK OK

24 Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK Não Atende

25 Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK Não Atende

26 Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK OK Não Atende

27 Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK OK Não Atende

28 Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK OK Não Atende

29 Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK OK Não Atende

30 Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK OK Não Atende

31 Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK Não Atende Não Atende

32 Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK Não Atende Não Atende

33 Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK Não Atende Não Atende

34 Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK Não Atende Não Atende

35 Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK Não Atende Não Atende

36 Não Atende Não Atende OK OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende 37 Não Atende Não Atende OK OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende 38 Não Atende Não Atende OK OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende 39 Não Atende Não Atende OK OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende 40 Não Atende OK OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 41 Não Atende OK OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 42 Não Atende OK OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 43 Não Atende OK OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 44 Não Atende OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 45 Não Atende OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 46 Não Atende OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 47 Não Atende OK OK OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 48 Não Atende OK OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 49 Não Atende OK OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 50 Não Atende OK OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 51 Não Atende OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 52 Não Atende OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 53 Não Atende OK Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 54 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 55 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 56 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 57 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 58 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 59 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 60 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende

Verificação: Compressão: ELU: Rcd >= Cd

Tabela 17 - Tabela de verificação ELU para tração FONTE: Autor

OK 6,3 8,00 10,00 12,50 16,00 20,00 25,00 32,00 40,00

16 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

17 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

18 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

19 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

20 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

21 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

22 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

23 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

24 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

25 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

26 Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK OK

Tabela 18 - Tabela de verificação ELS-W para tração FONTE: Autor

OK 6,3 8,00 10,00 12,50 16,00 20,00 25,00 32,00 40,00

1 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 2 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 3 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 4 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 5 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende 6 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK 7 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK 8 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK 9 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK 10 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK 11 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK 12 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK 13 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK 14 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK 15 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK 16 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK 17 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK 18 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK 19 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK 20 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK 21 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK

22 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

23 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

24 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

25 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

26 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

27 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

28 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

29 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

30 Não Atende Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK

31 Não Atende Não Atende Não Atende OK OK OK OK OK OK

Verificação: Tração: ELS - W: Wk <= Wk limite

Tabela 19 - Resultado de consumo de aço para combinações aptas FONTE: Autor

6,3 8,00 10,00 12,50 16,00 20,00 25,00 32,00 40,00

1 - - - - - - - -

-Consumo de aço para as combinações possíveis

No documento UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CAMPUS REITOR JOÃO DAVID FERREIRA LIMA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL (páginas 131-150)