Verificação estrutural de uma torre de suspensão de uma linha de transmissão de 230 kV

Abstract

O sistema elétrico brasileiro, um dos mais extensos e complexos do mundo, conecta usinas geradoras a centros consumidores situados em regiões distantes, exigindo uma infraestrutura de transmissão robusta e confiável. O crescimento econômico e a urbanização têm impulsionado a alta demanda por eletricidade, resultando em investimentos significativos na modernização das linhas de transmissão, com o objetivo de aprimorar a confiabilidade e mitigar vulnerabilidades causadas por eventos climáticos extremos. Nesse cenário, as torres treliçadas de aço galvanizado desempenham um papel fundamental devido à sua durabilidade, resistência e facilidade de montagem, sendo amplamente adotadas no país. Este trabalho apresenta a análise estrutural de uma torre de suspensão de linha de transmissão de 230 kV, utilizando o software TOWER (POWER LINE SYSTEMS, 2023) para comparar dois modelos estruturais. O primeiro modelo, tradicionalmente utilizado na prática brasileira, considera apenas os membros principais da estrutura, enquanto o segundo inclui também todos os membros redundantes. Foram realizadas análises lineares e não lineares geométricas para a obtenção dos esforços internos na estrutura e, posteriormente, verificações dos membros principais conforme os critérios estabelecidos pela norma internacional ASCE 10-15 (ASCE, 2015) e verificações dos membros redundantes, considerando tanto os critérios da prática nacional usual quanto os esforços efetivamente atuantes, calculados pelo programa. Os resultados demonstraram que a inclusão dos membros redundantes no segundo modelo promoveu uma redistribuição dos esforços estruturais, com redução média de 2,6% nas solicitações dos montantes e reduções pontuais de até 5,9% nesses membros. Embora demande maior capacidade computacional e mais tempo de modelagem, o segundo modelo demonstrou-se indispensável para a verificação de projetos de maior complexidade estrutural. A análise das forças efetivamente atuantes identificou pontos críticos em interseções de múltiplas barras redundantes, onde os esforços superaram em até três vezes a resistência nominal, situações que não foram detectadas no primeiro modelo. Além disso, o segundo modelo eliminou a necessidade de ajustes artificiais de área e peso, frequentemente aplicados no primeiro modelo para compensar a ausência de membros redundantes, proporcionando maior precisão nas análises estruturais. Conclui-se que o primeiro modelo continua sendo uma solução eficiente para aplicações que priorizam agilidade e economia de recursos. No entanto, a inclusão de todos os membros reais da estrutura, no segundo modelo, mostrou-se fundamental para projetos que demandam maior precisão na análise e estabilidade estrutural, sendo recomendada em cenários de estruturas com alta complexidade. Este estudo reforça a importância de ferramentas especializadas, como o TOWER, para atender às crescentes exigências do setor de transmissão de energia, garantindo eficiência e confiabilidade.

The Brazilian electrical system, one of the most extensive and complex in the world, connects generating plants to consumer centers located in distant regions, requiring robust and reliable transmission infrastructure. Economic growth and urbanization have driven high electricity demand, resulting in significant investments in the modernization of transmission lines to enhance reliability and mitigate vulnerabilities caused by extreme weather events. In this context, galvanized steel lattice towers play a fundamental role due to their durability, strength, and ease of assembly, making them widely adopted across the country. This study presents the structural analysis of a 230 kV transmission suspension tower using the TOWER software (POWER LINE SYSTEMS, 2023) to compare two structural models. The first model, traditionally used in Brazilian practice, considers only the main members of the structure, while the second also includes all redundant members. Linear and nonlinear geometric analyses were performed to obtain internal forces in the structure, followed by the verification of the main members according to the criteria established by the international ASCE 10-15 standard (ASCE, 2015) and the verification of redundant members, considering both national practice criteria and the effective forces calculated by the software. The results showed that including redundant members in the second model promoted a redistribution of structural forces, with an average reduction of 2.6% in the loads on main members and point reductions of up to 5.9% in these components. Although it requires greater computational capacity and more modeling time, the second model proved indispensable for verifying structurally complex designs. The analysis of effective forces identified critical points at intersections of multiple redundant bars, where forces exceeded up to three times the nominal resistance, situations undetected in the first model. Furthermore, the second model eliminated the need for artificial adjustments to area and weight often applied in the first model to compensate for the absence of redundant members, providing greater precision in structural analyses. It is concluded that the first model remains an efficient solution for applications prioritizing agility and resource optimization. However, including all actual members in the structure, as in the second model, proved essential for projects requiring greater analytical precision and structural stability, being recommended for highly complex structures. This study underscores the importance of specialized tools, such as the TOWER software, in meeting the growing demands of the energy transmission sector, ensuring efficiency and reliability.