Confiabilidade de fundações superficiais para aerogeradores Onshore

Abstract

A energia é fundamental e indispensável para a existência de toda a humanidade, entre- tanto, temos convivido com incontáveis problemas decorrentes dos impactos ao meio ambiente. Torna-se, então, imprescindível a intensificação de buscas por fontes alterna- tivas de energia, em especial fontes renováveis, dentre as quais a energia eólica, que vem ganhando merecido destaque e se consolidando como uma das melhores opções no Brasil e no restante do Mundo. A tecnologia eólica onshore vem sendo promissora no mercado de energia, em decorrência do avançado estágio de conhecimento tecnológico que se dispõe e dos preços convidativamente competitivos dessa produção energética. Tudo isso tem impulsionado o crescimento para implantação de vários parques eólicos nos últimos anos, inclusive localizados próximo das regiões litorâneas, devido ao favo- recimento dos efeitos do vento. O trabalho proposto apresenta as particularidades do projeto de fundações superficiais empregadas em torres eólicas. O embasamento teóri- co para o estudo discorreu sobre a confiabilidade do uso destas fundações para aeroge- radores onshore, sob aspectos estruturais e geotécnicos envolvidos. Desenvolveu-se, para isto, análises da confiabilidade do projeto de quatro casos documentados da literatura, todos contendo fundação superficial do tipo sapata. Desses, três casos de projeto foram estudados em zona litorânea do Brasil e um caso foi projetado para subsolo geotécnico na Suécia. Assim, através da ferramenta Solver do Microsoft Excel, buscou-se avaliar a confiabilidade estrutural do projeto destas quatro fundações, empregando o método de confiabilidade primeira ordem (FORM). A análise da confiabilidade dos projetos e dos parâmetros geotécnicos e estruturais, que mais influenciam no índice de confiabilidade, foi avaliada mediante a comparação entre os resultados obtidos para os quatro casos documentados da literatura. Conclui-se, então, que a confiabilidade tende a diminuir conforme aumenta a variabilidade dos parâmetros de projeto. Levando-se em conta o caráter aleatório adotado para as variáveis do projeto, tem-se como verificação mais crítica para os quatro casos de projeto analisados, a confiabilidade estrutural para a ca- pacidade de carga, seguida da estabilidade ao tombamento e por último, e menos restri- tiva, a verificação do deslizamento. Nota-se ainda, que a obtenção de um elevado fator de segurança determinístico não garante um projeto confiável e seguro, pois no proce- dimento determinístico de cálculo não são consideradas incertezas, nem parâmetros probabilísticos. Em razão disso, destaca-se a importância para o estudo da confiabilida- de em projetos desta magnitude.

Energy is fundamental and indispensable for all humanity; however, we live with countless problems arising from environmental impacts. Therefore, it is essential to intensify the search for alternative energy sources, especially renewable sources. Wind energy has been gaining deserved prominence and consolidating itself as one of the best options in Brazil and the rest of the world. Onshore wind technology has been promis- ing in the energy market due to the advanced stage of technological knowledge availa- ble and the invitingly competitive prices of this energy production. This fact has driven the growth for the implementation of several wind farms in recent years, including those located closer to coastal regions, due to the favorable effects of the wind. The proposed work presents the particularities of shallow foundations used in wind towers. The theoretical basis for the study discussed the reliability of using these foundations for onshore wind turbines, under structural and geotechnical aspects involved. For this purpose, reliability analyzes of the design of four cases documented in the literature were developed, all containing a shallow foundation of the shoe type. Of these, three design cases were studied in the coastal zone of Brazil, and one case was designed for geotechnical subsoil in Sweden. Thus, using the Microsoft Excel Solver tool, we sought to evaluate the structural reliability of the design of these four foundations using the first order reliability method (FORM). The reliability of the projects and geotechnical and structural parameters, which most influence the reliability index, was evaluated by comparing the results obtained for the four cases documented in the literature. It is concluded that reliability tends to decrease as the variability of design parameters in- creases. Considering the random character adopted for the design variables, the most critical verification for the four analyzed design cases is the structural reliability for the load capacity, followed by the stability to overturning and, lastly, and less restrictive, the verification against sliding. It should also be noted that a high safety factor does not guarantee a reliable and safe design since neither uncertainties nor probabilistic param- eters are considered in the deterministic calculation procedure. For this reason, the importance of the study of reliability in projects of this magnitude is highlighted.