Geração do campo estocástico de velocidades do vento e aplicação a uma torre de transmissão

Abstract

Estruturas com período fundamental superior a 1s podem apresentar importante resposta flutuante na direção do vento médio – principal solicitação para este tipo de estrutura – fazendo-se necessária uma análise dinâmica mais aprofundada, uma vez que estas excitações com parcelas oscilatórias de baixa frequência, podem ser catastróficas para este tipo de estrutura. O presente trabalho propõe uma rotina numérica para avaliar deslocamentos, velocidades e acelerações dos pontos que compõem uma típica torre de transmissão treliçada sob a excitação aleatória do vento – tormentas extratropicais (EPS), comuns nas regiões de latitude média da América do Sul e posterior comparação com análise estática. A rotina numérica é feita em software MATLAB, baseada no método de Newmark de integração numérica implícita e na geração das forças de excitação a partir do conhecido espectro de Davenport (para tormentas EPS), e aplicação nodal conforme NBR 6123 – Forças devidas ao vento em edificações, utilizada também na definição da componente transversal média da velocidade do vento. Foram obtidos, a partir da análise dinâmica, deslocamentos consideravelmente maiores em relação a análise puramente estática, chegando a um pico de deslocamento horizontal três vezes maior. Este resultado, possivelmente catastrófico a este tipo de estrutura, depende fortemente das parcelas oscilatórias de baixa frequência da força aplicada à torre, que são, possivelmente, coincidentes as baixas frequências naturais dos primeiros modos de vibração da estrutura. Este estudo comprova a importância de avaliar os efeitos dinâmicos, uma vez que se queira projetar estruturas esbeltas com boa qualidade estrutural, levando em conta critérios de estabilidade e deslocamentos.

Structures with a fundamental period greater than 1s may show an important floating response on the direction of the mean wind – principal request for this kind of structure – being necessary a further dynamic analysis, since these excitations with low frequency oscillation parcels, can be catastrophic for this kind of structure. The present paper proposes a numerical routine in order to evaluate displacements, velocities and accelerations from the points that compose a typical truss transmission tower under a random excitation of the wind – “Extended Pressure Systems (EPS)”, common at the South American regions with medium latitude. The numerical routine is done on the MATLAB software, based on the Newmark method of implicit numerical integration and the force generation excitation from the known spectrum of Davenport (for EPS winds), and nodal application according to NBR 6123 – forces due to the wind in buildings, also used on the definition of the average transversal component of the wind velocity, corresponding to the specific location of the structure. From a dynamic analysis it was possible to obtain displacements considered bigger in relation to a pure static analysis, getting to a peak of horizontal displacement three times bigger. This result, possibly catastrophic to this kind of structure, depends strongly of low frequency oscillatory parcels of strength applied to the tower, which are, possibly coincident to natural low frequency of the first modes of vibration of the structure. This study proves the importance to evaluate the dynamic effects, considering the goal to project slim structures with a good structural quality, considering criteria of stability and displacements.