Avaliação das características e desempenho de estruturas para telecomunicações visando o projeto de novo modelo de torre autoportante

Abstract

Durante a implantação do sistema de telefonia celular no Brasil, milhares de torres foram projetadas por profissionais que utilizaram modelos inadequados para a consideração dos efeitos dinâmicos do vento. Devido a este fato, problemas estruturais têm sido freqüentes. Este trabalho é motivado pela falta de material na literatura para auxiliar o projetista a especificar as características geométricas e mecânicas deste tipo de estrutura. São abordados todos os aspectos envolvidos no projeto de uma torre de telecomunicações: normas, características de cada tipo de torre, de aço ou de concreto, além de uma pesquisa junto a empresas fabricantes com o objetivo de levantar dados sobre o peso dos diferentes tipos de torre. Este tipo de informação é de grande valia para a avaliação da viabilidade de projetos ou para o desenvolvimento de novos tipos de estruturas. Diante das vantagens e desvantagens das soluções existentes, este trabalho apresenta um modelo de torre que une a alta relação momento de inércia - área de seção transversal das torres em treliças ao baixo carregamento devido ao vento dos postes, para alturas de 40 m e 70 m. A viabilidade destes projetos é indicada pela comparação de seu peso com o de estruturas pesquisadas. Após descrever natureza do vento e as formas de obter e aplicar as forças dinâmicas associadas, além da obtenção de resposta de estruturas a estas excitações, é proposto um código numérico para a realização deste tipo de análise. Neste código, o processo de integração numérica é executado tanto pelo método de Newmark, como por Diferenças Finitas. Pode ser considerada não-linearidade geométrica pelo efeito do esforço axial e da variação das coordenadas nodais sobre a matriz de rigidez. São ainda avaliados por este algoritmo incertezas de modelo inseridas pela forma de determinação do vento turbulento e pela consideração da flexibilidade das fundações. A inclusão de amortecedores de atrito à estrutura é, da mesma forma, analisada.

During the implantation of cellular telephony in Brazil, thousands of towers were designed by professionals who used models unsuitable for the consideration of wind dynamic effects. Because of this, structural problems have been frequent. This work is motivated by data lack in literature to help the designer to specify geometric and mechanical characteristics of this structure category. It is discussed every aspect involved in telecommunications tower design: standards, characteristics, materials and a search in the manufacturers to obtain data about weight of the different types of towers. These informations are important to evaluate the project feasibility or to develop new models of structures. Front advantages and disadvantages of existing solutions, this work presents a tower project that adjoins the ratio moment of inertia - cross section area from truss towers and the low wind loading from the poles, to 40 and 70 m towers height . The viability of these projects is estimated by comparing its weight with data searched. After describing nature of the wind and how to obtain and apply the dynamic forces involved, how to obtaining response of structures to these excitation, it is proposed a numerical code to carrying out this analysis. In this code, the integration process is performed by the Newmark and finite differences numerical methods. It can be considered the geometrical non-linearity considering on the stiffness matrix the axial stress effect and nodal coordinates variation. Uncertainties inserted by turbulent wind determining and the foundations flexibility consideration are also evaluated by this algorithm. Friction dampers inclusion is, similarly, examined.