Pls Cadd e Tower

8/6/2019 Pls Cadd e Tower

1/8

*[email protected]

USO CONJUGADO DOS SOFTWARESPLS-CADD E TOWER EM PROJETOS DELINHAS DE TRANSMISSO - EXPERINCIA E METODOLOGIA DA COPEL NAAVALIAO ESTRUTURAL DE TORRES

L. S. HATASHITA* J. N. HOFFMANN C. D. V. PEDROSOCOPEL GERAO E TRANSMISSO S.A.

Brasil

Resumo Este trabalho tem como objetivo apresentar a experincia e a metodologia desenvolvida na

COPEL para o uso conjunto dos softwares Pls-cadd (plotagem automtica de torres) e Tower (clculo

estrutural), permitindo a avaliao da suportabilidade mecnica de estruturas metlicas em projetos de

linhas de transmisso para qualquer condio de utilizao, permitindo a considerao de hipteses de

carregamento atualizadas em funo de novos mapeamentos de ventos ou novos critrios de projeto.

Palavras chave: Linha de transmisso, Clculo Estrutural, Projeto, Otimizao, Plotagem Automtica,Fundaes

1 INTRODUO

A COPEL possui aproximadamente 15.000 torres instaladas em seu sistema de transmisso, distribudas em

cerca de 110 tipos diferentes de estruturas. A maioria foi projetada nas dcadas de 60, 70 e 80, sob critrios enormas tcnicas diversos. O grande volume de obras de recapacitaes, bem como a utilizao de torresantigas em novas LTs, requer a reavaliao estrutural das mesmas, frente aos novos mapeamentos de ventos,s normas tcnicas e outros critrios vigentes. Com o uso conjugado dos softwares Pls-cadd [1] e Tower [2]ser possvel a avaliao estrutural em obras de recapacitaes e para projetos de novas LTs, com autilizao do Grfico de Aplicao mais apropriado para cada situao de projeto.

1.1 Grfico de Aplicao

Na locao de estruturas em projetos de LTs, tem-se utilizado "Grficos de Aplicao" (tambm conhecidoscomo Grficos de Utilizao ou Diagramas de Utilizao) de estruturas, que so representaes simplificadasdas hipteses de carregamento, e que so obtidos com mapeamentos de ventos e critrios das normas

tcnicas vigentes por ocasio da concepo do projeto da estrutura.As hipteses de carregamento caracterizam as principais possibilidades das solicitaes mecnicas que cadaestrutura pode estar submetida durante sua vida til, e durante as fases de construo, montagem emanuteno.

Deste modo, principalmente quando se utiliza estruturas com projetos antigos, os Grficos de Aplicaonecessitam de atualizao para as normas vigentes, onde muitas vezes se estabelecem critrios diferenciadosde projeto. Num Grfico de Aplicao encontram-se pr-estabelecidos os tipos de cabos e condies detracionamento, presso de vento, tipo de terreno, critrios de normas tcnicas e coeficientes de segurana.

A Figura 1 mostra um Grfico de Aplicao tpico para uma estrutura da COPEL. Para cada condio deutilizao da estrutura obtm-se um par de valores Vo mdio x Vo gravante, sendo que o Pls-cadddeterminar o par que representar a condio otimizada mais econmica, quando da locao das estruturas

no projeto da LT. Nota-se que para este caso, foi considerado o cabo condutor Grosbeak, pra-raios Dotterel,e velocidades de vento com perodo de retorno de 150 anos. Mudando-se qualquer uma destas variveis, ogrfico j no mais representar mais a condio de uso da estrutura, e no poder ser utilizado.

XIII ERIACDCIMO TERCER ENCUENTRO

REGIONAL IBEROAMERICANO DE CIGR

24 al 28 de mayo de 2009

Comit de Estudio B2 - Lneas Areas

XIII/PI-B2 -11Puerto Iguaz

Ar entina


2/8

2

Figura 1 Grfico de Aplicao de uma estrutura tpica

Em complemento, existem situaes noprevistas nos Grficos de Aplicao, tais como:

Torres em ngulos, locadas fora dabissetriz;

Derivaes ou cabos adicionais; Situaes de toro nas msulas: Na

Figura 2, observa-se pelas caractersticasdos vos adjacentes estrutura, que estapoder sofrer uma toro na msularetangular, no prevista no Grfico deAplicao.

Figura 2 Exemplo de toro na msula

1.2 Resultados a serem obtidos com o Tower

O software Tower (desenvolvido por Powerline Systems Inc.) permite o clculo de estruturas de torres delinhas de transmisso e telecomunicaes. So modeladas as barras incluindo parafusos e conexes, com afinalidade de verificao da suportabilidade mecnica s condies de projeto. H a possibilidade deutilizao conjunta com o software de locao de estruturas Pls-cadd, o que pode significar um significativoincremento nas possibilidades de anlises de engenharia em projetos de linhas de transmisso.

Com o Tower possvel obter Grficos de Aplicao para as estruturas, considerando-se hipteses decarregamento atualizadas. Para cada hiptese de carregamento e cada tipo de torre devem ser especificadosos dados constantes na Tabela I (caso tpico para uma estrutura de circuito duplo com um cabo pra-raios)

Com estas informaes, o Grfico de Aplicao ser determinado considerando-se todas as hiptesessimultaneamente.


3/8

3

TABELA I DADOS DO ARQUIVO COM EXTENSO LIC

Vert. Load Wind Load Back Span Ahead Span Constant ConstantUnit Length Unit Lengt Cab.Tension Cab.Tension Vert. Load Wind Load

LoadPoint

N/m N/m N N N NPR 7,7346 15,5100 30375 30375

ESQ SUP 15,3303 24,3686 47955 47955 471 465ESQ CEN 15,3303 24,3686 47955 47955 471 465ESQ INF 15,3303 24,3686 47955 47955 471 465DIR SUP 15,3303 24,3686 47955 47955 471 465DIR CEN 15,3303 24,3686 47955 47955 471 465DIR INF 15,3303 24,3686 47955 47955 471 465

Wind Pressure (N/m2) = 550

Os dados da tabela so relacionados abaixo:

Load Point ponto de aplicao da carga; PR Carga aplicada no pra-raios; ESQ SUP Condutoresquerdo superior; ESQ CEN Condutor central; ESQ INF Condutor inferior; DIR Condutores direitaVert. Load Carga vertical por unidade de comprimento nos cabos;Wind Load Carga transversal por unidade de comprimento devido ao vento nos cabos;Back Span Trao longitudinal no Vo a r dos condutores e pra-raios;Ahead Span Trao longitudinal no Vo a vante dos condutores e pra-raios;Constant Vert. Load Carga vertical constante devido ao peso da cadeia de isoladores;Constant Wind Load Carga transversal devido a presso de vento nas cadeias de isoladores;Wind Pressure Presso de Vento (IEC 60826) de 10 minutos a 10m de altura.

Os demais tipos de estruturas considerados na COPEL so: Circuito duplo (CD) com 2 pra-raios; Circuitosimples (CS) triangular com 1 pra-raios; CS triangular com 2 pra-raios e CS horizontal com 2 pra-raios.

Os dados da Tabela I, para cada hiptese e tipo deestrutura, so obtidos atravs de algoritmodesenvolvido pela COPEL, que executado numafase de pr-processamento, desenvolvido em outraplataforma computacional. Este algoritmo atualizaos dados da Tabela I de forma automtica, quando sefaz uma modificao das premissas de clculo, taiscomo: alterao do tipo de rugosidade do terreno,velocidade bsica do vento, temperatura mnima emxima, trao EDS, tipo do condutor e pra-raios.Quando estas alteraes afetam a trao longitudinal

dos cabos, a equao de mudana de estado recalculada, a fim de se obter as novas traes.

Aps a obteno do arquivo tipo LIC com todas ashipteses consideradas, pode-se executar o Towercom a estrutura em estudo considerando a opoCreate a Method 2 File for Pls-cadd (Figura 3)obtendo-se assim o arquivo a ser utilizado no Pls-cadd com o respectivo Grfico de Aplicao. Estearquivo far a interface Pls-cadd e Tower,permitindo a verificao estrutural via Pls-cadd como carregamento mecnico real em cada situao

especfica de projeto. Esta tarefa poder serrealizada pelo prprio projetista da linha de

transmisso, no sendo requerida especializao emclculo estrutural para esta questo.


4/8

4

Figura 3 Menu do Tower para escolha da opo de AnliseAlm deste benefcio direto do uso de Pls-cadd e Tower, podem ser obtidos outros resultados, tais como:

Anlise da suportabilidade mecnica em situaes especiais, alm do previsto no Grfico deAplicao, no ambiente de projeto do Pls-cadd;

Anlises pontuais da suportabilidade mecnica de uma estrutura; Clculo de cargas nas fundaes, a partir do projeto do Pls-cadd; Determinao de pesos estimados de torres, para novas hipteses de carregamento; Verificao de aproximaes de cabos em 3D (cabo-torre, cabo-estai, etc); Determinao de ngulos limites para balano de condutores.

2 TIPOS DE MODELAGEM DE ESTRUTURAS

Pela experincia obtida com o uso destes softwares, constatou-se a necessidade de diferentes modelos deestruturas, cada qual apropriado para determinada situao:

1) Modelo gerado no Pls-cadd: no requer o uso do Tower;2) Modelo Simplificado: aplicvel em projetos de fundaes, no inclui informaes das conexes das

barras, podendo ser elaborado de modo rpido e pequeno custo, utilizando por exemplo, mo deobra de estudantes estagirios de Engenharia;

3) Modelo para Clculo Estrutural: modelo necessrio na anlise estrutural para a obteno deGrficos de Aplicao, deve ser elaborado por especialistas em clculo estrutural;

4) Modelo com Grfico de Aplicao, para utilizao na locao automtica de torres no Pls-cadd.

O modelo gerado no Pls-cadd inclui apenas informaes bsicas tais como altura da estrutura, ngulos dedeflexo, ngulos de balano, vo mdio e vo gravante. Como resultado de avaliao da estrutura pelo Pls-cadd determinado o percentual de utilizao comparando-se os vos (mdio e gravante) reais utilizados nalocao com os vos mximos permitidos para cada tipo de estrutura.

O Modelo Simplificado no possui informaes de parafusos e conexes, porm so suficientes para adeterminao dos esforos utilizados em projetos das fundaes das torres, obtidas de modo rpido e a baixocusto.

O Modelo para Clculo Estrutural dever ser completo, incluindo a correta especificao dos ns,cantoneiras, parafusos, estais, ligas de ao utilizadas, valores limites, etc e deve conter o carregamentomecnico previsto na memria de clculo do projeto da estrutura. Esta modelagem feita para todas asalturas previstas no projeto original da torre. Este tipo de modelagem ser obtido com a contratao deespecialistas e Anotao de Responsabilidade Tcnica pelo servio executado, e a COPEL poder utilizar osresultados deste trabalho em qualquer um dos projetos de LTs.

O Modelo com Grfico de Aplicao, para uso no Pls-cadd, ser obtido atravs do Tower utilizando-se damodelagem do clculo estrutural com insero das hipteses de carregamentos atualizadas (arquivo LIC),conforme mencionado na Seo 1.2.

A seguir apresenta-se sugestes de nomeao dos arquivos das estruturas, em funo dos tipos demodelagem:

Modelo gerado no Pls-cadd: s41r_230_susp.223Modelo Simplificado: s41r_230_susp-22.3 (ms p4 e5).towModelo para Clculo Estrutural: s41r_230_susp-22.3 (ce p4 e5).towModelo com Grfico de Aplicao: s41r_230_susp-22.3 (b30dra p4 e5).tow


5/8

5

A estrutura representada nestes arquivos do tipo s41r para 230 kV, altura nominal de 22.3 m, p de 4 m eextenso de 5 m. O modelo com Grfico de Aplicao considera terreno tipo B, V T = 30 m/s (NBR 5422) econdutor cdigo Drake.

2.1 Estgio das modelagens na COPEL

Para que o uso conjugado Pls-cadd e Tower seja viabilizado necessrio que se obtenha a modelagem paraClculo Estrutural para as torres mais utilizadas na COPEL, e se possvel para todos os 110 tipos at aquiutilizados na empresa. O estgio atual dos tipos de modelagem relacionado abaixo:

Modelo gerado no Pls-cadd: padro utilizado atualmente para todos os 110 tipos de torres; Modelo Simplificado: 900 torres modeladas que representam 51 tipos de torres, em suas diversas

combinaes de extenso, pernas e alturas; Modelo para Clculo Estrutural: 117 torres modeladas (8 tipos) mais 11 tipos j contratados atravs

de licitao; Modelo com Grfico de Aplicao: os estudos para a utilizao deste tipo de modelagem j foram

finalizados, e a implementao prtica do trabalho encontra-se iniciada.

Uma vez obtida a modelagem para Clculo Estrutural de um tipo de estrutura, o respectivo ModeloSimplificado poder deixar de ser utilizado j que o primeiro de aplicao mais genrica.

2.2 Tipos de contratao de modelagens

A elaborao de modelagens simplificadas tem produtividade da ordem de um tipo de torre por semana,considerando as vrias alturas da estrutura. Estas modelagens so importantes devido rapidez de suaobteno e deste modo atende as necessidades para projetos de fundaes de torres.

Quanto modelagem para Clculo Estrutural tem-se verificado um custo mdio de R$ 10.000 por tipo detorre, cuja contratao poder ocorrer da seguinte forma:

a) Contratao de consultoria especializada, por meio de licitao;b) Contratao juntamente com o projeto bsico no caso de LT de leilo da Aneel;c) Contratao juntamente com a aquisio de estruturas.

3 PADRONIZAES NECESSRIAS

Devido necessidade de compatibilizao da interface Pls-cadd/Tower, tanto para clculo estrutural comopara dimensionamento de fundaes, sero necessrias as seguintes padronizaes:

3.1 Padronizao do nome dos arquivos das estruturas

Em funo das diferentes modelagens, o nome dos arquivos das estruturas foram padronizados conforme japresentado na Seo 2. Os seguintes exemplos ilustram a padronizao sugerida:

Sendo:

Modelo Simplificado: estrutura tipo ea1, 230 kV, susp suspenso, 27,5 altura da torre, em m,

ms modelo simplificado, p altura do p da torre, em m, e altura da extenso, em m. Modelo para Clculo Estrutural: estrutura tipo ea1, 230 kV, susp suspenso, 27,5 altura datorre, em m, ce clculo estrutural, p altura do p da torre, em m, e altura da extenso, em m.


6/8

6

Modelo com Grfico de Aplicao: estrutura tipo ea1, 230 kV, susp suspenso, 27,5 altura datorre, em m, b30dra tipo de terreno, velocidade de vento e cabo condutor, p altura do p datorre, em m, e altura da extenso, em m.

3.2 Padronizao da numerao dos sets (conjuntos de cabos para o Pls-cadd)

Foi considerado um set por cabo condutor ou pra-raios. Justifica-se a adoo de um set por cabo pelosseguintes motivos:

Projetos de recapacitao de LTs com condies diferenciadas de tracionamento de condutores; Utilizao de cadeias tipo I juntamente com cadeias tipo V no mesmo circuito; As torres de ancoragem com msula retangular devero ter sets diferenciados para o cabo a r e

cabo a vante, pois o ponto de chegada do cabo diferenciado na torre.

Para facilitar o lanamento de cabos no Pls-cadd, deve-se adotar nmeros mpares de sets para cabos a r, e onmero par para o cabo a vante correspondente.

Exemplos de numerao por tipo de estrutura:

Figura 4 Especificao tpica de sets para torres de suspenso

Figura 5 Especificao tpica de sets para torres de ancoragem (R=r, V=vante)


7/8

7

4 EXEMPLO DE UTILIZAO DO PLS-CADD E TOWER PARA CLCULO ESTRUTURAL

Para a utilizao conjunta dos softwares deve-se considerar as seguintes premissas:

a) Caso pretenda-se fazer locao automtica (Optimum Spotting), sero necessrios arquivos das estruturasmodelados no Tower, com Grfico de Aplicao conforme descrito na Seo 2. Para a obteno deste

arquivo ser necessrio especificar previamente todas as hipteses de carregamento no Tower.b) Para verificaes estruturais especficas aps executado o projeto no Pls-cadd, ser necessrio

especificar as hipteses de carregamento no Pls-cadd, em Criteria/StructureLoads. Verses maisrecentes do software permitem incluir todas as hipteses usuais (ventos conforme IEC 60826 dentreoutras normas, cabos rompidos, etc) com os respectivos fatores de segurana.

Os seguintes passos so usualmente necessrios no desenvolvimento do projeto com possibilidades deexecuo de clculo estrutural:

a) Carregar no projeto do Pls-cadd, os arquivos das estruturas modeladas com Grfico de Aplicao, emStructures/Available Structure List/ Add/Del, e executar o projeto de locao no modo usual, comStructure/Automatic Spotting/Optimum Spotting.

b) O projeto ser executado considerando todos os sets com o nmero 1, padronizados para o cabo maisbaixo conforme acima descrito. Em particular, para as estruturas de ancoragem iniciais do tramo sernecessrio ajustar a conexo do cabo para o set par correspondente (vo a vante). Isto feito com ocomando Sections/Modify, onde escolhe-se o tramo e em seguidaEdit Stringing.

c) Lanar demais cabos e proceder ao ajuste de sets em cada um deles, conforme acima. Com todos oscabos lanados, j ser possvel obter as cargas mecnicas para o dimensionamento das fundaes,conforme seo 5 a seguir.

d) Caso necessrio, poder ser feita a verificao estrutural de qualquer torre do projeto. Para tal, pressiona-se F1 e escolhe-se Use Method 4. Em seguida, Structures/Checke escolhe-se a torre desejada. O Tower executado automaticamente e devolver os resultados ao Pls-cadd na forma de relatrios e visualmente,conforme ilustrao da Figura 6 abaixo. Este passo somente ser necessrio para analisar situaes de

projeto no previstas no Grfico de Aplicao da estrutura, como por exemplo utilizao fora dabissetriz, toro nas msulas, cabos em derivao ou alguma outra hiptese de carregamento especfica.Em condies normais no ser necessria esta etapa pois os limites de utilizao da estrutura j estaroprevistos no Grfico de Aplicao.

FIGURA 6 - Exemplo de verificao estrutural - barras em vermelho indicando sobrecarga


8/8

Documents

Pls Cadd e Tower