Estudo em túnel de vento das características aerodinâmicas de torres metálicas treliçadas

Abstract

O avanço intenso e constante que vem tendo os sistemas de telecomunicação e de transmissão de energia elétrica tem levado à instalação de uma quantidade considerável de torres metálicas treliçadas, desde as zonas menos povoadas até os grandes centros urbanos. Apesar dos vários estudos existentes nesta área, ocorrências de tombamento de torres deste tipo continuam sendo registradas, o que implica na necessidade de mais estudos. Por se tratar de estruturas esbeltas e de baixo peso, o principal carregamento para elaboração do projeto estrutural de torres metálicas treliçadas é a força do vento. Pergunta-se então: a norma brasileira de vento (NBR-6123/88) é clara e atende a todas as situações e dúvidas ou são os projetos que não estão seguindo suas recomendações adequadamente? Este trabalho é então dividido em três etapas de ensaios experimentais no Túnel de Vento do LAC. Estudou-se, numa primeira fase, o comportamento de perfis isolados, com vários ângulos de incidência do vento e dois tipos de escoamento: suave e turbulento.Percebeu-se que a terminação das cantoneiras não possui influência, também não ocorreram diferenças quanto aos tipos de escoamentos e uma leve divergência do coeficiente de força Cf, com a norma para alguns ângulos de incidência. Na segunda etapa, foi verificado o efeito de proteção de um perfil a barlavento sobre um a sotavento, com diversos afastamentos entre eles e submetidos aos escoamentos suave e turbulento. O efeito de proteção foi comprovado, apesar de não ter sido possível determinar exatamente o momento em que ele deixa de existir. O mesmo fenômeno foi verificado nos coeficientes de torção, Ct. Também verificou-se a possibilidade da utilização da figura 8 da NBR-6123 para barras isoladas, percebendo-se que para os afastamentos intermediários ensaiados a discrepância entre os valores dos coeficientes de arrasto, Ca, indicados pela norma e os obtidos nos ensaios foi maior. Na terceira etapa, estudou-se módulos de torres treliçadas, submetidos a diferentes velocidades e ângulos de incidência do vento. Para efeito de comparação, escolheram-se duas diferentes áreas: uma considerando somente a área frontal e a outra sendo a área efetiva (frontal mais sombra). Perceberam-se diferenças entre os próprios métodos indicados pela NBR-6123 e entre esta e os experimentos e normas e, principalmente, a importância do cálculo correto das áreas para a determinação da força atuante. Verificou-se que os valores obtidos nos ensaios, para alguns módulos, são maiores que aqueles recomendados pela norma. Com este trabalho pôde-se verificar a diferença entre os valores indicados pelas mais diversas normas e valores encontrados experimentalmente, provando que estudos nesta área devem continuar sendo incentivados.

The intense and constant progress of telecommunication systems and electric power transmission result in the installation of a considerable amount of lattice towers, from the less populated areas to the great urban centers. In spite of the several existent studies in this area, occurrences of wind accidents with towers of this type continue being registered, which implicates the need for more studies. Concerning slender structures of low weight, the main loading for elaboration of the structural designs of lattice towers is the force of the wind. The question is: does the Brazilian wind code (NBR-6123/88) clear? Does it attend all situations and doubts, or the new projects being designed not following their recommendations appropriately? This work is divided into three stages of experimental testing in the Wind Tunnel of LAC. It was studied, in a first phase, the behavior of a single isolated member, with several angles of incidence of the wind and two types of flow: smooth and turbulent. It was noticed that the member´s endding types are not important; there was no occurance of differences in the types of flow and a light divergence of the force coefficient, Cf, with the code for some wind direction. In the second stage, the protection effect was examined from the shielding of the windward member in the leeward member, under smooth and turbulent flow. The protection effect was proven, in spite of not being possible to determine exactly the moment that it stops existing. The same phenomenon was verified in the torsion coefficients, Ct. Also the possibility of the use of the Figure 8 of the NBR-6123 was verified for a single isolated member, being noticed that for the experiments with intermediate separations, the discrepancies of the drag coefficient values, Ca, from the code values and from experiments were bigger. In the third stage, sections of lattice towers were studied. They were submitted to different wind speeds and wind directions. For a comparison, two differents areas were chosen, firstly just the frontal area was considered and, secondly, the effective area (shaddow plus frontal) was adopted. Differences were noticed among the methods in NBR-6123 and between these, the results of the experiments and the indications of other codes. It was verified that the values obtained in the tests, for some modules, are larger than those recommended by the code. With this work, a difference was verified between the different code values and the actual values found experimentally, proving evidence that studies in this area should be continued.