Avaliação de metodologias de projeto de fundação superficiais de aerogeradores assentes em areia de duna

Abstract

A presente pesquisa avalia algumas das principais metodologias de projeto fundações superficiais de aerogeradores assentes em areia de duna a partir do estudo de caso de um aerogerador da usina eólica da Taíba-CE. Inicialmente, os ventos da região e o aerogerador estudado são caracterizados. Para estimar os esforços atuantes nas fundações do aerogerador realiza-se, em campo, um monitoramento estrutural e um modelo reduzido é ensaiado em túnel de vento. O solo de apoio das fundações é caracterizado, em laboratório, por meio de ensaios básicos de caracterização, de ensaios eodométricos e de cisalhamento direto. Em campo, realizam-se sondagens à percussão, com medida de energia e torque, e ensaios pressiométricos. Dez metodologias utilizadas para estimar o módulo de deformação cisalhante máximo a partir de sondagens à percussão e de ensaios pressiométricos são avaliadas (Ohsaki e Iwasaki, 1973; Seed e et al., 1983; Ohta e Goto, 1978a; Sykora e Stokoe, 1983; Ohta e Goto, 1978b; Seed et al., 1986; Stephenson et al., 2004; Schnaid et al., 2004; Kaltesiotis et al., 1990 e Byrne et al., 1990) tomando-se como base a expressão de Hardin (1978) e os resultados obtidos por Barros (1990). Neste contexto foi possível verificar que tanto ensaios pressiométricos (PMT) quanto sondagens à percussão (SPT) podem ser utilizadas para a determinação do módulo cisalhante máximo de solos arenosos desde que utilizados com os métodos propostos por Kaltesiotis et al. (1990), em função do módulo de deformação cisalhante inicial (Gi), e Seed et al. (1983), respectivamente. Esforços atuantes nas fundações do aerogerador estudado, estimados de diferentes formas, são comparados. As estimativas do momento fletor que apresentaram os resultados mais próximos dos valores extrapolados pelo monitoramento estrutural foram obtidas pela utilização da NBR 6123/87 modificada. Estimativas da tensão admissível e do recalque são realizadas por métodos que utilizam ensaios de campo e de laboratório. Metodologias empíricas (Tschebotariof, 1978; Tschebotarioff e Ward, 1948; Alpan, 1961 e Haase, 1975), que consideram o solo como um semi-espaço elástico (Lysmer e Richart, 1966 e Nagendra e Sridharan, 1981) e consideram o solo como um conjunto de molas lineares (Barkan, 1962), utilizadas para estimar a vibração da fundação, são avaliadas. A faixa de variação da freqüência de vibração obtida pela utilização dos mencionados métodos foi ampla, no entanto, em todos os verificou-se diferenças bastante superiores a 30% com relação à faixa de freqüência de operação da máquina indicando a ausência de risco de fenômenos ressonantes. Por fim, a possibilidade de redução das dimensões da fundação do aerogerador estudado é discutida concluindo-se que é possível projetar fundações cerca de 32 % mais econômicas. ________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The present research evaluates some of the main methodologies of superficial foundation designs of wind energy converters founded on dune sands, from the study of a real case of the aeolian plant in Taíba-CE. Initially, the winds of the region and the wind energy converters are characterized. In order to evaluate the stresses within the foundation system of the wind energy converters, a reduced model is tested in field and in wind tunnel. The granular site is characterized in laboratory by means of basic characterization geotechnical tests, consolidation tests and direct shear tests. In field, the standart penetration test is done, with energy and torque measurement, as well as pressuremeter tests. Ten methodologies used to calculate the maximum shear deformation module from the standart penetration test and the pressureneter tests are evaluated (Ohsaki and Iwasaki, 1973; Seed and et al., 1983; Ohta and Goto, 1978a; Sykora and Stokoe, 1983; Ohta and Goto, 1978b; Seed et al., 1986; Stephenson et al., 2004; Schnaid et al., 2004; Kaltesiotis et al., 1990 and Byrne et al., 1990) taking into consideration Hardin expressions´ (1978) and the results of Barros (1990). In this context it was possible to verify that the pressureneter tests (PMT) and the standart penetration test (SPT) may be used for the determination of the maximum shear moduli of sands since it had been used with the methods considered for Kaltesiotis et al. (1990), in function of the initial shear deformation module (Gi), and Seed et al (1983), respectively. The stresses in the foundation system of the studied wind energy converters, calculated of different forms, are compared. The estimations of the bending moment, using the modified NBR 6123/87, presented the closest results to the monitored structural values. Estimations of stresses and displacements were done by methods which use laboratory and field tests. Empirical Methodologies (Tschebotariof, 1978; Tschebotarioff and Ward, 1948; Alpan, 1961 and Haase, 1975), which consider the ground as an elastic half-space (Lysmer and Richart, 1966 and Nagendra and Sridharan, 1981) and which consider the ground as a set of linear springs (Barkan, 1962), were used to analyse the vibrations of the foundation, hence, being also evaluated herein. The range of frequency variation obtained by the use of the mentioned methods was large; however, in all methods it was observed differences beyond 30% in relation to the frequency range of the machinery indicating the absence of risk of the resonant phenomena. Finally, the possibility of resizing in the foundation dimensions of the wind energy converters was analyzed and discussed, being possible to conclude that it is possible to design foundations for wind converters in the studied region which are, approximately, 32% more economical than the traditional designed ones.