Normalmente, as torres de telecomunicações são estruturas treliçadas de base triangular ou quadrangular, sendo compostas por elementos de espessura reduzida, como cantoneiras ou perfis tubulares. O custo de construção e concepção representam uma pequena parcela, face ao custo global, de um projecto complexo, dada a necessidade de implantar vias de acesso, equipamentos de monitorização, fontes de alimentação, transmissores e antenas.
Segundo Smith[1] e Andersen[2] existe um conjunto de factores que se deve ter em conta na prospecção de um projecto, tais como:
Altura da antena necessária para cada sistema de antenas a implantar na torre;
Coeficientes de forma das antenas e de outros elementos que não fazem parte da super-estrutura; Peso, tamanho e disposição de todos os alimentadores;
Formação de gelo em estruturas de aço e a sua probabilidade de ocorrer com vento forte;
Deflexões angulares permitidas e a elevação de cada antena acima do qual o sinal de transmissão é reduzido;
Grau de segurança exigido;
Área de solo disponível e os acessos ao local de implantação; Natureza geológica local;
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Custo e implicações da futura manutenção ou substituição; Estética;
Fundações;
Adequação à disposição estrutural, requisitos, códigos e normas aplicáveis; Condições de erecção.
No desenvolvimento do projecto de uma torre metálica, a eficiência estrutural e a economia são atingidas pela combinação ideal entre o projecto e a análise. Deste modo, é fundamental definir um esquema estrutural inicial, com base em predisposições existentes e posteriormente desenvolver um estudo económico/eficiente, tendo por base a alteração das secções transversais, perfis de contraventamento e a própria configuração estrutural. Este processo iterativo não só permite uma solução atractiva para o cliente, como também minimiza a resistência ao vento da própria estrutura. A repetição das torres é usual no mercado do sector das linhas de transmissão e das telecomunicações. Assim sendo, qualquer economia ao nível do peso, pode gerar vantagens económicas significativas, o que levou à realização de um modelo 2 de projecto, dado que o anterior modelo (modelo 1), apresentava um número excessivo de ligações soldadas. Por outro lado, de forma a compreender as principais diferenças na aplicação de diferentes contraventamentos, o modelo 1 apresenta um contraventamento principal cruzado com elementos horizontais de interacção ao centro e elementos adicionais em forma de “M” (Figura 3.5), enquanto que o modelo 2 apresenta uma submissão dos elementos adicionais face ao anterior modelo. Apesar das diagonais do modelo 2 compreenderem um comprimento de encurvadura maior, e por isso o perfil da barra terá um peso por metro superior, garante-se a economia, pelo facto das ligações soldadas necessitarem de mão-de-obra especializada, com cuidados e linhas de montagem bastante demoradas e dispendiosas. De referir que ambos os modelos foram desenvolvidos pelo autor, para o desenvolvimento da dissertação.
Segundo Smith[1], o contraventamento escolhido no modelo 2, designa-se por cruzado com elementos horizontais de intersecção ao centro. O membro horizontal deve ser suficientemente rígido na direcção transversal para proporcionar apoio para os diferentes casos de carga dos elementos contraventados. Os meios para satisfazer este critério devem garantir que o membro horizontal resista às cargas dos membros cruzados.
Figura 3.1 - Modelo 1 Figura 3.2 - Modelo 2
59 As torres metálicas de telecomunicações de grande altura caracterizam-se por apresentarem uma parte tronco-piramidal que se encontra junto ao solo, designada por fuste e outra parte recta, na qual são fixas as antenas. Assim sendo apresentam na parte inferior uma secção variável em altura. A disposição dos elementos da estrutura foi disposta com base numa regra de triângulos, de forma a encurtar os comprimentos de encurvadura do sistema estrutural e possibilitando a leveza e o equilíbrio estrutural desejado.
A definição das características gerais da torre, direcciona o estudo para uma dada geometria. Desta forma possuí-se:
Torre de secção transversal triangular;
Secções tubulares para os montantes e secções em cantoneira, para os restantes membros; Elementos adicionais, caso de plataformas de trabalho, escadas, cabos e elementos de contraventamento adicionais, que se encontram posicionados dentro da estrutura da torre;
A economia representa um dos aspectos essenciais no dimensionamento de qualquer estrutura, sendo que a geometria global da torre forma o primeiro elemento principal na tomada de decisão, constituindo um dos principais condicionalismos na sua economia global. Deste modo, partiu-se de condições propostas pelo grupo Metalogalva, a qual se apresenta no Quadro 3.1.
Quadro 3.1 - Características geométricas da torre de telecomunicações
Altura da Estrutura 100 m Largura no topo 1,5 m Largura na base 7,5 m Comprimento constante 18 m
Com o crescimento dos aglomerados populacionais, a valorização do uso do solo têm crescido de forma exponencial. Assim sendo, dependendo das condições locais, é necessário ter em conta a área de terreno a utilizar. O custo do terreno, poderá inviabilizar a instalação da estrutura num dado local, apesar da largura efectiva ser reduzida.
A actual conjuntura económica que o país atravessa, não permite o envolvimento de uma empresa apenas no mercado nacional, e como tal é essencial desenvolver projectos, capazes de serem aplicados em qualquer outro país. Vigora assim a necessidade dos elementos em projecto não apresentarem uma extensão superior a 5,85 metros, de forma a serem transportados em contentores de navios. Desta forma, o grupo Metalogalva pretende desenvolver todo o processo de projecto, concepção, fabricação e transporte para outro país, sendo apenas realizada a montagem no país de destino.
A consideração anterior interferiu nas condições geométricas da estrutura ao nível da altura. Assim sendo, no Quadro 3.2, estão representados as características geométricas da mesma.
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Quadro 3.2 - Características geométricas
Altura da estrutura 99,38351 m Ângulo dos montantes 2 1,212376º Ângulo dos montantes 3 2,420732º Comprimento dos montantes 5,85 m
Figura 3.3 - Dimensões geométricas da base da torre de telecomunicações
Relativamente à configuração em altura, a largura da forma triangular vai decrescendo até atingir o valor de 1.5 m. Na restante extensão, a largura mantem-se constante., tal como pode ser visualizado na Figura 3.4.
61 Para torres autoportantes, a escolha das secções transversais e dos perfis dos vários membros, dependerá de questões práticas, como é caso de preços e prazos de entrega, produção racional e económica, ligações, instalação, galvanização em imersão a quente, transporte, montagem, esbelteza dos membros e tamanhos dos perfis [2].
Uma solução óptima para torres de altura aproximada de 100 m, são torres triangulares com montantes em tubos circulares, e diagonais cruzadas em tubos quadrados. Para alturas superiores adopta-se uma solução de torre estaiada, por se tornar mais económica [2]. A esbelteza da estrutura obriga à utilização de secções tubulares nos montantes, dadas as características de inércia intrínsecas nestas secções, independentemente da direcção em análise.
Os perfis tubulares apresentam segundo Firmo[35], características únicas, tornando-os apropriados no projecto de uma estrutura treliçada triangular. A sua área reduzida e a óptima resistência à encurvadura quando submetida à compressão para qualquer direcção proporcionam características primordiais para a sua aplicação no projecto. Apresenta geometricamente uma simetria radial, o que lhe confere uma tensão uniforme quando submetida a um esforço de compressão, evitando direcções preferenciais para a ocorrência de encurvadura. Para além do óptimo desempenho à compressão, as características geométricas da secção apresentam um excelente comportamento à tracção e à torção, combinado com um óptimo desempenho dos esforços combinados e a resistências a impactos e colisões. Nas condições em estudo, o desempenho aerodinâmico apresenta um papel relevante nas acções do vento, menos condicionantes face a secções de arestas vivas. A eficiência da secção por apresentar uma óptima rigidez para uma área de aço tão pequena, contribui para um boa rigidez torsional deste tipo de estruturas.
Mediante do apresentado, a estrutura será triangular, com montantes de secção tubular, e com a aplicação de cantoneiras nas travessas e diagonais. Na análise global da estrutura a cada nível, as barras foram divididas em várias famílias, tais como:
Montantes (1) Diagonais (2) Travessas (3) Restantes (4)
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De forma a enquadrar a estrutura no meio envolvente, torna-se necessário a utilização de critérios estéticos, o que leva à necessidade de instalar equipamentos como, escadas, guias de ondas e plataformas dentro da própria torre. Apesar de um dos requisitos iniciais impor um comprimento constante de 18 m na parte superior, por razões de aparência estética aconselha-se que este troço compreenda valores entre um quinto a um décimo da altura da torre[3].