Estudo em túnel de vento do arrasto aerodinâmico sobre torres treliçadas de linhas de transmissão

Abstract

Estruturas treliçadas de linhas de transmissão submetidas à ação do vento têm sido utilizadas de forma rotineira em aplicações da engenharia estrutural há mais de um século. Entretanto, o conhecimento dos efeitos do vento sobre este tipo de estrutura é, ainda hoje, imperfeito e as prescrições das normas a respeito destes efeitos são, em muitos casos, mutuamente inconsistentes e em desacordo com os dados experimentais. Partindo deste contexto, no caso particular de estruturas para linhas de transmissão, podemos acrescentar que as normas existentes não são, em princípio, aplicáveis à maior parte das geometrias utilizadas nos projetos das torres. Além disso, maiores níveis de segurança e confiabilidade são atingidos quando a consideração criteriosa dos efeitos do vento é feita a partir da etapa de concepção sendo, geralmente, este o processo de menor custo e de maior eficiência. Sabe-se também que o modelo físico adotado para consideração dos carregamentos difere do real, seja pela forma de atuação ou pela complexidade para estimativa da interação entre fluido-estrutura. Nesse sentido, através do presente trabalho procurou-se: desenvolver e aperfeiçoar instrumentos e técnicas de medição de coeficientes de arrasto; verificar a aplicabilidade dos critérios de estimativa do carregamento devido ao vento sobre trechos de estruturas treliçadas; propor coeficientes de arrasto compatíveis com geometrias tradicionalmente utilizadas em torres de linhas de transmissão determinados a partir da aplicação de dois critérios de área de referência, a saber, área calculada e área projetada; além de comparar os resultados experimentais com outras referências como normas técnicas de projeto. Este trabalho de pesquisa contempla o estudo de duas torres de suspensão autoportantes em túnel de vento. Para a realização dos ensaios, através de modelos reduzidos, cada torre foi dividida em módulos. Os módulos foram ensaiados para diferentes ângulos de incidência do vento e também para diferentes níveis de velocidade do vento. As forças de arrasto sobre os modelos foram determinadas através de uma balança de forças unidirecional instalada na base da câmara de ensaios.

Transmission lines lattice structures submitted to wind action have been widely used in structural engineering applications for more than a century. However, the knowledge of the wind effect on this type of structure is yet imperfect, being the codes recommendations, in several cases, inconsistent and in disagreement with the experimental data. From this point of view, in the particular case of transmission lines structures, we can add that the existing codes are not, in principle, applicable to a large amount of geometries used in the towers design. Furthermore, largest safety and reliability levels are reached when careful consideration of the wind effects is made from the conception stage, being this process, in general, the less costly and the most efficient. It is also known that the physical model adopted for the consideration of the loads differs from the real, either for the way in which the load is really applied or the complexity for an accurate estimate of the fluid-structure interaction. In this sense, the present work had the aim of: developing and improving instrumentation and measurement techniques for drag coefficients; verifying the applicability of the criteria for estimating wind loads on modules of lattice structures; proposing drag coefficients applicable to geometries traditionally adopted in transmission lines towers, obtained from the application of the two reference areas criteria, calculated area and projected area; as well as comparing experimental results with other references such as design codes. The research contemplates wind tunnel studies of two self-supported suspension towers. For the accomplishment of the tests, through scaled models, each tower was divided in modules. The modules had been tested for different angles of incidence of the wind and also for different wind speeds. The drag forces on the models were measured through a unidirectional force balance installed in the base of the models.