Existem três tipos de carregamentos que englobam todas a acções a que uma estrutura está sujeita, tais como:
Carregamentos acidentais, no que refere a impactos, defeitos em algumas componentes e outros fenómenos imprevistos;
Carregamentos durante a construção e manutenção, que estão directamente relacionado com processo construtivo;
Carregamento relacionados com o clima, que está directamente relacionado com a acção do vento e do gelo, que se devem ter em conta no projecto de dimensionamento.
Neste projecto, como cargas verticais, tem-se associado ao peso próprio dos vários elementos, constituintes da superestrutura () e outros elementos acessórios, como:
Escadas com guarda-corpos; Plataformas internas; Antenas;
Cabos e alimentadores associados.
A este carregamento adoptou-se um acréscimo de 5% ao peso total devido à galvanização e 10% para a contabilização das ligações. As cargas mais importantes no desenvolvimento do projecto são principalmente meteorológicas, como é o caso do vento, do gelo e a combinação destes. Os projectistas devem compreender a importância da correcta determinação dos efeitos causados pela acção do vento, uma vez que dita a segurança e funcionalidade da estrutura. Assim sendo, é essencial definir a acção do vento através de estimativas exactas que permitam que os valores se aproximassem das condições locais existentes. Os assentamentos do terreno não foram tidos em conta, uma vez que a análise requerida ultrapassa o tema do trabalho.
Dado a esbelteza e a leveza da estrutura, a acção do vento representa o principal carregamento condicionante a ser aplicado no projecto. A importância de adequar o carregamento às condições locais existentes, à geometria da torre e à direcção de incidência do vento, são de extrema importância na definição da acção. Segundo Taylor[36], as frequências naturais de vibração de estruturas treliçadas, na sua maioria, estão na faixa dos 0,5 Hz e 5 Hz. A resposta ressonante de estruturas esbeltas é importante quando estas têm frequências naturais de vibração menores que 1 Hz, sendo nessa faixa de frequências que a energia das rajadas do vento é maior. Assim sendo, a análise dinâmica é preponderante na determinação da resposta ressonante, uma vez que poderá ser condicionante para o dimensionamento. A acção do gelo sobre uma dada estrutura é de extrema importância, na medida em que poderá alterar o comportamento dinâmico da mesma, pois este factor aumenta a área de exposição e a resistência ao vento da estrutura.
63 O peso dos elementos é bastante inferior às cargas do vento, que mostram ser condicionantes na definição das tensões críticas [37]. Como tal, as cargas verticais derivadas de elementos auxiliares, como é o caso das antenas, não serão considerados no projecto, uma vez que representam uma parcela pouco significativa das acções. Estas apenas contribuem para a quantificação da acção do vento, que se revelam de extrema importância.
Uma vez que o valor contributivo de alguns elementos para o dimensionamento da estrutura é prescindível, apenas se considerou a escada, os alimentadores e as antenas, como equipamentos integrantes da superestrutura. Os coeficientes de forma dos equipamentos são determinados por várias empresas fornecedoras, com recurso a ensaios de túnel de vento, sendo que os utilizados ao nível do projecto em análise encontram-se representados no Quadro 3.3. A contribuição das porcas, parafusos e chapas de ligação, que representam certa de 10% do peso global da estrutura foram tidos em conta, bem como os 5% do peso total respeitantes à galvanização. O peso próprio da superestrutura foi calculado tendo por base o peso específico do aço de 78,5 KN/m3, que é calculado automaticamente com recurso ao ficheiro Excel desenvolvido pelo autor.
Quadro 3.3 - Coeficiente de forma e áreas respeitantes aos equipamentos
Coeficiente de forma Área (m 2 ) Antenas 1,47 0,984 Escadas 2 - Cabos de alimentação 1,2 12 cabos de 7/8 polegada
A evolução deste tipo de estruturas não se fez sentir só ao nível estrutural, mas também ao nível dos seus equipamentos e das preocupações relativas à segurança das pessoas que operam na torre. Deste modo, os dispositivos de subida evoluíram ao longo dos anos, passando de meros sistema de subida, apenas com protecção das costas, para sistema de protecção anti-queda, de trilho de guia simples, evitando desta forma a ocorrência de acidentes (Figura 3.6 e Figura 3.8). Por uma questão de durabilidade do equipamento, normalmente a escada sofre um tratamento de galvanização, sendo que será fixa à torre através de ligações aparafusadas galvanizadas.
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Figura 3.6 - Escada de uso corrente
O elemento escada foi materializado como parte integrante da estrutura, localizado num dos encontros de duas fases, suportada principalmente por contraventamentos adicionais. Todavia as antenas encontram-se ligadas a um suporte, que as sustenta e as mantém solidárias à estrutura. A sustentação de antenas e cabos é usualmente realizada através de plataformas triangulares ou circulares, suportes de antenas e bandeja de cabos. Geralmente, a adição de uma antena menor a uma estrutura já existente não necessita de um reforço estrutural, enquanto que a instalação de uma antenas de dimensões maiores, deverá obrigar a uma reavaliação do projecto e a um reforço estrutural.
Figura 3.7 - Perspectiva da escada e denominação das suas componentes 1-Espaçamento: 0.3m 2- Largura: 0.85m Perfil: CHS 21x2.6 3- Fixadores de cabos Largura: 0.09m (12 cabos de 7/8 polegada agrupados 3 a 3) 5-Perfil: CAEP 60x4 6- Ligação aparafusada
65 O cálculo da acção do vento varia com a altura, uma vez que o valor da pressão e da área exposta ao vento variam em altura. Desta forma, a disposição geométrica faz variar o valor da pressão dinâmica do vento sobre a torre. Assim, dada a complexidade do processo, sendo este um processo iterativo, desenvolveu-se um ficheiro Excel, baseado em programação Visual Basic, que visa a determinação da acção do vento tendo em conta as disposições normativas em análise, quer para a norma europeia, quer para a norma americana. Em ambos os programas através das propriedades geométricas e mecânicas dos constituintes das torres, o ficheiro devolve o valor da força do vento a ser aplicado em cada nó e em cada área plana estabelecida, designados por painéis.
Figura 3.8 - Dispositivos de anti-subida e escadas