Exportar este item: EndNote BibTex

Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24667
Tipo do documento: Tese
Título: Modelagem do comportamento estrutural dinâmico de torres de aço em sistemas de linhas de transmissão de energia submetidas à ação não determinística de cargas de vento
Título(s) alternativo(s): Modelling the dynamic structural behaviour of steel towers in power transmission line systems subjected to the non-deterministic action of wind loads
Autor: Rechtman, Mariana Souza 
Primeiro orientador: Silva, José Guilherme Santos da
Primeiro membro da banca: Burgos, Rodrigo Bird
Segundo membro da banca: Pereira, Fernanda Lins Gonçalves
Terceiro membro da banca: Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Quarto membro da banca: Alencar, Guilherme Santana
Resumo: A crescente demanda por energia elétrica no Brasil, assim como as características de sua matriz energética, que concentra grande parte da produção em hidrelétricas localizadas distantes dos centros de consumo motivou a implantação de milhares de quilômetros de linhas de transmissão no país nas últimas décadas. Com a expansão significativa da malha de energia no país, o uso de torres de aço treliçadas para suporte dos cabos elétricos se consolidou devido às suas vantagens construtivas e estruturais, como baixo peso próprio, facilidade de transporte e montagem. A grande demanda proporcionou aos projetistas larga experiência na análise e dimensionamento estrutural dessas torres. No entanto, registros de colapsos estruturais, mesmo em situações em que as velocidades de vento de projeto não foram excedidas, levantam questionamentos sobre a eficácia dos métodos tradicionais de análise e indicam que esses acidentes podem estar relacionados aos efeitos dos carregamentos dinâmicos nas linhas de transmissão. Dessa maneira, este trabalho de pesquisa investigou o comportamento estrutural de torres de aço utilizadas como suportes para linhas aéreas de transmissão de energia, considerando os efeitos da ação dinâmica e não determinística do vento. Para isso, foi desenvolvida uma metodologia de análise estrutural dinâmica, não linear e não determinística, considerando os efeitos do amortecimento aerodinâmico dos cabos, com aplicação de tratamento estatístico adequado voltada à avaliação da resposta estrutural de torres de aço utilizadas em transmissão de energia. O estudo contemplou tanto a análise de torres isoladas quanto do sistema estrutural completo “torre-cabos”. A metodologia tradicionalmente empregada em projetos de torres foi comparada à metodologia proposta, com foco na análise das respostas estruturais (deslocamentos e esforços) das torres visando identificar as principais diferenças qualitativas e quantitativas entre ambas, assim como alertar os projetistas de estruturas acerca de problemas potenciais que podem ocorrer na utilização da metodologia simplificada de projeto em sistemas sujeitos a alta influência da ação dinâmica do vento. Foram analisadas sete velocidades básicas de vento (20, 25, 30, 35, 40 ,45 e 50 m/s) com a aplicação de 30 séries de carregamento para cada uma, com tratamento estatístico das respostas obtidas. Os resultados indicaram variações de até 93% nos deslocamentos e 91% nos esforços, quando comparados à metodologia tradicional de projeto, revelando que a consideração dos efeitos dinâmicos não lineares é essencial para um dimensionamento seguro. A metodologia proposta permite representar de forma mais precisa o comportamento real dessas estruturas e fornece subsídios relevantes para o aprimoramento das práticas de projeto, tendo como propósito alertar projetistas quanto às limitações dos modelos simplificados, especialmente em situações em que a ação dinâmica do vento exerce influência significativa, podendo comprometer a precisão e a segurança do dimensionamento estrutural.
Abstract: The increasing demand for electricity in Brazil, along with the characteristics of its energy matrix which relies heavily on hydroelectric plants located far from consumption centres has driven the implementation of thousands of kilometres of transmission lines across the country in recent decades. With the significant expansion of the national power grid, the use of lattice steel towers to support electrical cables has become widespread due to their constructive and structural advantages, such as low self-weight, ease of transportation, and assembly. This high demand has provided designers with extensive experience in the structural analysis and design of such towers. However, reports of structural failures, even under conditions where the design wind speeds were not exceeded, raise questions about the effectiveness of traditional analysis methods and suggest that these failures may be related to the effects of dynamic loading on transmission lines. This research investigates the structural behaviour of steel towers used as supports for overhead power transmission lines, considering wind action's dynamic and non-deterministic effects. A nonlinear, non-deterministic dynamic structural analysis methodology was developed, incorporating the aerodynamic damping effects of the cables and applying appropriate statistical treatment to evaluate the structural response of steel transmission towers. The study included both isolated tower analyses and complete “tower-cable” system evaluations. The traditionally employed design methodology was compared with the proposed approach, focusing on analysing structural responses (displacements and internal forces) to identify the main qualitative and quantitative differences between the two, as well as to alert structural designers to potential issues associated with using simplified design methods in systems significantly influenced by dynamic wind action. Seven basic wind speeds (20, 25, 30, 35, 40, 45, and 50 m/s) were analysed, with 30 loading series applied to each, followed by statistical treatment of the obtained responses. Results showed variations of up to 93% in displacements and 91% in internal forces when compared to the traditional design methodology, revealing that accounting for nonlinear dynamic effects is essential for safe structural design. The proposed methodology allows for a more accurate representation of the real behaviour of these structures and provides valuable insights for improving design practices. Its purpose is to alert designers to the limitations of simplified models, especially in situations where dynamic wind action has a significant influence, potentially compromising the accuracy and safety of structural designs.
Palavras-chave: Civil engineering
Structural analysis (Engineering)
Towers
Steel, Structural
Wind-pressure
Engenharia civil
Análise estrutural (Engenharia)
Torres
Aço - Estruturas
Pressão do vento
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citação: RECHTMAN, Mariana Souza. Modelagem do comportamento estrutural dinâmico de torres de aço em sistemas de linhas de transmissão de energia submetidas à ação não determinística de cargas de vento. 2025. 226 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24667
Data de defesa: 9-Mai-2025
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Civil



Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.