Resposta dinâmica de uma torre estaiada para linha de transmissão de energia submetida à ação de ventos combinados do tipo EPS e TS

Abstract

Até o momento, as ações dos ventos em estruturas são avaliadas quase exclusivamente por normas de projetos baseadas em modelos de ciclones EPS. No entanto, há evidências de que escoamentos descendentes oriundos de tormentas elétricas (TS) possam ter sido a causa ou ter contribuído para alguns colapsos de torres de linhas de transmissão pelo mundo. Em vista disso, este trabalho propõe-se a avaliar o efeito da ação de um campo de velocidades combinados de ventos EPS e tormentas TS obtido através de um modelo preliminar semiempírico em um sistema de torres estaiadas de linhas de transmissão e comparar os resultados com a resposta do sistema submetido ao carregamento estático equivalente proposto por uma norma internacionalmente utilizada (IEC 60826-2003), cujo modelo de vento pressupõe um evento do tipo sinótico. Para a obtenção da resposta estrutural dinâmica, utiliza-se a integração direta da equação do movimento através do método explícito das diferenças finitas centrais. A análise da evolução dos deslocamentos e esforços no tempo permitiu confirmar a natureza localizada e transiente do fenômeno das tormentas do tipo TS, que afeta de forma distinta as estruturas conforme a sua localização relativa à localização da tormenta. As análises realizadas indicaram que o método estático equivalente para ventos sinóticos da IEC 60826, adotados os valores de velocidades estabelecidos para a comparação, resultou em resposta inferior à obtida para a simulação de uma tormenta tipo TS carregada por vento de fundo, para a grande parte dos elementos analisados. Entretanto, tais observações estão condicionadas às situações simuladas neste trabalho, principalmente no que se refere às velocidades adotadas para o cálculo estático e o evento dinâmico, à posição relativa da trajetória da tempestade e das estruturas, ao ângulo de incidência do vento médio de translado, e também ao tipo de estrutura analisado. Com isto, contribui-se com um procedimento preliminar para avaliar o efeito dos ventos do tipo correntes descendentes, carregadas por vento de fundo.

So far, wind loads on structures are assessed almost exclusively based on EPS cyclone models. However, there is evidence that downward flows originated from thunderstorms (TS), may have been the cause or may have contributed collapses of transmission line towers over the world. In this context, this work it’s proposed to assess the effect a combined velocity field of EPS and TS storms, obtained through a preliminary model, acting on guyed towers from a transmission line system, and compare the results with those of the system subjected to static loading equivalent method proposed on the internationally used standard IEC 60826, whose wind model assumes a synoptic type event. Finite central differences explicit method was adopted for dynamic integration. The results confirm the localized and transient nature of the TS phenomenon, which affects structures in different ways depending on their relative location to the outflow. The assessment indicates that, for the simulated conditions, the equivalent static method for synoptic winds from IEC 60826, resulted in a lower response than that obtained for the simulation of a downburst flow carried by an EPS background wind, for the great part of the elements analyzed. However, such observations are conditioned to the situations simulated in this work, mainly regarding the velocity assumed for the static method and the dynamic wind field, the relative position of the storm trajectory and the towers, the angle of incidence of the background mean wind, and the type of structure analyzed. This contributes to a preliminary procedure to assess the effect of downburst winds carried by the background wind.