Zona de carregamento de gelo pesado: projeto estrutural e guia de verificação de carga para postes de transmissão de aço cônico de 69kV–230kV
O desafio estrutural das zonas de gelo pesado para as linhas de transmissão dos EUA
O alto Centro-Oeste, Nordeste e Alasca enfrentam graves riscos de acumulação de gelo a cada inverno. A tempestade de gelo de Janeiro de 1998 no nordeste dos EUA, que causou colapsos generalizados de torres de transmissão e falhas de linhas, continua a ser um manual para a indústria. O impacto do acúmulo de gelo nos postes de aço de transmissão vai muito além do aumento das cargas verticais:o acúmulo de gelo aumenta a área exposta ao vento de condutores e fios terra, multiplicando as cargas transversais do vento;derramamento irregular de gelo e galopegerar tensões longitudinais desequilibradas significativas em vãos adjacentes; de forma mais crítica, oocorrência combinada de cargas de gelo e ventoimpõe demandas de resistência às estruturas de postes que excedem em muito as dos cenários de projeto convencionais.
Para postes tubulares de aço cônicos de 69kV a 230kV, a verificação de carga é o núcleo para garantir a integridade estrutural em zonas de gelo pesado. Este artigo descreve sistematicamente os requisitos de carga e os critérios de seleção estrutural para projetos de pólos de zonas de gelo pesado, com base nos regulamentos NESC e nos padrões de projeto ASCE/SEI 48-19.
Requisitos de carga da zona de gelo pesado NESC e classificação distrital
OCódigo Nacional de Segurança Elétrica (NESC, ANSI C2)é o padrão fundamental obrigatório para projeto de linhas de transmissão aéreas nos EUA. NESC divide o país em três distritos de carga climática:
Fonte: Tabela NESC 250-1
No Distrito de Carga Pesada, exemplificado pela Pensilvânia, as instalações aéreas devem ser projetadas paraGelo radial de 0,5 polegada + vento de 40 mph + temperatura de 0°F.
Fatores de Carga para Estruturas de Açosob NESC Grau B Construção são especificados como segue:
Carregamento extremo de geloé outro requisito crítico para o projeto de zonas de gelo pesado: as instalações devem resistir a umacarga radial mínima de gelo de 1,25 polegadas (31,8 mm), com densidade de gelo em57 pcf (aprox. 913 kg/m³), temperatura a 0°F e velocidade do vento a 0 mph. Alguns estados e empresas de serviços públicos adotaram padrões internos ainda mais rigorosos.
Padrão de Projeto Estrutural ASCE/SEI 48-19
ASCE/SEI 48-19, Projeto de Estruturas de Pólos de Transmissão de Aço, é o padrão de projeto especializado emitido pela Sociedade Americana de Engenheiros Civis, fornecendo uma base técnica uniforme para o projeto, detalhamento, fabricação, teste, montagem e montagem de estruturas tubulares de aço cônicas formadas a frio.. A norma se aplica a estruturas autoportantes e estaiadas, abrangendo vários tipos de fundações, incluindo caixões de concreto, estacas de aço e embutimento direto..
Para aplicações em zonas de gelo pesado, a ASCE/SEI 48-19 exige que os projetistas considerem as seguintes combinações de carga:
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Regra NESC 250B (Carregamento Distrital): Combinação padrão de cargas de gelo e vento
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Regra NESC 250C (Vento Extremo): Aplica-se apenas a estruturas que excedam 18,3 m (60 pés) de altura
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Regra NESC 250D (gelo extremo com vento simultâneo): Combinação extrema de carga de gelo e vento com período de retorno de 100 anos
O Manual ASCE 74, Diretrizes para carregamento estrutural de linhas de transmissão elétrica, fornece ainda metodologias de cálculo de carga baseadas em confiabilidade e serve como referência oficial para análise de carga pesada em zonas de gelo.
Seleção de material e espessura de parede para postes de aço cônicos
Seleção de grau de aço
Para aplicações em zonas de gelo pesado,ASTM Gr50 (limite de escoamento mínimo 345 MPa) ou Gr65 (resistência ao escoamento mínimo 448 MPa)aço de alta resistência é recomendado. O Gr65 oferece maior capacidade de momento na mesma espessura de parede, ajudando a controlar o peso geral do poste e os custos de transporte.
Requisitos de espessura de parede
O Boletim RUS 1724E-224 determina a espessura mínima do metal base para componentes de torres de aço galvanizado:
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Membros principais do canto: ≥3/16 polegada (4,76mm)
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Outros membros: ≥1/8 polegada (3,18 mm)
Em zonas de gelo intenso, os projetistas normalmenteaumentar a espessura da parede de topopara abordar o momento máximo da linha terrestre resultante de combinações de carga NESC. A espessura específica da parede de topo deve ser determinada com base no momento da linha do solo calculado a partir dos casos de carga NESC, garantindo que a taxa de tensão não exceda 1,0.
Design de pólo cônico
As linhas de zonas de gelo pesado são melhor servidas porpostes cônicosque variam a espessura da parede e o diâmetro da seção ao longo da altura do poste, fortalecendo a seção de topo e mantendo a rigidez superior adequada. Para projetos de ajuste deslizante de múltiplas seções, atenção especial deve ser dada à verificação de encurvadura local na zona de emenda (normalmente ≥24 polegadas/610 mm de comprimento de engate).
Parâmetros-chave para verificação de carga
Os seguintes parâmetros são críticos para verificação de carga de postes de aço cônicos de 69kV–230kV em zonas de gelo intenso:
Considerações sobre incorporação direta e design de fundação
Para postes de aço de incorporação direta em zonas de gelo intenso, o projeto da fundação requer atenção adicional para:
1. Profundidade de Incorporação e Resistência Lateral à Terra
O aumento das cargas laterais resultantes da acumulação de gelo é transmitido directamente para a secção embutida, exigindo profundidade de embutimento suficiente para proporcionar resistência lateral à terra. Os projetistas devem calcular o cisalhamento e o momento na linha do solo com base nas combinações de carga NESC e determinar a profundidade efetiva de embutimento de acordo com o tipo de solo.
2. Considerações sobre o levantamento de gelo
As zonas de gelo pesado muitas vezes coincidem com a penetração sazonal de geadas. A seção incorporada deve se estenderabaixo da linha de geada, ou materiais de aterro não suscetíveis à geada (por exemplo, brita, areia/cascalho) devem ser usados para evitar a elevação do gelo.
3. Proteção contra corrosão para seção embutida
A seção embutida enfrenta desafios duplos de corrosão do solo e ciclos de congelamento e descongelamento. Recomenda-se aplicarrevestimento betuminoso ou proteção de manga termorretrátilsobre oASTM A123 Grau 100 (100μm)revestimento galvanizado na zona de embutimento.
Conclusão
O projeto estrutural de postes de aço cônicos de 69kV–230kV em zonas de gelo intenso deve cumprir rigorosamenteNESC C2requisitos de carga eASCE/SEI 48-19metodologias de projeto estrutural. De cargas de gelo distritais de 0,5 polegadas a cenários extremos de gelo de 1,25 polegadas, de um fator de carga de vento de 2,50 a um limite mínimo de espessura de parede de 3/16 polegadas, cada parâmetro impacta diretamente a segurança estrutural sob condições extremas de inverno.
Para fornecedores que planejam participar de licitações de projetos de transmissão no Alto Centro-Oeste, Nordeste ou Alasca, especificando explicitamente“Compatível com NESC Distrito de Carga Pesada”,“Projeto ASCE/SEI 48-19”, e uma tabela completa de parâmetros de verificação de carga em propostas técnicas é a base para estabelecer credibilidade técnica.
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