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Torres de Transmissão de Energia Compartilhar

Torres de Transmissão de Energia

A energia que alimenta residências, comércio e indústrias é gerada em usinas hidrelétricas, que transforma a energia em subestações elétricas com diversos níveis de tensão definidos no SEP – Sistema Elétrico de Potência.

A partir daí, a energia é transportada por meio de cabos elétricos, e esses, por sua vez, são apoiados em estruturas metálicas conhecidas como Torre de Transmissão.

Conheça a seguir um pouco mais sobre o mundo das Torres de Transmissão.

As torres metálicas de transmissão de energia elétrica caracterizam-se por serem obras de grande extensão linear, geralmente com difíceis condições de acesso, suportadas por estruturas metálicas.

As fundações destas torres servem de base para as estruturas. Normalmente adotam-se fundações do tipo grelha metálicas, estacas, tubulão e sapata em obras de linha de transmissão, sempre mediante prospecção da natureza do solo. As fundações têm um papel muito importante neste tipo de empreendimento, pois a escolha da solução pode impactar diretamente no tempo de execução da obra e custo, bem como na data de energização da linha.

Os critérios adotados em um projeto que envolvem a fundação, a estrutura, e a execução das provas de cargas na fundação, permitem obter uma redução de custo em LT’s (linhas de transmissão).

1. Projeto de Fundação

Alguns estudos permeiam o projeto de fundação de uma torre de transmissão. Os resultados do estudo resultam no custo final, na confiabilidade e no desempenho do empreendimento.  Abaixo, as etapas de um projeto de fundação de torre de transmissão:

  • Tipificação dos solos
  • Estimativa dos parâmetros geotécnicos
  • Cálculos das fundações normais
  • Tubulão Sapata
  • Investigação geológica e geotécnica de campo
  • Sondagens SPT, simultaneamente à locação das torres
  • Ensaios de laboratórios (triaxiais, índices físicos, adensamento, entre outros)
  • Cálculo das fundações especiais
  • Estacas, tirantes e chumbadores
  • Aplicação das fundações tipificadas versus realidade geotécnica
  • Lista de construção da LT (linha de transmissão) com definição das fundações

No intuito de auxiliar a definição dos locais das estruturas e a escolha das fundações, são analisadas informações sobre o perfil topográfico da região, tais como travessias, natureza do terreno e vegetação, existência de brejos, erosões e lagoas.

Existem situações em que as estruturas estão locadas em solo com nível de água elevado e impenetrável à pequena profundidade, geralmente indicadas na sondagem. Nesses casos é vantajoso deslocar as estruturas, para reduzir o custo das fundações.

Todas as dificuldades encontradas na região devem ser informadas ao projetista, para facilitar a construção das fundações.

2. Tipificação dos solos

Os estudos de tipificação e discriminações do solo são realizados em primeira instância na forma teórica. Normalmente são feitas aglutinações de tipos de solos de modo que se possam empregar em uma mesma fundação dois tipos de solos diferentes, considerando apenas as suas propriedades coesivas e de resistências mecânicas.

Esse estudo é importante para uniformidade do projeto e propicia vantagens no custo do empreendimento de LT.

3. Fundações

São consideradas como cargas de projetos das fundações algumas cargas de projeto da torre tais como: vão gravante, vão de vento, altura da torre e ângulo de desvio e fim da LT (linha de transmissão).

Os métodos mais utilizados pela CESP (Cia Energética de São Paulo) para o cálculo da capacidade de carga à tração (arrancamento) das fundações para as torres metálicas são: Método do Cone e Método do cilindro de atrito.

4. Sondagens

Como parte da investigação geotécnica, a sondagem (SPT, Rotativa e Borro) é essencial para que as fundações das estruturas sejam dimensionadas com segurança e otimização.

Os custos das sondagens representam em média de 0,5% a 1% do custo total de uma linha de transmissão de 138 kV, circuito duplo. Esta porcentagem varia de acordo com a região da torre de transmissão (normal, serrana ou litorânea).

Em casos de linhas de transmissão de 460 kV, circuito duplo, os custos das soldagens são inferiores a 0,3% do custo total.

Recomenda-se executar sondagens tipo SPT próximas ao piquete central, em todas as estruturas de ancoragem e fim de linha, bem como em locais de travessia de rios, aterros, locais alagados, erosões e encostas.

As sondagens tipo Borro são executadas em todas as estruturas da linha, exceto em locais das sondagens SPT/Rotativa. Se a região possuir diversas tipologias é necessário fazer sondagem rotativa em capa pé da torre metálica.  

5. Tipos de fundações

Do ponto de vista técnico e econômico, o tipo de fundação adequada para as torres de transmissão depende de uma análise técnica que envolve a grandeza das cargas, as condições dos subsolos e a logística para implementar as torres, ou seja, deve-se considerar a mão de obra, material e equipamento a ser utilizado.

Veremos agora algumas recomendações e informações técnicas sobre os tipos de fundações de torres de transmissão autoportantes e torres estaiadas, nas fases de projeto e de construção.

6. Torres autoportantes

As torres metálicas autoportantes são feitas de estruturas metálicas galvanizadas a fogo, compostas por uma parte reta superior e uma parte piramidal na base. São formadas por módulos treliçados e possuem diversas tipologias. Dentre elas destacamos:

  • Torre metálica autoportante de cantoneira quadrada - construída com colunas diagonais e travamentos em perfis laminados planos de abas iguais, com escada frontal à esteira vertical de cabos, instalados internamente, utilizando os travamentos como proteção (guarda corpo), podendo ter plataforma de trabalho no topo e ou nos níveis das antenas (conforme projeto). Todas as ligações são feitas através de parafusos, porcas e pall nuts.
  • Torre metálica autoportante de chapa dobrada triangular - construída com colunas em chapa plana dobrada (Perfil Omega), diagonais e travamentos em perfis "L" laminados planos de abas iguais, com escada frontal à esteira vertical de cabos, instaladas internamente, utilizando os travamentos como proteção (guarda corpo), podendo ter plataforma de trabalho no topo e ou nos níveis das antenas (conforme projeto). Todas as ligações são feitas através de parafusos, porcas e pall nuts.
  • Torre metálica autoportante de tubo triangular - construída com colunas em tubo estrutural, diagonais e travamentos em perfis "L" laminados planos do tipo de abas iguais, com escada central, esteira vertical de cabos instaladas internamente na parte de traz da escada, utilizando guarda corpo e trava-quedas cabo de aço 5/16" , com plataformas de descanso e plataformas de trabalho no topo e ou nos níveis das antenas (conforme projeto). Todas as ligações são feitas através de parafusos, porcas e pall nuts.
  • Torre metálica autoportante modular triangular - composta por módulos de 6 m soldados, componíveis de acordo com carga de antenas e velocidade do vento, construída com colunas em tubo, travamentos e diagonais em vergalhão maciço, sendo a própria estrutura usada como escada e esteira de cabos. Os módulos são ligados através de parafusos, porcas e pall nuts.
 

As torres metálicas autoportantes utilizam os seguintes tipos de fundação:

  • Tubulão;
  • Sapatão;
  • Estaca;
  • Bloco;
  • Grelha.
Confira as características de cada uma das fundações. Clique nas imagens para ampliá-las.

6.1. Tubulão

Tubulão é um elemento estrutural de fundação profunda, cilíndrica, construída concretando-se um poço (revestido ou não) aberto no terreno, geralmente dotado de base alargada. 

São empregados em grande escalda em áreas com dificuldade de cravação de espaços ou de escavação mecânica. Geralmente são empregados em área com alta densidade de Mara, lençóis d’água elevados ou cotas insuficientes entre o terreno e o apoio da fundação.

A profundidade do tubulão varia de 3 a 10 metros dependendo do tipo do solo e dos esforços na fundação. São executados manualmente (fuste de 70 cm no mínimo) ou mecanicamente, com base alargada ou não.

Em solo seco, o tubulão é moldado in loco, com alargamento de base. Em solo submerso, é feita a fundação cilíndrica (sem alargamento de base) com o uso de camisas metálicas ou de concreto, com profundidade maior que o tubulão com base alargada, devido à tração.

Caso as escavações sejam feitas em época de chuva e em solo arenoso, recomenda-se utilizar camisa metálica (recuperável) no fuste de cada fundação, para evitar desmoronamentos do solo e acidentes com operários.

6.2. Sapata

Sapatas são elementos de fundação superficial, construídos em concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração não sejam resistidas pelo concreto, mas sim, pelo emprego de barras de aço.

Este tipo de fundação é aplicado em pequenas profundidades, de 2 a 3 metros, devido à dificuldade de escavação profunda (presença de água e desbarrancamento). Não deve ser utilizada em locais sujeitos à erosão.

É executada com escavação total, ou seja, retirada de todo o terreno atuante na vertical sobre a base (geralmente quadrada ou retangular) da fundação.

A sapata é viável economicamente para torres de suspensão, em virtude dos pequenos esforços na fundação. Para torres de ancoragem e terminal (grandes esforços), devem ser feitas comparações de custo com as fundações em bloco e estaqueada.

6.3. Estaca

As fundações estanqueadas são constituídas de estacas verticais e inclinadas, sendo as últimas destinadas a combater os esforços horizontais.

São elementos alongados, cilíndricos ou prismáticos e são cravados com um equipamento chamados bate-estaca ou são confeccionadas no solo de modo a transmitir às cargas para as camadas profundas do terreno.

Os tipos mais utilizados são as estacas pré-moldadas de concreto armado e estacas metálicas.

No caso das estacas metálicas, as mesmas devem ser protegidas contra corrosão, através de um encapsulamento de concreto de 5 cm, até 1 m abaixo do nível da água.

Caso a cravação da estaca for interrompida a menos de 5m, com comprimento insuficiente para combater o esforço de tração, então pode-se adotar a fundação estaqueada, de concreto armado. A mesma é preenchida com solo compactado, no intuito de aumentar o peso do bloco e compensar a profundidade da estaca.

6.4. Bloco

Geralmente executada com escavação total, a fundação tipo bloco é aplicada à pequena profundidade, variando de 2,5 a 3,5 m, devido à dificuldade de escavação manual, não devendo ser utilizada em locais sujeitos a erosão e em encostas íngremes. No caso de ser moldado in loco é necessário fazer o fuste com no mínimo 80 cm de diâmetro, dependendo da resistência do solo, no intuito de facilitar a escavação.

Existe também a fundação tipo bloco ancorado que é utilizada em locais de rocha não escavável manualmente e a construção do bloco simples (peso) é insuficiente para suportar o arrancamento, exigindo, portanto, a sua ancoragem.

É recomendável utilizar pelo menos um chumbador ou arrancamento por estrutura. Geralmente utiliza-se chumbadores com diâmetro de 25 mm, aço CA-50 A, introduzidos num furo mínimo de 50 mm.

6.5. Grelha Metálica

Aplicada em terreno seco com profundidade que varia de 2 a 4 m, a grelha metálica não deve ser aplicada em locais sujeitos à erosão ou em áreas alagadas.

As grelhas metálicas garantem rapidez na execução da fundação (escavação, montagem e reaterro) e facilidade de transporte, principalmente em locais de difícil acesso para o uso do concreto.

Em solos considerados agressivos ou em regiões com uso intensivo de fertilizantes e agrotóxicos é recomendado fazer uma proteção anticorrosiva ou catódica nas fundações com grelha no intuito de evitar a corrosão das mesmas.

Para instalação da grelha na escavação é necessários fazer dois sulcos no fundo da cava para encaixar os perfis “C” da grelha e permitir que as cantoneiras “L’” fiquem assentadas no terreno.

7. Torres estaiadas

As torres estaiadas são as mais econômicas e fáceis de montar, porém exigem uma área considerável para instalação: aproximadamente 10 vezes a área utilizada para torres autoportantes da mesma altura.

São constituídas por um corpo metálico modulado, fixo por estais ao longo de sua extensão. Este corpo metálico é formado por módulos com cerca de 5 a 6 m cada. Possui colunas diagonais, travessas, barras de travamento (diafragmas), com ligações parafusadas ou soldadas e seção transversal quadrada ou triangular.

Os estais são constituídos por cordoalhas de aço fixadas ao longo da torre e às fundações (blocos de ancoragem).

Os perfis estruturais mais utilizados nas torres estaiadas são cantoneiras simples de abas iguais de aço ASTM A36, que possui tensão de ruptura de 400MPa a 500MPa e módulo de elasticidade igual a 205GPa.

Os tipos de fundações mais empregados nas torres estaiadas são:

  • Estai – bloco de concreto (tronco cônico e prismático);
  • Mastro central – tubulão e sapata

As fundações dos estais são submetidas apenas a esforços de tração (na direção do estai). Na fundação do mastro central atuam esforços de compressão verticais e horizontais.

Para os estais com fundação em bloco tronco cônico, sugere-se que a profundidade não ultrapasse 4 m, devido ao custo da haste-âncora embutida em cada fundação.

É de fundamental importância para a estabilidade das fundações dos estais fazer o controle da qualidade de compactação de cada uma das cavas.

Para o mastro central sugere-se calcular projetos-padrão de tubulão com profundidade variável de 3 a 5 m. Normalmente a sapata é projetada com profundidade de 1 a 1,5 m. Os cuidados na execução das fundações para o mastro central são semelhantes às das torres autoportantes.

As torres estaiadas possuem sua estrutura em aço galvanizado a fogo com diversas tipologias. Dentre elas destacamos:

  • Torre metálica estaiada em aço triangular - uniforme em toda sua extensão, construídas em módulos com montantes tubulares e treliçamento de aço maciço soldados em módulos e com alturas variáveis. Sua montagem é feita através da união dos módulos por meio de parafusos, porcas e pall-nuts e devem ser instaladas com triângulos estabilizadores (anti-torção). A própria estrutura é utilizada como escada. A seleção da torre é definida por sua capacidade nominal, que é função da altura da torre e da área efetiva máxima de antena suportada no topo da torre para o vento mais desfavorável.
  • Torre metálica estaiada irradiante - uniforme em toda sua extensão, construídas em módulos com montantes tubulares e treliçamento de aço maciço soldados em módulos e com alturas variáveis. Sua montagem é feita através de união dos módulos por meio de parafusos, porcas e pall-nuts e devem ser instaladas com triângulos estabilizadores (anti-torção). A própria estrutura é utilizada como escada. A seleção da torre é definida por sua capacidade nominal, que é função da altura da torre e da área efetiva máxima de antena suportada no topo da torre para o vento mais desfavorável. Possui isolador de cerâmica na base e nos cabos de estai, definidos conforme projeto irradiante.

Fonte:

Imagens: Ronama Engenharia, SC Energia, Themag, Roberto Dutra, ITS e TBE.

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