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FACULDADE CAPIXABA DA SERRA ENGENHARIA CIVIL

JORGE EDUARDO MELO DA ROCHA

MARLLON DIAS NUNES

ESTUDO DE UMA ANLISE ESTRUTURAL PARA TORRE METLICA TRELIADA AUTOPORTANTE DE TELECOMUNICAES NO MUNICPIO DE

CARIACICA/ES COM AUXLIO DE PROGRAMA COMPUTACIONAL

SERRA 2015

JORGE EDUARDO MELO DA ROCHA MARLLON DIAS NUNES



SERRA 2015

Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao programa de Graduao em Engenharia Civil da Faculdade Capixaba da Serra, como requisito parcial para obteno do grau de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Especialista Ramiro Moreira Silva Jnior

JORGE EDUARDO MELO DA ROCHA MARLLON DIAS NUNES



Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao programa de Graduao em Engenharia Civil da Faculdade Capixaba da Serra, como requisito parcial para obteno do grau de Bacharel em Engenharia Civil.

Aprovado em 18 de novembro de 2015.

COMISSO EXAMINADORA

__________________________________________ Prof. Ramiro Moreira Silva Jnior Faculdade Capixaba da Serra Orientador

Este trabalho dedicado aos meus pais, Raquel Bastos Melo e Jorge

Eduardo Bezerra da Rocha, que em constante encorajamento, apoio, ajuda e

carinho, ajudaram-me a vencer mais uma etapa na minha vida.

A trajetria foi longa e cansativa, mas

meus desejos e perseverana foram maiores

que isso e tornei-me Engenheiro Civil. Agradeo

a Jeov meu Deus, aos meus pais Jos Luiz

Dias Nunes e Maria Jos Barroso, a minha

esposa Tatiani Gomes Nunes e aos meus filhos

Lucas, Maria Flor e Tain, que foram minha

inspirao, pois sem eles eu sequer teria iniciado

essa empreitada. E durante esta encontrei mais

que amigos, irmos que devo agradecer. Jorge

Eduardo, Felipe, Maykon, Cristina e Lisliely

tambm fazem parte da minha conquista. Agora

seguirei de encontro aos novos desafios que a

vida me prepara e assim construirei o meu

futuro.

"...Eu desejei o meu lugar, vou agir da

minha forma, quero coisas mais reais!..." (Dead

Fish)

Agradecemos, primeiramente, a Deus por

me fazer acreditar na conscincia de poder

alcanar este objetivo, com muita sade e

determinao.

Ao Professor orientador Ramiro Moreira

pela dedicao, empenho e competncia para

que consegussemos atingir as metas e finalizar

este trabalho.

As queridas professoras, Christiany Rigo,

Poline Fialho e Teresa Mat, pelo empenho e

competncia em ensinar os detalhes mais

importantes da vida acadmica.

A Professora Natlia, por transmitir sua

experincia em estruturas metlicas,

promovendo o incio deste trabalho.

Ao Darela, gerente da empresa em que

trabalho, no qual me ajudou bastante com sua

experincia e cordialidade para que pudesse

alcanar mais este objetivo na minha vida.

A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltar ao seu tamanho original

(EINSTEIN, 1941)

RESUMO

Com a crescente ampliao no setor de telecomunicaes devido s novas

tecnologias faz necessrio instalao de novos equipamentos nas estruturas

verticais. O presente trabalho tem como objetivo analisar quais sero as etapas para

realizao da anlise estrutural de uma torre metlica treliada autoportante de

telecomunicaes tendo como auxlio um programa computacional. Este estudo de

caso faz uma anlise quantitativa em uma torre metlica treliada autoportante,

situada no municpio de Cariacica/ES. Neste estudo realizaram-se clculos de

esforos gerados pelas aes diretas e indiretas, levando em considerao o

carregamento de equipamentos, do peso prprio das peas e das aes do vento,

todos os dados foram compilados nos programas STRAP V.14 e Excel, garantindo

atravs dos resultados obtidos as aes de segurana na estrutura conforme os

procedimentos das normas tcnicas brasileiras. As normas brasileiras nos fornecem

diretrizes a serem seguidas para que se realize uma boa anlise estrutural e o

programa computacional uma excelente ferramenta de auxlio, porm deve ser

usado sempre por profissional devidamente capacitado.

PALAVRAS CHAVES: Estrutura. Telefonia. Aes. Segurana.

ABSTRACT

With the growing expansion of the telecommunications industry due to new

technologies, it has become necessary to install new equipment on vertical

structures. The current jobs goal is to analyze which steps should be taken within the

structural analysis of a self-supporting telecommunications metallic trussed tower

with an auxiliary computational program. This case study conducts a quantitative

analysis on a self-supporting metallic trussed tower located in the municipality of

Cariacica/ES. In this study there were calculations made regarding the force exerted

by direct and indirect action taking into consideration the loading of equipment, the

actual weight of the parts themselves and wind forces. All information was compiled

in the program STRAP V.14 excel, ensuring through the obtained results the

structural safety measures according to the procedures of the Brazilian technical

norms. The Brazilian regulations provide guidelines to be followed in order to ensure

a good structural analysis and the computational program is an excellent auxiliary

tool but it should always be used by an appropriately trained professional.

KEY WORDS: Structure, Telephony, action, Security.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 TORRE METLICA TRELIADA E ESTAIADA. .................................. 22

FIGURA 2 TORRE METLICA TRELIADA E ESTAIADA ................................... 22

FIGURA 3 TORRE METLICA TRELIADA AUTOPORTANTE ........................... 22

FIGURA 4 POSTE METLICO ............................................................................. 23

FIGURA 5 - AOS ESPECIFICADOS POR NORMA BRASILEIRA PARA USO

ESTRUTURAL .......................................................................................................... 27

FIGURA 6 - AOS DE USO FREQUENTE ESPECIFICADOS PELA ASTM PARA

USO ESTRUTURAL .................................................................................................. 28

FIGURA 7 VALORES DOS COEFICIENTES DE PONDERAO DAS AES ... 32

FIGURA 8 VALORES DOS FATORES DE COMBINAO, DE REDUO E

PARA AS AES VARIVEIS. ................................................................................ 33

FIGURA 9 VALORES DOS COEFICIENTES DE PONDERAO DAS

RESISTNCIAS. ....................................................................................................... 33

FIGURA 10 - SEO LQUIDA DE PERFIS FURADOS. ......................................... 36

FIGURA 11 BARRA COMPOSTA COMPRIMIDA. ................................................. 38

FIGURA 12 GRFICO DAS ISOPLETAS. ............................................................. 41

FIGURA 13 TALUDES E MORROS ....................................................................... 42

FIGURA 14 VALORES MNIMOS DO FATOR ESTATSTICO (S3) ....................... 45

FIGURA 15 COEFICIENTE DE ARRASTO, CA, PARA TORRES RETICULADAS DE SEO QUADRADA OU TRIANGULAR EQUILTERA, FORMADAS POR

BARRAS PRISMTICAS DE CANTOS VIVOS OU LEVEMENTE ARREDONDADAS.

.................................................................................................................................. 46

FIGURA 16 COMPONENTES DE FORA DE ARRASTO NAS FACES DE

TORRES RETICULADAS DE SEO QUADRADA OU TRIANGULAR. ................. 47

FIGURA 17 COEFICIENTES DE ARRASTO, CA, PARA BARRAS PRISMTICAS

DE SEO CIRCULAR E COMPRIMENTO INFINITO. ............................................ 48

FIGURA 18 PLACA DA TORRE METLICA AUTOPORTANTE ........................... 53

FIGURA 19 GRFICO DAS ISOPLETAS. ............................................................. 54

FIGURA 20 LOCALIZAO DA TORRE. .............................................................. 55

FIGURA 21 PERFIL DE ELEVAO. .................................................................... 55

FIGURA 22 VISTA DO ENTORNO DA TORRE ..................................................... 56

FIGURA 23 VISTA DO ENTORNO DA TORRE ..................................................... 56

FIGURA 24 AES DO VENTO NA ESTRUTURA ............................................... 60

FIGURA 25 ANTENAS DE RF E MW NA TORRE ................................................. 61

FIGURA 26 CABOS DE RF NA TORRE ................................................................ 66

FIGURA 27 ESCADA DA TORRE .......................................................................... 70

FIGURA 28 PEAS DA TORRE (CANTONEIRAS) ............................................... 71

FIGURA 29 MENU DA ABA GEOMETRIA ............................................................. 72

FIGURA 30 OPES DE NS E DE BARRAS ..................................................... 72

FIGURA 31 PROPRIEDADES DAS BARRAS E APOIOS ..................................... 73

FIGURA 32 PROPRIEDADES DAS BARRAS E APOIOS VISTA GERAL ............. 73

FIGURA 33 MODELO GEOMTRICO DA TORRE ............................................... 74

FIGURA 34 DEFINIO DA GEOMETRIA IDENTIFICAO DA BARRA N 21.

.................................................................................................................................. 75

FIGURA 35 DEFINIO DO CARREGAMENTO DA ESTRUTURA. ..................... 77

FIGURA 36 RESULTADOS DA ANLISE ESTRUTURAL. .................................... 78

FIGURA 37 CAPACIDADE DE CARGA DA FUNDAO. ..................................... 79

FIGURA 38 ROTAO DOS NS DAS PEAS. .................................................. 80

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 Quantidade e modelo de equipamentos na torre. .................................. 61

Quadro 2 Clculo da AEV rea de exposio ao vento das antenas .................. 64

Quadro 3 Clculo da AEV rea de exposio ao vento para cabos 1/2 ........ 67

Quadro 4 Clculo da AEV rea de exposio ao vento para cabos 7/8 ........ 67

Quadro 5 Clculo da AEV rea de exposio ao vento para cabos 1 5/8.... 68

Quadro 6 Clculo da AEV rea de exposio ao vento para a escada. ............. 70

Quadro 7 - Pesos e medidas do modelo (unidades - kgf e metros) .......................... 75

Quadro 8 Resultado das reaes do apoio. ........................................................... 79

Quadro 9 Valores mximos de reaes de apoio sobre a fundao. ..................... 79

Quadro 10 Deslocamento mximo da estrutura. .................................................... 80

Quadro 11 Resumo dos carregamentos e capacidade de carga ........................... 81

SUMRIO

1 INTRODUO.............................................................................................. 17

1.1 INCENTIVO................................................................................................... 17

1.2 OBJETIVOS.................................................................................................. 18

1.2.1 OBJETIVO GERAL............................................................................................. 18

1.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS.................................................................................. 18

1.2.3 METODOLOGIA................................................................................................ 18

2 REFERENCIAL TERICO............................................................................ 21

2.1 ESTRUTURAS VERTICAIS TORRE DE TELECOMUNICAES............ 21

2.1.1 DEFINIO DA ESTRUTURA............................................................................... 24

2.2 ESTRUTURAS METLICAS......................................................................... 25

2.2.1 AO................................................................................................................ 25

2.3 PROPRIEDADES MECNICAS DO AO.................................................... 25

2.3.1 AOS ESTRUTURAIS......................................................................................... 27

2.4 ESTADOS LIMITES...................................................................................... 28

2.5 AES.......................................................................................................... 30

2.5.1 AES PERMANENTES..................................................................................... 30

2.5.2 AES VARIVEIS............................................................................................ 31

2.5.3 AES EXCEPCIONAIS...................................................................................... 31

2.5.4 COMBINAES DE AES................................................................................. 31

2.6 DIMENSIONAMENTO DE PERFIS METLICOS......................................... 34

2.6.1 BARRAS PRISMTICAS SUBMETIDAS FORA AXIAL DE TRAO......................... 34

2.6.2 REA LQUIDA EFETIVA..................................................................................... 36

2.6.3 BARRAS PRISMTICAS SUBMETIDAS FORA AXIAL DE COMPRESSO.................37

2.6.4 BARRAS PRISMTICAS SUBMETIDAS A MOMENTO FLETOR E FORA CORTANTE..... 39

2.7 LIGAES.................................................................................................... 39

2.7.1 CLASSIFICAO DAS LIGAES........................................................................ 40

2.8 ENFOQUE ABNT NBR 6123:1998 - FORAS DEVIDAS AO VENTO EM

EDIFICAES........................................................................................................... 40

2.8.1 VELOCIDADE CARACTERSTICA DO VENTO (VK)................................................... 41

2.8.2 VELOCIDADE BSICA DO VENTO........................................................................ 41

2.8.3 FATOR TOPOGRFICO (S1)................................................................................ 42

2.8.4 FATOR DE RUGOSIDADE DO TERRENO (S2)......................................................... 43

2.8.5 FATOR ESTATSTICO (S3).................................................................................. 44

2.8.6 PRESSO DINMICA (Q)................................................................................... 45

2.8.6.1 FORA GLOBAL OU DE ARRASTO (FA)................................................................. 46

2.8.6.2 BARRAS PRISMTICAS DE SEO CIRCULAR....................................................... 48

2.9 PROGRAMA PARA CLCULO ESTRUTURAL............................................ 48

2.10 PLANILHA PROGRAMVEL........................................................................ 50

2.11 ANLISE DE UM PROJETO ESTRUTURAL................................................ 50

3 ESTUDO DE CASO...................................................................................... 51

3.1 BASE DE DADOS......................................................................................... 51

3.1.1 ESTRUTURA VERTICAL..................................................................................... 51

3.1.2 FUNDAO...................................................................................................... 52

3.1.3 DADOS INFORMADOS NA PLACA DA TORRE........................................................ 52

3.2 PARMETROS DE CLCULO..................................................................... 53

3.2.1 VELOCIDADE BSICA DO VENTO (V0)................................................................. 54

3.2.2 FATOR TOPOGRFICO (S1)............................................................................... 54

3.2.3 FATOR DE RUGOSIDADE DO TERRENO (S2)........................................................ 55

3.2.4 FATOR ESTATSTICO (S3)..................................................................................56

3.2.5 MATERIAIS DA ESTRUTURA............................................................................... 57

3.2.6 CARREGAMENTOS CONSIDERADOS NA ANLISE................................................. 58

3.2.6.1 CARGAS PERMANENTES................................................................................... 58

3.2.6.2 CARGAS VARIVEIS.......................................................................................... 58

3.2.7 CLCULO DE AES ATUANTES NA ESTRUTURA................................................. 59

3.2.7.1 CARREGAMENTO.............................................................................................. 59

3.2.7.2 VENTO NAS ANTENAS....................................................................................... 61

3.2.7.3 VENTO NOS CABOS.......................................................................................... 65

3.2.7.4 VENTO NA ESCADA........................................................................................... 68

3.2.7.5 VENTO NAS PEAS........................................................................................... 71

3.3 PROGRAMA COMPUTACIONAL................................................................. 72

3.3.1 MODELAGEM DA ESTRUTURA............................................................................ 72

3.3.2 CARGAS.......................................................................................................... 76

3.3.3 RESULTADOS.................................................................................................. 78

3.3.3.1 REAES........................................................................................................ 78

3.3.3.2 DEFLEXO DA ESTRUTURA................................................................................ 80

3.3.4 CONCLUSO DA ANLISE ESTRUTURAL............................................................. 81

4 CONCLUSO............................................................................................... 82

5 REFERNCIAS............................................................................................ 84

APNDICE

APNDICE A RELATRIO FOTOGRFICO......................................................... 87

APNDICE B RESULTADO OBTIDO PELO PROGRAMA STRAP V.14.............. 89

17

1 INTRODUO

O presente trabalho tem como finalidade demonstrar a importncia da anlise

estrutural em uma torre metlica treliada autoportante em atendimento ao setor de

telecomunicaes, por meio de um estudo de caso, com a finalidade de verificar a

viabilidade tcnica em relao ao aumento de carregamento atual, quanto

segurana e as solicitaes exigidas por normas tcnicas.

1.1 INCENTIVO

Com a ampliao do setor de telecomunicaes devido s novas tecnologias

se fez necessrio a instalao de novas estruturas verticais por todo o pas, alm de

milhares que foram instaladas nas ltimas dcadas. Estas estruturas, denominadas

torres, possuem sua capacidade de carregamento determinado pelo fabricante e de

acordo com as novas demandas do progresso tecnolgico, surge a necessidade

destas estruturas receberem novos equipamentos, sendo imprescindvel a

realizao de estudos para verificar se elas suportam este acrscimo de carga

(FERREIRA; ACERBI, 2014, pg. 01).

Visando garantir a integridade da estrutura da torre existente, devido ao

acrscimo de carregamento durante seu processo de vida til, havendo a

necessidade de reforo estrutural dever ser fundamentada com laudos estruturais,

memoriais de clculo e elaborao de projeto. Com o acrscimo destes esforos

solicitados, como obter resultados na estrutura existente que garantam a integridade

da torre sem comprometer os requisitos de segurana exigidos pelas Normas

Tcnicas?

Portanto, a escolha por este tema e a forma adotada na soluo do problema

sero de grande importncia para verificar, por meio de clculos e do uso

computacional, quais devero ser as etapas necessrias para cumprir uma anlise

estrutural de uma torre metlica treliada.

18

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVO GERAL

Analisar quais so as etapas a serem cumpridas para a anlise estrutural de

uma torre metlica treliada autoportante de telecomunicaes com auxlio de um

programa computacional, verificando as aes exercidas na estrutura e qual a

capacidade final que ela suporta.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Estudar o comportamento dos esforos na estrutura metlica em funo

da carga existente;

Verificar se o programa STRAP V.14, verso demo, pode ser utilizado

para auxiliar os clculos, inserindo nele a base de dados disponvel em

planilha programvel da estrutura metlica fornecida pela empresa de

nome fictcio ENG.

1.2.3 METODOLOGIA

O presente trabalho foi dividido em trs etapas:

A primeira etapa foi o desenvolvimento do referencial terico que se baseou em uma

pesquisa bibliogrfica em que as fontes utilizadas foram: teses, dissertaes,

artigos, normas tcnicas sobre o tema, legislaes pertinentes, livros e outros.

Segundo Fonseca (2002, p. 32), todo trabalho cientfico deve ser iniciado com uma

reviso de literatura, pois assim o pesquisador poder conhecer de forma mais

aprofundada sobre o assunto.

19

A segunda parte foi uma pesquisa documental que levou realizao dos

clculos. Foram utilizadas as seguintes normas especficas para anlises e

dimensionamento de torres metlicas:

ABNT NBR 6123:1988 Foras devidas ao vento em edificaes;

ABNT NBR 8681:2003 Aes e segurana nas estruturas -

Procedimento;

ABNT NBR 8800:2008 Projeto de estruturas de ao e de estruturas

mistas de ao e concreto de edifcios.

A terceira etapa do trabalho foi a realizao do Estudo de caso com uma anlise

quantitativa, que seguiu os seguintes passos:

Relacionar todos os materiais da estrutura;

Abordagem as normas utilizadas na aplicao da anlise estrutural;

Pesquisar e compreender quais so as cargas atuantes na estrutura;

o Cargas permanentes e acidentais;

o Cargas de Vento atuantes sobre a estrutura e antenas de telefonia

celular;

Relacionar os critrios das Combinaes de carga atuantes na estrutura;

Aplicao da planilha programvel;

Estudar os Estados Limites de Servios (ELS) e Estado Limite ltimo

(ELU) na estrutura;

o Deformaes operacionais Mximas (Deflexo Mxima);

Verificao da Estrutura Metlica com o uso e auxlio computacional

(STRAP Structural Analysis Programs), verso educacional.

Para o dimensionamento das estruturas, sero utilizados como ferramentas

programas especficos que auxiliaro no desenvolvimento dos clculos e anlise da

estrutura existente, no caso, ser o STRAP-V14 Structural Analysis Programs

(Verso demonstrativa) e o Excel Microsoft Office Excel 2010.

Para realizao de uma anlise estrutural e dimensionamento de uma torre

metlica treliada exige complexidade de entendimento por parte do calculista, visto

que o assunto no abordado frequentemente na graduao e pouco se tem

bibliografia direcionada exclusivamente para esta rea (PROBST, 2013, pg. 61).

A fundao ser abordada parcialmente, visto que, no foco o presente

trabalho.

20

Para Yin (2014) o Estudo de caso uma verificao emprica que investiga

um acontecimento contemporneo (o caso) em profundidade e em seu contexto,

quando os limites entre este acontecimento e o contexto puderem no ser

claramente evidentes. Quer dizer, usaria a pesquisa de estudo de caso para

compreender o ocorrido.

Para uma pesquisa de estudo de caso, pode-se adotar um processo linear,

porm interativo, baseando-se em um plano estratgico, preparao, coleta,

desenvolvimento, anlise e compartilhamento (YIN, 2014, pag.18).

21

2 REFERENCIAL TERICO

2.1 ESTRUTURAS VERTICAIS TORRE DE TELECOMUNICAES

Os projetos de torres de telecomunicaes no Brasil foram fundamentados

em procedimentos da antiga estatal Telebrs denominados de SDT-240-410-

600/1997 e SDT-240-400-702/1997, como tambm se utilizaram as normas

internacionais com a denominao TIA/EIA-222/1996. Na atual conjectura, as

empresas de telecomunicaes possuem suas prprias especificaes tcnicas que

determinam critrios para elaborao dos projetos (ZAMPIRON, 2008, pg. 22).

Estruturas em concreto armado, denominado poste de concreto, foram

utilizadas por muito tempo, mas devido necessidade de estruturas mais durveis e

com alturas maiores, iniciou-se a utilizao de estruturas em ao, sendo

denominadas torres metlicas. Tambm passou a ser denominado o local de

implantao destas estruturas como ERB Estao Rdio Base ou Cell Sites ou

simplificando, Sites (PROBST, 2013, pg. 2).

Requisitos bsicos para projeto de estruturas de concreto simples, armado e

protendido so exigncias regidas por norma no qual define os critrios gerais para

o projeto de estruturas de concreto, desde edifcios, obras hidrulicas, pontes, portos

ou aeroportos, com exceo as que empregam concreto leve, pesado e outros

especiais (NBR 6118, ABNT, 2014, pg. 1).

Atualmente as torres de telecomunicaes possuem trs tipos estruturais,

constituindo as estaiadas (Figura 1 e 2), autoportantes (Figura 3) e postes metlicos

(Figura 4). As torres estaiadas so compostas por um mastro dividido em mdulos

formados por trelia, esbelto e contido lateralmente por estais em vrios nveis. As

torres autoportantes so desenvolvidas apenas por um mastro, de trelia ou tubular,

que combate a todos os carregamentos. E os postes metlicos so compostos por

tubos metlicos (ZAMPIRON, 2008, pg. 23).

22

Figura 1 Torre metlica treliada e estaiada. Fonte Levantamento tcnico, municpio de Sooretama/ES

Figura 2 Torre metlica treliada e estaiada Fonte Levantamento tcnico, municpio de Sooretama/ES.

Figura 3 Torre metlica treliada autoportante Fonte Levantamento tcnico, municpio de Cariacica/ES

23

Torres Autoportantes, objeto de estudo deste trabalho, so recomendadas

quando necessita alcanar uma altura maior para a visada das antenas e tambm

quando h um maior carregamento de equipamentos. Elas possuem representao

estrutural de um sistema em trelias, com seo quadrada ou triangular, e sua

silhueta inicia em trapezoidal inclinada e outra seo reta. So constitudas,

geralmente, por perfis em cantoneira conforme Figura 3 (PROBST, 2013. Pg. 2).

Nestas estruturas autoportantes (Figura 3) tm-se certas particularidades por

tratar os maiores esforos retida pelos montantes e diagonais da torre, visto que as

peas horizontais e os braos fazem diminuir o comprimento de flambagem das

peas, e os anti-torores tm o desempenho de impedir os deslocamentos de

rotao entre os elementos da torre (PROBST, 2013, pg. 2).

Postes metlicos possuem vantagens devido rea de implantao

necessitar de menor rea de fundao, mas em contrapartida tem menor

capacidade de carregamento de equipamentos conforme Figura 4 (PROBST, 2013,

pg. 3).

Figura 4 Poste metlico Fonte Levantamento tcnico, municpio de Cachoeiro de Itapemirim/ES

No contexto geral, as estruturas verticais de telecomunicaes, o Engenheiro

deve-se projetar calculando diversas hipteses de direo do vento, visando as

piores situaes de esforos tanto na trao quanto na compresso (PROBST,

2013, pg. 2).

24

2.1.1 DEFINIO DA ESTRUTURA

As estruturas verticais so definidas pelos projetistas que dependem de

parmetros necessrios para determinar a capacidade de carregamento, altura e

locais em que sero instaladas as torres de telecomunicaes (ZAMPIRON, 2008,

pg. 30).

Referente altura faz necessrio obter as coordenadas geogrficas para

requerer junto ao rgo COMAR Comando Areo Regional a autorizao de

instalao da estrutura vertical, respeitando devidamente as regulamentaes

previstas em lei e ao cone de aproximao dos aeroportos de cada municpio

(ZAMPIRON, 2008, pg. 30).

Em relao capacidade de carregamento, obtm-se dados caractersticos

das antenas a serem instaladas, como dimetro, comprimento e largura. Estas

antenas so definidas pela operadora de telefonia celular, bem como, a reserva

tcnica necessria para uma futura instalao. De posse destas informaes, o

projetista dever calcular a AEV rea de Exposio ao Vento, atendendo os

requisitos da norma brasileira, NBR 6123 ABNT. Esta rea de exposio refere-se

rea calculada da face das antenas de micro-ondas e de rdio frequncia,

multiplicada pelo coeficiente de arrasto (PROBST, 2013, pg. 3).

Conforme definido pela NBR 6123 (ABNT, 1988) imprescindvel

verificao dos parmetros (V0, S1, S2, S3) para definio da estrutura a ser

dimensionada, visto que estes valores determinaro os esforos de vento a qual a

estrutura estar submetida (PROBST, 2013, pg. 3).

A definio do material a ser empregado de grande importncia no

comportamento estrutural, de peso, de forma de montagem e de custo. No

segmento de telecomunicaes mundial, utiliza-se ao, concreto armado e madeira,

sendo os dois ltimos materiais pouco empregados atualmente (ZAMPIRON, 2008,

pg. 31).

O custo um item importante para viabilizar economicamente o modelo de

estrutura a ser definido no projeto de torres de telecomunicaes, principalmente em

torres metlicas, portanto quanto menor seu peso melhor a relao custo benefcio

(ZAMPIRON, 2008, pg. 34).

25

2.2 ESTRUTURAS METLICAS

2.2.1 AO

Sabe-se que na Antiguidade o ao era conhecido, porm no era utilizado em

grande escala, e at meados do sculo XIX o seu custo elevado no tinha uma

utilizao para fins comerciais. Com a inveno de Henry Bessemer, na criao de

um forno de maior capacidade, a produo de ao atravs de fornos em larga escala

tornou-o com um preo mais competitivo. (PFEIL, 2009, pg. 2)

Atualmente o ao o material mais requisitado para muitos tipos de

construes devido facilidade de transporte e instalao. Alm disso, por ser um

material de resistncia elevada, sua utilizao em torres de telecomunicaes

produz um conjunto como um todo mais leve e com mnima taxa de amortecimento

crtico, significando que ao longo do tempo de vida til da estrutura, as vibraes

fortes e frequentes tero menor impacto ou interrupo dos sinais de radiofrequncia

emitidos pelos equipamentos (ZAMPIRON, 2008, pg. 31).

2.3 PROPRIEDADES MECNICAS DO AO

As propriedades mecnicas do ao alteram em funo dos materiais

incorporados em sua liga, quanto maior a proporo de carbono adicionado nesta,

maior ser sua resistncia, maior a fragilidade, e menor sua resistncia trao.

Portanto, quando se menciona as propriedades, definem-se as suas caractersticas

e sua aplicabilidade de acordo com o seu grau de resistncia (PFEIL, 2009, pg. 16).

A ductilidade uma propriedade do material em se deformar sob a ao das

cargas, redistribuindo as tenses atravs da deformao plstica do ao. A

vantagem desta propriedade a conduo da ruptura do material acompanhado de

grandes deformaes, permitindo aviso de atuao de cargas elevadas (PFEIL,

2009, pg. 16).

A fragilidade, oposto da ductilidade, torna rptil o ao devido a diversos

agentes, como temperatura baixa, efeitos trmicos, estado triaxial de tenses, efeito

de encruamento e fragilizao por hidrognio. Este comportamento tem uma grande

26

seriedade nas construes metlicas, pois os materiais frgeis sob estas condies

tm caractersticas do ponto de ruptura sem aviso prvio (PFEIL, 2009, pg. 16).

Outras propriedades do ao que no podem ser menosprezadas so a

resilincia e a tenacidade, que possuem a funo de absorver a energia mecnica.

Portanto, sabe-se que o mdulo de resilincia a capacidade de o metal tracionado

em absorver a quantidade de energia elstica, j a tenacidade a composio da

energia elstica e plstica que o metal suporta por unidade de volume at sua

quebradura (PFEIL, 2009, pg. 16).

A dureza outra propriedade que tem capacidade de apresentar resistncia

ao risco e a abraso. De acordo com o Pfeil (2009, pg. 17), na prtica, a dureza

medida pela resistncia que ela oferece ao receber penetrao de uma pea de

maior dureza.

Uma vez que as peas de ao podem trabalhar sob esforos repetitivos, o

material deve apresentar em sua propriedade, caractersticas de resistncia

fadiga, esta disfara a resistncia, decaindo a tenso de ruptura do ao nos testes

de ensaios estticos, em locais das peas onde h presena de concentraes de

tenses deve-se ser analisada a sua resistncia (PFEIL, 2009, pg. 17).

A corroso uma a reao do ao quando exposto a alguns elementos

presentes no ambiente, criando uma camada ao redor da estrutura, promovendo a

perda de seo da pea e podendo levar ao colapso por falta de resistncia. A

proteo corroso feita por pintura ou galvanizao, garantindo uma maior vida

til da estrutura do ao (PFEIL, 2009, pg. 18).

Estudadas as propriedades mecnicas do ao ao longo dos anos, atualmente

devem ser adotados os seguintes valores para efeito de clculo, conforme NBR

8800 (ABNT, 2008, pg. 13).

mdulo de elasticidade, E = Ea = 200 000 MPa;

coeficiente de Poisson, a = 0,3;

mdulo de elasticidade transversal, G = 77 000 MPa;

coeficiente de dilatao trmica, a = 1,2 10-5 C-1;

massa especfica, a = 7 850 kg/m3.

27

2.3.1 AOS ESTRUTURAIS

A NBR 8800 (ABNT, 2008, pg.107) menciona em seu anexo A, as

especificaes de aos estruturais e materiais de ligao, normalmente empregados

em estruturas de ao e mistas de ao e concreto. No caso em estudo, quando est

sendo analisada uma torre autoportante metlica para sistemas de

telecomunicaes, deve ser avaliado sua superfcie e o grau de corroso em que se

encontra.

Na figura 5 relaciona os aos especificados pela Norma Brasileira para uso

estrutural, constando os perfis metlicos, conforme a ABNT NBR 7007, as siglas,

MR Resistncia Mecnica, AR - Alta Resistncia mecnica, e por fim, a sigla COR

- Resistncia a Corroso Atmosfrica (NBR 8800, ABNT, 2008, pg.107).

Figura 5 - Aos especificados por Norma Brasileira para uso estrutural Fonte NBR 8800 (ABNT, 2008, pg.107).

A NBR 8800 (ABNT, 2008, pg. 109) apresenta os valores nominais mnimos

da resistncia ao escoamento () e da resistncia ruptura () de aos especficos para uso estrutural em chapas e perfis, especificando as propriedades

mecnicas quanto resistncia ao escoamento, conforme a relao entre elas no

podero ser inferiores ao valor de 1,18.

28

Na figura 6, pode-se verificar esta relao dos aos estruturais, usados

frequentemente, apresentando os valores nominais mnimos da resistncia de

escoamento e de ruptura conforme especificado pela ASTM - American Society for

Testing and Materials, caso necessita-se de informaes adicionais, a norma orienta

a consultar o ASTM A6 (NBR 8800, ABNT, 2008, pg. 108).

Figura 6 - Aos de uso frequente especificados pela ASTM para uso estrutural

Fonte NBR 8800 (ABNT, 2008, pg.109).

2.4 ESTADOS LIMITES

O mtodo dos Estados Limites ou mtodos dos coeficientes parciais,

denominado tambm como mtodo das tenses admissveis, so critrios definidos

por normas para garantia de segurana da estrutura em projetos de estruturas

metlicas, e ocorrem a partir do momento em que a estrutura deixa de satisfazer um

dos seus objetivos (PFEIL, 2009, pg. 35).

29

Conforme a NBR 8681 (ABNT, 2003, pg. 7) os esforos atuantes devero ser

verificados quanto s condies de segurana, tornando simplificado atravs da

expresso abaixo.

Onde: representa os valores de clculo dos correspondentes esforos resistentes; representa os valores de clculo dos esforos atuantes.

Em uma estrutura, o Estado Limite ocorre sempre quando deixa de satisfazer

um de seus objetivos que podem ser divididas em Estados Limites de ltimos (ELU)

e em Estados Limites de Utilizao ou de Servios (ELS). O primeiro associado

ocorrncia de cargas excessivas e, consequentemente, ao colapso da estrutura

devido perda de equilbrio, como corpo rgido, plastificao total de um elemento

estrutural ou de uma seo, ruptura de uma ligao ou seco, flambagem em

regime elstico ou no e ruptura por fadiga. J os ELS incluem deformaes e

vibraes excessivas (PFEIL, 2009, pg. 35).

As torres de telecomunicaes possuem comunicao entre elas,

verificao da deformao da estrutura essencial para esta, um pequeno

movimento do ponto de instalao das antenas causar a perda da orientao na

direo da torre seguinte, sendo requisito verificar a deformao angular mxima de

projeto da estrutura vertical (ZAMPIRON, 2008, pg. 40).

Entretanto, a obteno desses resultados sobre os Estados Limites da

estrutura envolvem clculos extensos e complexos, desta forma, visando facilitar a

obteno dos mesmos, usa-se programas especializados para tais finalidades

(PROBST, 2013, pg. 6).

(01)

30

2.5 AES

Quando se determina um carregamento para um sistema estrutural, as aes

aplicadas, resistncia e rigidez da estrutura so determinantes para um resultado

desejado. Para que esta decorrncia seja satisfatria, as determinaes limites de

esforos, tenses, deformaes ou deslocamentos no podero ser ultrapassados, e

so conhecidos como Estados Limites da estrutura e definidos por normas

(KAMINSKI Jr, 2007, pg. 37).

As cargas ou deformaes so aes a serem consideradas no projeto das

estruturas que podem ser a variao de temperatura, recalques, peso prprio, aes

climticas, entre outras (PFEIL, 2009, pg. 38).

De acordo com a NBR 8681 (ABNT, 2003, pg. 3), classificam-se as aes

segundo uma variabilidade no tempo categorizado em trs tipos: aes

permanentes, aes variveis e aes excepcionais. A norma cita que para cada

tipo de carregamento devem ser consideradas todas as combinaes,

estabelecendo critrios para verificao da segurana.

Para os critrios de combinaes, as aes permanentes so consideradas o

valor total, mas as aes variveis sero consideradas apenas as parcelas que

produzem efeitos desfavorveis para a segurana (NBR 8681, ABNT, 2003, pg. 3).

2.5.1 AES PERMANENTES

As aes que possuem caractersticas como peso prprio da estrutura e de

todos os elementos construtivos e equipamentos fixos so considerados como

aes permanentes (NBR 8681, ABNT, 2003, pg. 6).

A determinao de valores das cargas deve ser considerada no projeto de

estrutura de edificaes, qualquer que seja sua classe e destino, so condies

exigidas e fixadas por norma. No estudo de caso de estruturas metlicas verifica-se

o peso especfico aparente (kN/m) caracterizado em metais, em que se encontra

variados tipos, como ao, alumnio e ligas, bronze, chumbo, entre outros (NBR 6120,

ABNT, 1980, pg. 1).

31

2.5.2 AES VARIVEIS

As aes variveis so caracterizadas como as cargas acidentais das

construes, as foras de frenao, de impacto, centrfugas, os efeitos do vento, das

variaes de temperatura, das presses hidrostticas e hidrodinmicas, sendo

classificadas em normais e especiais em funo da sua possibilidade de eventos

durante a construo (NBR 8681, ABNT, 2003, pg. 3).

evidente verificar as foras devidas ao esttica e dinmica dos ventos

em qualquer que seja a estrutura, com os procedimentos normatizados devem

seguir as condies necessrias para os resultados por meio do clculo de

edificaes (NBR 6123, ABNT, 1988, pg. 1).

2.5.3 AES EXCEPCIONAIS

Causas como exploses, choques de veculos, incndios, enchentes ou

sismos especiais so consideradas como aes excepcionais (NBR 8681, ABNT,

2003, pg. 3).

No Brasil no so consideradas nos projetos de torres autoportantes para

telecomunicaes as aes provenientes de sismos devido a pouqussimos eventos,

sendo estes de intensidade baixa (ZAMPIRON, 2008, pg. 42).

2.5.4 COMBINAES DE AES

Um carregamento definido pela combinao de aes que atuam

simultaneamente sobre a estrutura, durante um perodo estabelecido. Esta

combinao de aes deve ser projetada de forma a apresentar os efeitos mais

desfavorveis para a estrutura, justamente para verificar as condies de Estado

Limite ltimo (ELU) e Estado Limite de Servio (ELS) a que a estrutura est sendo

projetada (NBR 8800, ABNT, 2008).

Segundo a NBR 8681 (ABNT, 2003, pg. 7), devem ser consideradas as

combinaes de aes para verificao do Estado Limite ltimo (ELU) como as

combinaes ltimas normais, combinaes ltimas especiais ou de construo e

combinaes ltimas excepcionais.

32

Conforme a NBR 8681 (ABNT, 2003, pg. 7), as combinaes ltimas normais

so dadas pela seguinte expresso em atendimento a estruturas metlicas, baseado

nos valores dos coeficientes de ponderao das aes, valores dos fatores de

combinao de reduo e para aes variveis, e por fim, valores dos coeficientes

de ponderao das resistncias, representados a seguir nas figuras 7, 8 e 9,

respectivamente.

=

F, +[F, + !

"F ,]

Onde:

Fdrepresenta os valores de clculo das aes; F%&,' o valor caracterstico da ao varivel considerada como ao principal para a combinao;

)F*),' o valor reduzido de combinao de cada uma das demais aes variveis.

Figura 7 Valores dos coeficientes de ponderao das aes

Fonte NBR 8800 (ABNT, 2008, pg.18).

(02)

33

Os coeficientes de ponderao e fatores de reduo das aes no Estado

Limite de Servio (ELS) que esto relacionados ao desempenho da estrutura

condicionada a classes normais de utilizao conforme figuras 8 e 9 de acordo com

a NBR 8800:2008 (ZAMPIRON, 2008, pg. 40).

Figura 8 Valores dos fatores de combinao, de reduo e para as aes variveis.


Figura 9 Valores dos coeficientes de ponderao das resistncias.


34

2.6 DIMENSIONAMENTO DE PERFIS METLICOS

Para o dimensionamento dos perfis metlicos na estrutura necessita partir da

premissa que os esforos solicitantes sejam inferiores aos esforos de resistncia.

Garantindo esta condio, os esforos atuantes no iro criar instabilidade estrutural

na estrutura metlica. Os esforos solicitantes so levantados de acordo com o

carregamento na estrutura, restando apenas dimensionar o perfil adequado que

atenda a fora resistente, que est relacionada ao tipo de solicitao que a estrutura

est submetida (PFEIL, 2009, pg. 34).

Em funo do tipo de esforo que a estrutura est sendo submetido, para o

dimensionamento das peas metlicas, necessrio avaliar se o esforo solicitante

se enquadra em esforos de trao, compresso, flexo e cortante, de acordo com

que rege a NBR 8800 (ABNT, 2008, pg. 53) detalha todo o memorial de clculo.

Para dimensionamento dos esforos de toro atuantes nas sees, a norma

detalha como barras submetidas combinao de esforos solicitantes, onde devem

ser analisados individualmente os Estados Limites de Servio (ELS) aplicveis, alm

de condies estabelecidas na Norma para os momentos de toro (NBR 8800,

ABNT, 2008, pg. 55).

2.6.1 BARRAS PRISMTICAS SUBMETIDAS FORA AXIAL DE TRAO

A ABNT NBR 8800 (ABNT, 2008, pg. 53) detalha todo o memorial de clculo

de barras prismticas submetidas fora axial de trao, incluindo as barras ligadas

por pinos e barras redondas com extremidades rosqueadas.

Segundo Pfeil (2009, pg. 47) as peas tracionadas so sujeitas a solicitaes

de trao axial ou simples, sendo empregadas nas estruturas como tirantes,

contraventamentos de torres, travejamento de vigas ou colunas (com dois tirantes

em forma de X) e barras tracionadas de trelias, podendo ser redondas ou chatas.

35

Para o dimensionamento das barras sujeitas aos esforos de trao, segundo

a NBR 8800 (2008, pg. 43) faz necessrio atender a seguinte condio:

N,,-. N,,0. Onde:

N,,-. a fora axial de trao solicitante de clculo; N,,0. a fora axial de trao resistente de clculo.

Para anlise dos valores da fora axial de trao resistente de clculo,

existem duas condies, uma sendo o valor representante do Estado Limite ltimo

(ELU) de escoamento da seo bruta e a outra o valor de ruptura da seo lquida, e

o menor valor representar a fora axial de trao resistente de clculo (NBR 8800,

ABNT, 2008, pg. 37).

Conforme a NBR 8800 (2008, pg. 37) discrimina as seguintes expresses:

Escoamento da seo bruta

N,,0. =A1f35

Ruptura da seo lquida

N,,0. =A6f75"

Onde:

A1 a rea bruta da seo transversal da barra; A6 a rea lquida efetiva da seo transversal da barra; f3 a resistncia ao escoamento do ao; f7 a resistncia ruptura do ao.

(03)

(04)

(05)

36

2.6.2 REA LQUIDA EFETIVA

A NBR 8800 (2008, pg. 38) detalha e especifica que para barras prismticas

sujeitas a diversas furaes necessrio pesquisar os diversos modos de ruptura da

seo lquida, uma vez que pode haver vrias possibilidades de rompimento

conforme a figura 10, que detalha os possveis percursos de ruptura da pea que

devem ser considerados.

Figura 10 - Seo lquida de perfis furados.

Fonte Pfeil (2009, pg.51).

Conforme a NBR 8800 (2008, pg. 38) discrimina as seguintes expresses

para a rea lquida efetiva de uma barra:

A6 = C,A8 Onde:

A6 a rea efetiva da barra; A8 a rea lquida da barra; C, um coeficiente de reduo da rea lquida.

A rea lquida e o coeficiente de reduo possuem procedimentos de clculo

para obteno dos valores finais da rea efetiva da barra, apenas com este valor

final pode-se seguir para o clculo da fora trao da barra prismtica, ainda

determina que, em regies com furos, feitos para ligao ou para qualquer outra

finalidade, a rea lquida, A8, de uma barra a soma dos produtos da espessura pela largura lquida de cada elemento. (NBR 8800, ABNT, 2008, pg. 38)

Para o coeficiente de reduo C, da rea lquida, a NBR (ABNT, 2008, pg. 39) determina procedimentos, expresses e valores, para o estudo de caso deste

trabalho o C,= 1, quando a fora de trao transmitida diretamente para cada um dos elementos da seo transversal barra, por solda ou parafusos.

(06)

37

2.6.3 BARRAS PRISMTICAS SUBMETIDAS FORA AXIAL DE COMPRESSO

A NBR 8800 (2008, pg. 43) detalha todo o memorial de clculo de barras

prismticas submetidas fora axial de compresso, associados aos Estados

Limites ltimos (ELU) de instabilidade por flexo, por toro ou por flexo-toro e de

flambagem local. No dimensionamento destas barras deve ser atendida a seguinte

condio:

N9,-. N9,0.Onde:

N9,-. a fora axial de compresso solicitante de clculo; N9,0. a fora axial de compresso resistente de clculo.

Para obteno do valor da fora axial de compresso resistente de clculo,

N9,0., de uma barra, a NBR 8800 (ABNT, 2008, pg. 44) determina a verificao pela expresso abaixo:

N9,0. =QA1f35 Onde:

o fator de reduo associado resistncia compresso; Q o fator de reduo total associado a flambagem local; A1 a rea bruta da seo transversal da barra f3 a resistncia ao escoamento do ao;

Conforme a NBR 8800 (ABNT, 2008, pg. 44), para obteno do valor de fator

de reduo denominado dado pela expresso abaixo: Para

38

Portanto,JK a fora axial de flambagem elstica no qual poder obter o seu valor por meio do anexo E da NBR 8800 (ABNT, 2008, pg. 121) que apresenta

expresses para sees com dupla simetria ou simtricas em relao a um ponto,

sees monossmetricas, sees assimtricas e cantoneiras simples conectadas por

uma aba, como tambm o coeficiente de flambagem.

De acordo com a NBR 8800 (ABNT, 2008, pg. 46), para limitao do ndice de

esbeltez das barras submetidas fora axial de compresso, faz necessrio tomar

como a maior relao entre o produto KL e o raio de girao r.

Limitedondicedeesbeltez = KLZ

Onde:

K o coeficiente de flambagem; L o comprimento destravado da pea; r o raio de girao da pea.

Em barras formadas por dois ou mais perfis trabalhando em conjunto,

denominadas barras compostas, que em contato ou com afastamento igual

espessura de chapas espaadoras, devem possuir unies entre esses perfis a

espaos tais que o ndice de esbeltez l/r de qualquer perfil, entre duas ligaes

adjacentes, no seja superior a do ndice de esbeltez da barra composta (KL/r)

conforme figura 11 (NBR 8800, ABNT, 2008, pg. 46).

Figura 11 Barra composta comprimida. Fonte NBR 8800 (ABNT, 2008, pg.46).

(12)

39

2.6.4 BARRAS PRISMTICAS SUBMETIDAS A MOMENTO FLETOR E FORA CORTANTE

A NBR 8800 (ABNT, 2008, pg. 46) detalha todo o memorial de clculo de

barras prismticas submetidas a momento fletor e fora cortante em perfis com

sees I, H, T, cantoneiras em forma de T, sees U, sees caixes e tubulares

retangulares, slidas circulares, especificados conforme a norma, desde que

atendam as seguintes condies:

\] \^_] _

Onde:

\] o momento fletor solicitante de clculo; \^ o momento fletor resistente de clculo; _] a fora cortante solicitante de clculo; _0. a fora cortante fletor resistente de clculo;

2.7 LIGAES

Segundo o Instituto Ao Brasil (2011, pg. 10) todos os detalhes construtivos

que unam partes da estrutura entre si ou com elementos externos a ela so

denominados ligaes.

Devem ser dimensionadas de forma que, alm de atender aos requisitos da

NBR 8800:2008, a sua resistncia de clculo seja igual ou superior solicitao, a

composio que ser determinada com base na resistncia dos elementos de

ligao que so aqueles que, includos no conjunto, facilitam a transmisso dos

esforos tais como cantoneiras, chapas de ligao, consolos enrijecedores, placas

de base e talas de emenda, e os meios de ligao que so os elementos unem as

partes da estrutura para formar a ligao, tais como barras redondas ou rosqueadas,

parafusos, pinos e soldas (INSTITUTO AO BRASIL, 2011, pg. 11).

(13)

(14)

40

2.7.1 CLASSIFICAO DAS LIGAES

De acordo com o Instituto Ao Brasil (2011, pg. 34) as ligaes classificam-se

em soldadas e parafusadas em que na maioria das vezes, o clculo da ligao

implica na verificao de grupos de parafusos ou de linhas de solda. Nas ligaes de

fbrica prefervel o uso da solda, enquanto nas ligaes de campo utilizam-se

preferencialmente os parafusos. Elas ainda em carter complementar classificam-se

conforme os esforos solicitantes e a rigidez que por sua vez classificam-se em

ligaes rgidas, semirrgidas e flexveis.

2.8 ENFOQUE ABNT NBR 6123:1998 - FORAS DEVIDAS AO VENTO EM

EDIFICAES

Conforme a NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 4) os ventos exercem foras nas

edificaes as quais devem ser calculadas para elementos de vedao e suas

fixaes, para partes da estrutura e para a edificao como um todo. Para

determinar essas foras deve-se encontrar o valor da velocidade caracterstica do

vento V', em m/s (metros por segundo), por meio da seguinte equao:

_ = _. . ". b

Onde:

_ a velocidade caracterstica do vento; _ a velocidade bsica do vento; o fator topogrfico; " o fator de rugosidade do terreno; b o fator estatstico.

Estas solicitaes so importantes e imprescindveis a serem consideradas

no dimensionamento e anlise de torres metlicas. E os parmetros utilizados para

clculo das foras de vento em estruturas reticuladas, formadas por barras retas ou

cantoneiras, so de grande seriedade (PROBST, 2013, pg. 11).

(15)

41

2.8.1 VELOCIDADE CARACTERSTICA DO VENTO (VK)

aquela que atua sobre certa parte da estrutura (PROBST, 2013, pg.11).

2.8.2 VELOCIDADE BSICA DO VENTO

A NBR 6123 (ABNT, 1998, pg.11) informa que a velocidade de uma rajada

de vento de 3 segundos, excedida em mdia uma vez em 50 anos, a 10 metros

acima do terreno, em campo aberto. No grfico das isopletas da velocidade bsica

do Brasil encontram-se as informaes destas velocidades conforme figura 12.

Figura 12 Grfico das Isopletas.

Fonte NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 6).

42

2.8.3 FATOR TOPOGRFICO (S1)

De acordo com a NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 5) consideram as variaes de

relevo do terreno do seguinte modo que o terreno plano ou fracamente acidentado

tem o fator topogrfico S1 igual 1,0. Para taludes e morros alongados devem ser

admitidos um fluxo de ar bidimensional soprando no sentido indicado, ambas

situaes so demonstradas na figura 13.

Figura 13 Taludes e Morros


- No ponto A (morros) e nos pontos A e C (taludes): S1 = 1,0;

- No ponto B: [S1 uma funo S1(z)]:

c 3: (h) = 1,06 c 17: (h) = 1,0 + j2,5 hm . no(c 3) 1

c 45: (h) = 1,0 + j2,5 hm . 0,31 1

Obs.: [interpolar linearmente para 3 < < 6 < 17 < < 45]

(16)

(17)

(18)

43

2.8.4 FATOR DE RUGOSIDADE DO TERRENO (S2)

A NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 7) considera o fator S2 o efeito combinado da

rugosidade do terreno, da variao da velocidade do vento com a altura acima do

terreno e das dimenses da edificao ou parte da edificao em considerao. Ela

tambm classifica a rugosidade do terreno em cinco categorias e trs classes de

edificaes, partes de edificaes e seus elementos com intervalos de tempo para

clculo da velocidade mdia de, respectivamente, 3, 5 e 10 segundos.

Conforme a NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 7) as categorias classificadas quanto

rugosidade do terreno so:

Categoria 1 Superfcies lisas de grandes dimenses, com mais de

5km de extenso, medida na direo e sentido do vento incidente.

Exemplos: mar calmo, lagos, rios e pntanos sem vegetao;

Categoria 2 Terrenos abertos em nvel ou aproximadamente em

nvel, poucos obstculos, isolados, tais como rvores e edificaes

baixas. Exemplos: zonas costeiras planas, pntanos com vegetao

rala, campos de aviao, pradarias e charnecas e fazendas sem sebes

ou muros. Obs.: A cota mdia do topo dos obstculos considerada

inferior ou igual a 1 metro.

Categoria 3 Terrenos planos ou ondulados com obstculos, tais

como sebes e muros, poucos quebra-ventos de rvores, edificaes

baixas e esparsas. Exemplos: granjas e casas de campos, com

exceo das partes com matos, fazendas com sebes e/ou muros e

subrbios a considervel distncia do centro, com casas baixas e

esparsas.

Categoria 4 - Terrenos cobertos por obstculos numerosos e pouco

espaados, em zona florestal, industrial ou urbanizados. Exemplos:

zonas de parques e bosques com muitas rvores, cidades pequenas e

seus arredores, subrbios densamente construdos de grandes

cidades, reas industriais plena ou parcialmente desenvolvidas.

Observao: A cota mdia do topo dos obstculos considerada igual

a 10m. Esta categoria tambm inclui zonas com obstculos maiores e

que ainda no possam ser consideradas nesta na categoria.

44

Categoria 5 - Terrenos cobertos por obstculos numerosos, grandes,

altos e pouco espaados. Exemplos: florestas com rvores altas, de

copas isoladas, centros de grandes cidades, complexos industriais bem

desenvolvidos. Obs.: A cota mdia do topo dos obstculos

considerada igual ou superior a 25m.

Para determinao das aes do vento nas partes da edifico devem-se

considerar as caractersticas construtivas ou estruturais que originem pouca ou

nenhuma continuidade estrutural ao longo da desta, como as edificaes com juntas

que separem a estrutura em duas ou mais partes estruturais e aquelas com pouca

rigidez na direo perpendicular direo do vento, em que h pouca capacidade

de redistribuio de cargas, com isso, ficam definidas as classes abaixo (NBR 6123,

ABNT, 1998, pg. 8).

Classe A Todas as unidades de vedao, seus elementos de fixao e

peas individuais de estruturas sem vedao. Toda edificao na qual a

maior dimenso horizontal ou vertical no exceda 20m.

Classe B: Toda edificao ou parte dela para a qual a maior dimenso

horizontal ou vertical da superfcie frontal esteja entre 20m e 50m.

Classe C: Toda edificao ou parte da edificao para a qual a maior

dimenso horizontal ou vertical da superfcie frontal exceda 50m.

A NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 9) informa que para toda edificao ou parte

dela a qual a maior dimenso horizontal ou vertical da superfcie frontal exceda 80m,

o intervalo de tempo correspondente poder ser determinado de acordo com as

indicaes da norma, no Anexo A.

2.8.5 FATOR ESTATSTICO (S3)

A NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 10), baseada em conceitos estatsticos,

considera o grau de segurana e a vida til da edificao em que a definio de

45

velocidade bsica _ a velocidade do vento que apresenta um perodo de recorrncia mdio de 50 anos.

A probabilidade de que a velocidade _seja igualada ou excedida neste perodo de 63%, sendo este nvel de probabilidade (0,63) e as vidas teis (50

anos) adotadas considerados adequados para edificaes normais destinadas a

moradias, hotis, escritrios, entre outros, conforme demonstrado no grupo dois e na

falta de uma norma especfica sobre segurana nas edificaes ou de indicaes

correspondentes na norma estrutural. Os valores mnimos do fator Sbso os indicados na figura 14 (NBR 6123, ABNT, 1998, pg. 10).

Figura 14 Valores mnimos do fator estatstico (S3)

Fonte NBR 6123 (ABNT, 1998, pg.10)

2.8.6 PRESSO DINMICA (Q)

De acordo com a NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 4) a presso dinmica exercida

sobre a estrutura a ser analisada, pode ser obtida por meio do resultado da

velocidade caracterstica V'em N/m (Newton por metro quadrado) atravs da expresso abaixo.

s = 0,613._" Onde:

_ a velocidade caracterstica do vento; s a presso dinmica.

(19)

46

2.8.6.1 FORA GLOBAL OU DE ARRASTO (FA)

De posse do valor de q, encontra-se o valor da fora global por intermdio da

expresso abaixo. (NBR 6123, ABNT, 1998, pg. 4).

t = ut. s. vK Onde:

w a velocidade caracterstica do vento; uw o coeficiente de arrasto; s a presso dinmica; vx a rea frontal efetiva.

Conforme NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 4) para torres reticuladas constitudas

por barras prismticas de faces planas, com cantos vivos ou levemente

arredondados, os valores do coeficiente de arrasto, ut, para vento incidindo perpendicularmente a uma das faces, so fornecidos no grfico da Figura 15.

Figura 15 Coeficiente de arrasto, C5, para torres reticuladas de seo quadrada ou triangular

equiltera, formadas por barras prismticas de cantos vivos ou levemente arredondadas. Fonte NBR 6123 (ABNT, 1998, pg.29)

(20)

47

Para as antenas e equipamentos, os valores de coeficientes geralmente so

fornecidos nos catlogos dos fornecedores nos quais realizaram ensaios em tnel

de vento (PROBST, 2013, pg. 14).

De acordo com a NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 8) a rea frontal efetiva,A6, a rea da projeo ortogonal da edificao, estrutura ou elemento estrutural sobre um

plano perpendicular direo do vento, comumente relatada de rea de sombra,

usada no clculo do coeficiente de arrasto.

A NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 4) informa que os componentes da fora de

arrasto, t, nas faces para torres reticuladas, so obtidas multiplicando os mesmos pelos valores dados na figura 16.

Figura 16 Componentes de fora de arrasto nas faces de torres reticuladas de seo quadrada ou

triangular. Fonte NBR 6123 (ABNT, 1998, pg.32)

48

2.8.6.2 BARRAS PRISMTICAS DE SEO CIRCULAR

Nas barras prismticas de seo circular, o coeficiente de arrasto, Ca, est

sujeito ao valor de nmero de Reynolds (Re) segundo a figura 22 (NBR 6123, ABNT,

1998, pg. 21).

Figura 17 Coeficientes de arrasto, Ca, para barras prismticas de seo circular e comprimento

infinito. Fonte NBR 6123 (ABNT, 1998, pg.26)

2.9 PROGRAMA PARA CLCULO ESTRUTURAL

O objetivo desta etapa do trabalho descrever o uso computacional por meio

de um programa especfico para clculo estrutural, demonstrando suas funes,

explicitando as ferramentas e suas variadas opes. Atualmente no mercado

mundial existem vrios programas disponveis para esta finalidade.

O programa escolhido denominado como STRAP Programa de Anlise

Estrutural, no qual foi desenvolvido por israelenses, prtico e intuitivo, que dispe de

avanados recursos para a elaborao de diversos tipos de modelos estruturais,

totalmente grfico com uma grande variedade de recursos de modelagem e anlise

de estruturas simples ou complexas. O STRAP est presente nas principais

empresas de projetos do Brasil e no mundo sendo compatvel com sistema

operacional Windows (SAE - SISTEMAS DE ANLISE ESTRUTURAL LTDA, 2015).

O programa STRAP, de um modo geral, possui recursos computacionais

capazes de reproduzir visualmente, em ambiente grfico, modelos estruturais

predefinidos, sendo possvel visualizar todas as informaes necessrias em

conjunto com diversos tipos de cargas que facilita a definio de carregamentos

(SAE - SISTEMAS DE ANLISE ESTRUTURAL LTDA, 2015).

49

Conforme a SAE Sistemas de Anlise Estrutural Ltda (2015), utiliza-se

apenas o mouse e insero de dados via teclado para construir modelos estruturais

simples e complexos, sendo possvel visualizar a sua forma real (render), e obter

diversas vistas capturadas que podero ser visualizadas em vrias janelas do

computador.

O programa tambm disponibiliza definir diversas condies de vnculos entre

as barras, liberando esforos nas extremidades destas, tais como: momentos

fletores, toro, foras cortantes, esforos axiais (trao e/ou compresso), sendo

possvel definir elementos especiais, como cabos, tirantes, escoras, barras, em que

uma das extremidades funcione como balano em uma direo e na outra no. Alm

destes recursos, o usurio poder importar e exportar de arquivos do tipo CAD,

como em duas dimenses (2D) e trs dimenses (3D) (SAE - SISTEMAS DE

ANLISE ESTRUTURAL LTDA, 2015).

E ainda pode-se definir: cabos, efeito de protenso em barras, variao de

temperatura em barras e elementos finitos, molas (por rea, em linha,

unidirecionais), gerao de superfcies abertas ou fechadas com equaes

paramtricas (cilindros, elipsoides, hiperboloides), liberao de esforos em barras

(momentos, foras cortantes e axiais), ligaes semirrgidas, diviso da tela em at

quatro janelas, cpia de partes do modelo e de cargas (por translao, rotao ou

espelhada), incorporao de submodelos, deformaes e modos de vibrao com

animao, entre outros. (SAE - SISTEMAS DE ANLISE ESTRUTURAL LTDA,

2015).

A facilidade de manuseio do programa apresentada atravs dos mdulos a

ser trabalhado. Estes so ps-processadores do programa STRAP para a

verificao e dimensionamento de estruturas metlicas modeladas, sendo possvel

dimensionar perfis laminados, soldados, chapa dobrada, vigas e pilares mistos, e

ainda selecionar perfil mais leve de uma tabela de acordo com as equaes da

norma selecionada. Podem-se definir os parmetros de dimensionamento,

travamentos, dimenses da mesa colaborante, resistncia dos conectores, entre

outros.

O programa tambm verifica automaticamente a combinao crtica e as

sees quanto a: momentos fletores, flambagem lateral com toro, cortante, fora

axial, deformaes e esbeltez. Pode-se instruir a verificar as sees de momento

Torsor, porm no o padro do sistema.

50

2.10 PLANILHA PROGRAMVEL

Para organizao dos dados da torre metlica treliada autoportante faz

necessria a utilizao de planilha eletrnica com as informaes de clculo das

solicitaes devido ao vento, clculo das ligaes, chumbadores e parafusos com a

finalidade de importao com o programa de clculo estrutural (PROBST, 2013, pg.

7).

2.11 ANLISE DE UM PROJETO ESTRUTURAL

Ao avaliar uma estrutura com a utilizao de um programa especfico para

clculo estrutural, deve-se tomar a premissa que nenhum programa de computador,

por mais desenvolvido que seja, substituir o instinto e julgamento de um

profissional de engenharia, que deve saber interpretar a coerncia dos resultados

obtidos por este recurso tecnolgico (PROBST, 2013, pg. 25).

Deve-se ser verificadas individualmente informaes importantes no local da

implantao da infraestrutura, como as propriedades fsicas dos materiais,

caractersticas do ambiente em torno da obra, informaes sobre as condies da

estrutura, aes atuantes e critrios de dimensionamento (PROBST, 2013, pg. 25).

51

3 ESTUDO DE CASO

O seguinte estudo de caso foi possvel com uso da base de dados disponvel

em planilha programvel da estrutura metlica e os arquivos do projeto estrutural

fornecidos pela empresa de nome fictcio ENG.

Para realizao da anlise da estrutura vertical existente no municpio de

Cariacica/ES, torre autoportante de base quadrada com a finalidade na atividade de

telefonia celular, considerou-se os carregamentos existentes e a ampliao de

cargas com o acrscimo de novas antenas e reserva de carga. Ainda sim, a

estrutura foi analisada realizando uma vistoria minuciosa, visto que suas peas e

ligaes se encontram em boas condies de uso, no apresentando indcios de

corroso extrema.

A base de dados da estrutura foi obtida pela operadora de telefonia celular,

contendo algumas informaes para realizao do clculo de anlise estrutural. No

foi fornecido o projeto da torre com as dimenses das cantoneiras, bem como as

informaes de velocidade caracterstica do vento atuante, que geralmente,

apresentado na placa da torre, presente no local, conforme figura 23.

Na ocasio, quando no se tem os dados de projeto, faz necessrio realizar

levantamento tcnico de cada pea que compe a estrutura, sendo possvel obter os

dados de uma face da silhueta da torre, este foi fornecido pela empresa ENG.

3.1 BASE DE DADOS

3.1.1 ESTRUTURA VERTICAL

Os dados da estrutura vertical so obtidos por meio de projetos fornecidos

pelo fabricante da estrutura, quando no se tem, deve-se realizar levantamento

tcnico da infraestrutura, um estudo especial no local, conforme informado pela NBR

8800:2008. Alguns destes dados tambm so informados atravs de uma placa em

ao inox fixada na torre fornecida pelo fabricante, que geralmente, informa: tipo,

modelo, fabricante, endereo, coordenadas e capacidade.

52

Para a torre de seo quadrada, objeto deste estudo, obtivemos as

dimenses das barras (peas) atravs de levantamento tcnico fornecido pela

empresa ENG e outros dados foram obtidos, visualmente, na placa da torre,

conforme a seguir:

Tipo: Torre quadrada autoportante com altura de 30 metros

Modelo: TASL-30 | Peso: 5.330 kg | Data de instalao: 01/08/1997.

Seo transversal: Quadrada.

Fabricante: VIMANS ESTRUTRAS METLICAS LTDA.

Endereo: Rua Nestor Gomes, S/N - Vila Merlo, Cariacica/ES.

Coordenadas: Latitude: 20 16 01, Longitude: 40 24 58,5 e Altitude: 60m.

3.1.2 FUNDAO

O projeto de fundao fornecido pelo fabricante ou executor da

infraestrutura. Quando no se tem este projeto, faz necessrio realizar uma

investigao no local para se determinar o tipo de fundao conforme

recomendao da NBR 6118:2014, neste caso de estudo, os dados foram

informados pela operadora de telefonia celular que estava de posse do projeto e

laudo, portanto obtivemos os seguintes dados.

Tipo: Tubulo

Data de instalao: 08/1997

3.1.3 DADOS INFORMADOS NA PLACA DA TORRE

V0: No informado (Velocidade bsica do vento)

S1: No informado (Fator topogrfico)

S2: No informado (Fator de rugosidade do terreno)

S3: No informado (Fator estatstico)

Capacidade mxima (AEV): 12m.

53

A AEV, sigla denominada para a rea de Exposio ao Vento das antenas e

de elementos presentes na estrutura. A informao obtida por meio do projeto do

fabricante ou na placa da torre instalada pelo executor, conforme figura 18.

Figura 18 Placa da Torre Metlica Autoportante

Fonte Levantamento tcnico

3.2 PARMETROS DE CLCULO

Os parmetros de clculo foram verificados conforme os procedimentos da

NBR 8681:2003, utilizando a velocidade caracterstica do vento de projeto e atuante,

as cargas existentes, considerando a influncia de todas as aes que produzem

efeitos significativos na estrutura, sejam elas diretas ou indiretas, tais como: peso

prprio, plataforma principal, variao de temperatura, rea e suportes de antenas

de rdio frequncia e de suportes de antenas de micro-ondas, esteira vertical para

cabos, manuteno, equipamentos auxiliares.

Para os parmetros da velocidade caracterstica do vento atuante, Vk ,na torre

metlica foi definida em conformidade com isopletas apresentadas pela NBR

6123:1988, pg. 5.

54

Os fatores S1, S2 e S3 foram definidos conforme caractersticas topogrficas,

rugosidade do terreno e estatstico de acordo com os procedimentos da NBR

6123:198. Alm disso, foram confirmados mediante aos levantamentos realizados no

local e por meio de recursos computacionais como imagens de satlites atravs do

Google Earth.

3.2.1 VELOCIDADE BSICA DO VENTO (V0)

Com base na NBR 6123:1988 pg. 5, a velocidade bsica do vento V0 foi

definida em funo do mapa das isopletas com a localizao da torre de

telecomunicaes situada na cidade de Cariacica/ES, conforme figura 19. A

velocidade bsica do vento V0 no local ser analisada de 32m/s.

Figura 19 Grfico das Isopletas.


3.2.2 FATOR TOPOGRFICO (S1)

Para obteno do fator topogrfico S1 analisado a localizao da torre

conforme demonstrados nas figuras 20 e 21, caracterizou o fator como terreno plano

ou fracamente acidentado, considera-se o fator S1 igual 1,0 conforme procedimento

da NBR 6121:1998 pg. 5, No ponto A (morros) e nos pontos A e C (taludes) da

figura 13. A torre encontra-se na cota altimtrica de 68 metros e o ponto mais baixo

55

est a 954 metros no sentido nordeste, visto que o ponto desnvel total a 34 metros

em toda esta extenso, portanto o ngulo encontrado de 2.

Resultado: c 3: (h) = 1,0

Figura 20 Localizao da Torre.

Fonte Google Earth

Figura 21 Perfil de elevao.

Fonte Google Earth

3.2.3 FATOR DE RUGOSIDADE DO TERRENO (S2)

O fator rugosidade em funo da altura categoriza em terrenos planos com

obstculos, tais como sebes e muros, pouco quebra-ventos de rvores, edificaes

baixas e esparsas, e a cota mdia do topo destes obstculos encontra-se igual a

trs metros, conforme figuras 22 e 23. Com base na NBR 6123:1998 pg. 9,

confirmou-se a categoria do terreno como a nmero trs (Categoria III) e em relao

a altura de 30 metros da torre metlica, classificando na categoria B.

Resultado: S" = III B

56

Em consulta a tabela 1 da NBR 6123 (ABNT, 1998, pg. 9), obtm-se o valor

para edificao:

Resultado: S" = 1,03

Figura 22 Vista do Entorno da Torre

Fonte Levantamento Tcnico

Figura 23 Vista do Entorno da Torre

Fonte Levantamento Tcnico

3.2.4 FATOR ESTATSTICO (S3)

Conforme a NBR 6123 (ABNT, 1988, pg. 10) cita, Edificaes cuja runa total

ou parcial pode afetar a segurana ou possibilidade de socorro a pessoas aps uma

tempestade destrutiva (hospitais, quartis de bombeiros, e de foras de segurana,

centrais de comunicaes, etc.), portanto o fator estatstico igual 1,1.

Resultado: Sb = 1,1

57

Finalizando a velocidade do vento sobre a estrutura, os parmetros utilizados

no desenvolvimento dos clculos, sero:

_ = 32 m/s = 1,0 " = Rugosidade/altura - CATEGORIA III-B, no valor correspondente de 1,03 b = 1,1

_ = _ . . " . b _ = 32 {/} . 1,0 . 1,03 . 1,1

_ = 36,26 {/}

3.2.5 MATERIAIS DA ESTRUTURA

No foi fornecido o projeto da torre pela operadora de telefonia celular,

proprietria da estrutura, onde informaria o tipo de ao utilizado na fabricao.

Portanto foi adotado o ao mais usual para este tipo de estrutura, que segundo tal,

so:

Chapas: Ao ASTM A36 (MR250)

Perfis cantoneira: Ao ASTM A36 (MR250)

Perfis tubulares: Ao ASTM A36 (MR250)

Barras: Ao ASTM A36 (MR250)

Solda: E80-XX

Galvanizao: ao carbono e 90 m ASTM A123

58

3.2.6 CARREGAMENTOS CONSIDERADOS NA ANLISE

3.2.6.1 CARGAS PERMANENTES

Conforme a NBR 8681:2003 deve-se considerar todos os elementos

construtivos permanentes na edificao, portanto para uma estrutura metlica

vertical destinada a servios de telefonia mvel, considera as seguintes cargas:

Peso prprio da estrutura;

Peso da escada;

Peso da esteira de cabos;

Peso dos cabos;

Peso das antenas de rdio frequncia (RF) e de micro-ondas (MW);

Peso dos suportes das antenas de RF e de MW;

Peso da plataforma;

Peso de manutenes.

3.2.6.2 CARGAS VARIVEIS

A NBR 6123:1998 determina a superfcie frontal como definida pela projeo

ortogonal da edificao, estrutura ou elemento estrutural sobre um plano

perpendicular direo do vento e informa que o procedimento para clculo das

foras devidas ao vento deve ser considerado na estrutura como um todo. Como a

ao dos ventos considerada uma carga varivel, de acordo com a NBR

8681:2003, considera-se que o vento predomina em todas as peas constituintes da

estrutura, portando temos as seguintes cargas:

Vento nos cabos;

Vento nas antenas;

Vento nas plataformas.

Vento nas peas;

Vento na escada;

Vento na esteira;

59

3.2.7 CLCULO DE AES ATUANTES NA ESTRUTURA

Conforme definido na NBR 8681:2003, a influncia de todas as aes

atuantes que produzem efeitos significativos sejam elas diretas ou indiretas, como

peso prprio da estrutura, plataforma, escada, suporte de antenas de RF, suportes

de antenas MW e, principalmente, as cargas devido ao vento agindo na estrutura e

nas antenas de telefonia celular.

3.2.7.1 CARREGAMENTO

A combinao de aes foi realizada baseada na NBR 8681:2003. Pg. 9 e

obteve-se trs coeficientes atravs das tabelas apresentadas na norma e descritas

abaixo, portanto para as condies normais do peso prprio foram consideradas

como as aes permanentes, as foras de ventos que so principais como aes

variveis e por fim os equipamentos como aes secundrias (Combinaes de

aes, figuras 8 e 9).

Coeficiente de ponderao para aes permanentes para peso prprio:

= 1,25

Coeficiente para aes variveis considerando o vento como ao principal:

= 1,4

Coeficiente das aes secundrias permanentes para os demais

equipamentos:

= 1,5

Minorao por um coeficiente de reduo:

= 0,7

60

Portanto, analisando os ventos incidentes na estrutura orientados em relao

projeo de seu apoio no solo a 0 e 45 conforme figura 24.

Figura 24 Aes do vento na estrutura


=

F, + [ F, +

!

"F ,]

Calcula-se:

Situao 1:

Peso prprio x 1,25 + Vento 0 x [1,4 + Peso equipamentos x (1,5 x 0,7)]

Situao 2

Peso prprio x 1,25 + Vento 45 x [1,4 + Peso equipamentos x (1,5 x 0,7)]

Estes parmetros de clculo de cargas pr-estabelecidas, conforme anlise

realizada de acordo com os procedimentos da NBR 8681:2003, sero inseridos na

configurao do programa STRAP V.14, mdulo de cargas, no qual calcular a ao

do vento em cada cantoneira da estrutura juntamente com o seu peso prprio.

61

3.2.7.2 VENTO NAS ANTENAS

No levantamento tcnico obtido junto empresa de nome fictcio ENG

constatou as antenas de rdio frequncia (RF), antenas de micro-ondas (MW) e

RRUs de acordo com a figura 25, discriminando o modelo, dimenses e altura

situada na torre metlica treliada autoportante, conforme quadro 1.

Figura 25 Antenas de RF e MW na torre


Tipo de Antenas

Modelo das Antenas Fabricante Qtde. Altura

(m) Compr.

(m) Largura

(m) Dimetro

(m)

Antenas de RF

PCSD18-06516-2DM ANDREW 3 27,70 1,480 0,165 -

DBXLH 9090B ANDREW 3 30,70 2,050 0,385

CTSD08-06515-0D ANDREW 3 30,90 1,950 0,270

RRU HUAWEI 3 31,40 0,477 0,560

K 739 495 KATHREIN 3 32,50 1,320 0,265

DBXLH 6565B-VTM ANDREW 3 33,50 1,940 0,255

Antenas de MW

VPHA-1804-2N ANDREW 1 24,60 - - 1,20

VPHA-1804-4N ANDREW 1 28,60 - - 1,20

Quadro 1 Quantidade e modelo de equipamentos na torre. Fonte Levantamento tcnico

MW RF

RRU

62

Para o clculo do coeficiente da fora em uma antena de rdio frequncia

PCSD18-06516-2DM ou uma antena de MW VPHA-1804-4N ou um mdulo de RRU

instaladas na torre realizado o procedimento de acordo com NBR 6123:1998,

conforme segue abaixo:

Velocidade caracterstica do vento:

Dados:

V = 32 m/s S = 1,0 S" = III-B h = 30m S2 = 1,03 Sb = 1,1

Expresso:

V' = V . S . S" . Sb

Resultado:

V' = 32 m/s . 1,0 . 1,03 . 1,1 V' = 36,26 m/s

Presso dinmica:

Dados:

V' = 36,26 m/s

Expresso:

q = 0,613 . V'"

Resultado:

q = 0,613 . (36,26 m/s) q = 805,9647988 N/m =|82 kgf/m

63

Coeficiente da fora a 0 (vento):

Dados:

C5 = 1,2 para antenas de RF; C5 = 1,2 para mdulos de RRU; C5 = 1,6 para antenas de MW; A6 = 1,473m . 0,173m = 0,25m rea da antena de RF; A6 = 0,485m . 0,285m = 0,14m rea do mdulo de RRU; A6 = (,") . = 1,13m rea da circunferncia da antena de MW.

O coeficiente de arrasto para as antenas determinado pelo fabricante. Em

geral, segue-se um padro para o tipo de antena.

Expresso:

F5 = C5 . q . A6

Resultados:

Para antena de RF:

t = 1,2 . 82 kgf/m". 0,25m t = 24,6 kgf

Para mdulo de RRU:

t = 1,2 . 82 kgf/m". 0,14m t = 13,8 kgf

Para antena de MW:

t = 1,6 . 82 kgf/m". 1,13m F5 = 148,3 kgf

Observado que quanto maior a rea efetiva, maior ser a fora sobre a

estrutura. O exemplo de clculo do coeficiente exibido acima, de algumas antenas

de telefonia celular, apresenta o parmetro de clculo da NBR 6123:1998 a ser

utilizado para desenvolvimento de todo o trabalho.

64

Conforme a NBR 6123:1998, e classificando a estrutura para torres

reticuladas constitudas de faces planas, a fora tambm necessitar ser

transformada para o carregamento do vento a 45 conforme figura 16 do referencial

terico, sendo assim:

Para antena de RF:

t () = 24,6 kgf . cos 45 t = 17,4 kgf

Para mdulo de RRU:

t () = 13,8 kgf . cos 45 t = 9,8 kgf

Para antena de MW:

t () = 148,3 kgf . cos 45 F5 = 104,9 kgf

Para as demais antenas, juntamente com os quantitativos e dimenses,

calculam-se em uma planilha eletrnica conforme quadro 2 de acordo com a NBR

6123:1998.

Tipo de Antenas

Modelo das Antenas Qtde Altura (m)

Comp. (m)

Larg. (m)

(m) CA rea (m)

sem CA

rea (m) com CA

Fv (kgf) Fv (x1) (kgf)

Antenas de RF

PCSD18-06516-2DM 3 27,70 1,480 0,165 - 1,2 0,73 0,88 72,1 37,9

DBXLH 9090B 3 30,70 2,050 0,385 1,2 2,37 2,84 233,0 122,4

CTSD08-06515-0D 3 30,90 1,950 0,270 1,2 1,58 1,90 155,4 81,6

RRU 3 31,40 0,477 0,560 1,2 0,80 0,96 78,9 41,4

K 739 495 3 32,50 1,320 0,265 1,2 1,05 1,26 103,3 54,2

DBXLH 6565B-VTM 3 33,50 1,940 0,255 1,2 1,48 1,78 146,0 76,7

Antenas de MW

MW VPHA-1804-2N 1 24,60 - - 1,20 1,6 1,13 1,81 148,3 77,9

MW VPHA-1804-4N 1 28,60 - - 1,20 1,6 1,13 1,81 148,3 77,9

AEV TOTAL DAS ANTENAS INSTALAR DE RF, MW e RRU 10,28 13,23 1085,26 570,11

Quadro 2 Clculo da AEV rea de exposio ao vento das antenas Fonte Planilha Excel

Observa-se que a rea em metros quadrados com coeficiente de arrasto est

acima do permitido da capacidade de 12m da estrutura vertical informada pelo

fabricante Vimans Estruturas Metlicas.

65

3.2.7.3 VENTO NOS CABOS

Para o clculo do coeficiente da fora nos cabos de RF existentes na torre

so realizados os procedimentos de acordo NBR 6123:1998, segue abaixo:

Velocidade caracterstica do vento na altura de 5 metros:

Dados:

V = 32 m/s S = 1,0 S" = III-B h = 5m S2 = 0,86 Sb = 1,1

Expresso:

V' = V . S . S" . Sb

Resultado:

V' = 32 m/s . 0,86 . 1,1 V' = 30,27 m/s

Presso dinmica:

Dados:

V' = 30,27 m/s

Expresso:

q = 0,613 . V'"

Resultado:

q = 0,613 . (30,27 m/s) q = 561,6752877 N/m =| 57 kgf/m

66

Coeficiente da fora (vento):

Dados:

Cabo de RF = 7/8 = 2,22 cm = 0,0222 m

O coeficiente de arrasto para os cabos definido de acordo com a NBR

6123:1998, ver figura 21 do referencial terico, obtm-se o seguinte resultado:

Expresso:

R6 = 7000 . V' . d

Resultado:

R6 = 7000 . 57 kgf/m . 0,0222m R6 = 8,85 x 10 < 4,2 x 105 ento C5 = 1,2 F5 = C5 . q . A6 t = 1,2 . 57 kgf/m" . 0,0222{ t = 1,53 kgf/cabo

Conforme levantamento tcnico, a estrutura possui diversos cabos alinhados,

de acordo com a disposio apresentada na figura 26.

Figura 26 Cabos de RF na torre


67

O clculo total do coeficiente da fora para altura de cinco metros do

carregamento dos cabos de RF demonstrado nos quadros 3, 4 e 5 abaixo:

Quadro 3 Clculo da AEV rea de exposio ao vento para cabos 1/2 Fonte Planilha Excel

Quadro 4 Clculo da AEV rea de exposio ao vento para cabos 7/8

Fonte Planilha Excel

V0 (m/s) 32

Clculo de fora de arrasto nos cabos de 1/2'' (1,27cm)

S1 1

S2 III-B

S3 1,1

d (m) 0,0127

N de cabos

alinhados

N TOTAL

de cabos

Alt. (m)

S2 vs h

Vk (m/s)

q (kgf/m) Re I/d Ca

Fa - Vento (kgf/m)

Peso dos

Cabos (kgf/m)

rea de exposio dos cabos c/ CA (m)

2 2 5 0,86 30,27 57,3 5,1E+03 393,7 1,2 1,75 0,2 0,03048

2 2 10 0,92 32,38 65,5 5,8E+03 393,7 1,2 2,00 0,2 0,03048

2 2 15 0,96 33,79 71,4 6,3E+03 393,7 1,2 2,17 0,2 0,03048

2 2 20 0,99 34,85 75,9 6,7E+03 393,7 1,2 2,31 0,2 0,03048

2 2 25 1,01 35,55 79,0 7,0E+03 393,7 1,2 2,41 0,2 0,03048

2 2 28 1,03 36,26 82,1 7,3E+03 393,7 1,2 2,50 0,2 0,03048

Mdias = 2,19 0,21 0,03048

V0 (m/s) 32

Clculo de fora de arrasto nos cabos de 7/8'' (2,22cm)

S1 1

S2 III-B

S3 1,1

d (m) 0,0222

N de cabos

alinhados

N TOTAL

de cabos

Alt. (m) S2 vs h Vk

(m/s) q

(kgf/m) Re I/d Ca Fa -

Vento (kgf/m)

Peso dos

Cabos (kgf/m)


6 6 5 0,86 30,27 57,3 8,9E+03 225,2 1,2 3,05 0,2 0,15984

6 6 10 0,92 32,38 65,5 1,0E+04 225,2 1,2 3,49 0,2 0,15984

6 6 15 0,96 33,79 71,4 1,1E+04 225,2 1,2 3,80 0,2 0,15984

6 6 20 0,99 34,85 75,9 1,2E+04 225,2 1,2 4,04 0,2 0,15984

6 6 25 1,01 35,55 79,0 1,2E+04 225,2 1,2 4,21 0,2 0,15984

6 6 30 1,03 36,26 82,1 1,3E+04 225,2 1,2 4,38 0,2 0,15984

6 6 33 1,05 36,96 85,4 1,3E+04 225,2 1,2 4,55 0,2 0,15984

Mdias = 3,93 0,24 0,15984

68

V0 (m/s) 32

Clculo de fora de arrasto nos cabos de 1'' 5/8'' (4,13cm)

S1 1

S2 III-B

S3 1,1

d (m) 0,041275

N de cabos

alinhados

N TOTAL

de cabos Alt. (m) S2 vs h Vk

(m/s) q

(kgf/m) Re I/d Ca

Fa - Vento (kgf/m)

Peso dos

Cabos (kgf/m)


3 6 5 0,86 30,27 57,3 1,7E+04 121,1 1,2 8,51 0,4 0,14859

3 6 10 0,92 32,38 65,5 1,9E+04 121,1 1,2 9,74 0,4 0,14859

3 6 15 0,96 33,79 71,4 2,1E+04 121,1 1,2 10,60 0,4 0,14859

3 6 20 0,99 34,85 75,9 2,2E+04 121,1 1,2 11,28 0,4 0,14859

3 6 25 1,01 35,55 79,0 2,3E+04 121,1 1,2 11,74 0,4 0,14859

3 6 30 1,03 36,26 82,1 2,4E+04 121,1 1,2 12,21 0,4 0,14859

3 6 33 1,05 36,96 85,4 2,5E+04 121,1 1,2 12,68 0,4 0,14859

Mdias = 10,96 0,43 0,14859

Quadro 5 Clculo da AEV rea de exposio ao vento para cabos 1 5/8 Fonte Planilha Excel

O somatrio dos cabos existentes compreender uma faixa de 0,33891m/m.

3.2.7.4 VENTO NA ESCADA

Conforme a NBR 6123:1998, para o clculo do coeficiente da fora aplicada

na escada, considera a rea de exposio do vento de 0,50m/m.

Velocidade caracterstica do vento:

Dados:

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