Avaliação experimental e numérica do comportamento mecânico de fundações de protótipos eólicos em solo tropical

Abstract

Nos últimos anos, mesmo com a implantação de novos parques eólicos no Brasil, ainda existe uma dificuldade na formação de parcerias com empresas do setor o que contribui, significativamente, para a lacuna nas informações disponibilizadas pela literatura nacional e o desconhecimento sobre o comportamento mecânico dos aerogeradores sujeitos aos efeitos de cargas transientes. Diante disso, por meio de um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento que promove a interação entre academia e indústria com vistas à otimização e ao aperfeiçoamento de modelagens em sistemas eólicos, Eletrobras Furnas busca, a longo prazo, viabilizar a construção de aerogeradores de menor porte para abastecer de energia regiões mais afastadas da costa brasileira que não dispõem de um potencial de geração elevado. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento das fundações dos protótipos eólicos EOL-10 e EOL-40 assentes em solo tropical do Centro-Oeste brasileiro por meio de dados de ensaios de prova de carga e resultados de modelagens numéricas utilizando o Método dos Elementos Finitos. Os ensaios de prova de carga realizados em estacas-teste revelaram algumas particularidades sobre a interação solo-estrutura para o local de estudo, como a variação da rigidez secante cíclica, a redução do atrito lateral após ciclos de cargas axiais de compressão e a tendência de acúmulo de deslocamentos permanentes para cargas transversais cíclicas. Simulações desses ensaios revelaram que a combinação dos modelos de dano plástico para o concreto e elástico perfeitamente plástico com critério de ruptura de Mohr-Coulomb para o solo pode ser útil para investigar o comportamento das fundações dos protótipos eólicos desde que seja realizada para poucos ciclos e com nível de carga elevado. Atentando para os principais requisitos de projeto geotécnico para a fundação de um aerogerador, as análises numéricas das fundações dos protótipos foram realizadas para (i) cargas extremas; (ii) carregamentos comuns de operação; (iii) carregamentos cíclicos; e (iv) ocorrência de ressonância. Ficou evidenciado que, para os cenários de carga considerados, suas fundações atenderam aos critérios de segurança e desempenho. Por outro lado, observou-se que tanto o EOL-10 como o EOL-40 podem estar sujeitos aos efeitos de ressonância durante sua operação. Contudo, ambos dispõem de um sistema de aquisição de dados especificamente equipado para realizar seu monitoramento estrutural com sensores distribuídos ao longo da torre. As análises modais revelaram ainda que assumir a torre com base fixa pode induzir a erros na estimativa da frequência natural e considerar propriedades elásticas de pequenas deformações para o solo pode interferir nos deslocamentos de suas fundações. Além disso, a primeira frequência natural foi responsável pelos maiores deslocamentos na estrutura.