As torres de telecomunicações poderão ser suportadas por estruturas, cuja sua classificação, depende da sua geometria e do material utilizado. A grande família das torres encontra-se dividida em dois grupos: torres autoportantes e torres estaiadas (ou espiadas). Existe uma divergência significativa na sua análise, causada pelos efeitos secundários que surgem nas torres estaiadas devido à sua deformação, dado que será necessário analisar a contribuição de cada cabo na reposta da estrutura á solicitação imposta. Outra particularidade, reside na área de ocupação das torres estaiadas, uma vez que se estabelece no intervalo de 0,6 a 1,5 vezes a altura da torre.
Dentro do grupo das torres autoportantes, existem dois tipos de torres com características bem distintas, as torres reticuladas e os mastros. Os mastros, dada a sua geometria, são vulneráveis a efeitos de galope e ovalização devido à acção do vento, condicionando o seu dimensionamento. Assim sendo, e tendo em conta a esbelteza da mesma, não é possível obter soluções muito extensas em altura, pois a segurança e fiabilidade da estrutura poderão ser colocadas em causa.
As torres estaiadas (Figura 1.3) caracterizam-se por serem estruturas muito esbeltas e fixas por cabos de aço de longa extensão, tornando-se assim o grupo que apresenta maiores vantagens ao nível dos custos e rapidez de execução. Porém, a imensa área necessária para a fixação dos cabos torna a solução muitas vezes dispendiosa face a outras soluções. Em zonas urbanas é inviável a sua utilização dada as dificuldades de acesso e o elevado custo dos terrenos.
7 Figura 1.3 - Torre Estaiada
As torres reticuladas autoportantes (Figura 1.4) são correntemente utilizadas em torres de telecomunicações, com a altura a variar entre os 10 e os 200 m, sendo que a partir dos150 m de altura, o custo aumenta de forma exponencial comparativamente a torres espiadas. Caracterizam-se por apresentarem uma variação da largura ao longo da sua altura, apesar das torres de menor dimensão exibirem soluções de largura constante. Deste modo, são compostas por uma secção recta localizadas na sua maioria no terço superior e por uma parte piramidal na parte inferior. Poderão ser torres com uma secção transversal quadradas ou triangulares, com módulos de 5 ou 6 m, em função da altura da torre. Os módulos poderão ser apresentados de várias formas, uma vez que existem vários tipos de contraventamentos. Nas estruturas correntes podem ocorrer a conjugação de diversos módulos, tais como: Triângulos; Losangos; K; E; X.
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Figura 1.4 - Torre reticulada ou treliçada
Os padrões de contraventamento são adoptados em conformidade com a forma da estrutura, no que diz respeito à variação da largura da face superior para a face inferior. Segundo Smith[1] a relação entre a altura e a largura da base é 8, no entanto esta razão depende dos limites colocados de deflexão para a carga especificada.
No que diz respeito às torres tubulares (mastros), estas apresentam as seguintes vantagens, relativamente às restantes:
O coeficiente de forma para a pressão do vento de elementos cilíndricos é cerca de metade do que para superfícies planas;
Elevadores, escadas, cabos são introduzidos no interior, sendo desprezados aquando da sua contribuição para a quantificação da acção do vento;
Efeito de formação de gelo é menor quando comparada com construções reticuladas; Os processos de montagem são mais simples e mais económicos;
Completa protecção dos alimentadores, uma vez que são introduzidos no seio interior da estrutura, permitindo a sua protecção contra as condições climáticas adversas.
9 Figura 1.5 - Mastro Tubular
Os mastros (Figura 1.5) representam a solução preferida pelas operadoras de telecomunicações nacionais, contudo, apresentam algumas desvantagens, tais como:
Tendência para vibrações de ressonância quando submetidas à acção do vento, uma vez que a frequência própria da estrutura é relativamente próxima da frequência da acção;
A instalação de antenas adicionais é dificultada pelo facto da torre apresentar paredes lisas; Humidade no interior, é a principal causa na prospecção de anomalias neste tipo de estruturas, segundo Murteira[14];
O custo total é um pouco mais elevado do que o dos mastros treliçados equivalentes.
A escolha de uma solução, depende geralmente de dois aspectos, a geometria da torre, que influenciará o dimensionamento e a economia global da estrutura. Invariavelmente os vários tipos de soluções permitirão optimizar o modelo e obter soluções bastante ostentosas. No entanto deve-se analisar na estrutura de forma global, contabilizando economia de ligações, entre muitos outros aspectos. Sendo o peso o factor fundamental na definição da economia da torre, segundo Smith[1], o peso de uma torre metálica treliçada varia aproximadamente com o quadrado da sua altura, ao contrário das torres espiadas em que o seu peso é dado pela altura levantada a uma potência de 1.5. Tem-se presente este facto, dado que as torres estaiadas, são mais esbeltas e de secção constante ao longo da sua extensão. As torres quanto à forma da base, podem ser quadradas, triangulares ou circulares. Esta característica tem particular interesse na definição da secção dos montantes.
Os problemas que se desenvolvem no dimensionamento deste tipo de estruturas, são relativamente simples, dado que apresentam esforços de compressão significativos e momentos reduzidos, em que o recurso a elementos secundários é a principal solução, na redução de comprimentos de encurvadura. Contudo este facto nem sempre contribui para a economia global da estrutura. Segundo Kammel[15] a torre deve ser concebida de modo a que o ângulo de distorção da torre não afecte as condições de
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transmissão do sinal para os utilizadores do sistema, sendo este o ângulo entre o alinhamento vertical da torre sem solicitação e o alinhamento da torre tendo em conta a solicitação . Deste modo, segundo a análise realizada, com uma situação extrema de vento, facilmente se ultrapassa o limite de serviço expectável para uma transmissão correcta do sinal.
O desenvolvimento e o aparecimento de novos operadores no mercado com o intuito de investir em torres de altura reduzida, estabeleceu exigências cada vez maiores ao nível da qualidade do sinal. Assim torna-se essencial avaliar a probabilidade e a frequência de ultrapassar o ângulo de transmissão admissível.
O mercado possibilita várias soluções para o tipo de antenas a utilizar, no entanto as mais utilizadas são as de 60 cm, 120 cm e 180cm de diâmetro. Faz parte integrante da torre, um suporte que permite a colocação de três painéis de antenas, formando um angulo de 120º entre os painéis. As torres de telecomunicações são constantemente equipadas com novas antenas, de modo a que a estabilidade seja reexaminada periodicamente de acordo com as normas actualmente vigentes. Este facto, resulta na necessidade de examinar se a nova norma fornece resultados favoráveis ou desfavoráveis face às novas condições da estrutura. Após a introdução dos NP EN 1991-1-4[16] e do EN 1993-3-1[17], foi possível quantificar a acção do vento sobre torres treliçadas.