Resposta sísmica em aerogeradores com interação solo-estrutura : modelos numéricos com efeito de absorção de ondas mecânicas e analíticos simplificados

Abstract

Números crescentes de turbinas vêm sendo construídas em lugares mais suscetíveis aos abalos sísmicos, assim é natural que cresça a necessidade de investigações adicionais focadas neste sentido. O comportamento estrutural das turbinas eólicas modernas atingiu uma complexidade muito alta e muitos fatores estão envolvidos: esbeltez da estrutura, ambiente com variadas excitações e controles operacionais. Além disso, se um projeto estiver localizado em local com risco sísmico relevante, a turbina deve ser projetada considerando uma probabilidade razoável de ocorrência de terremotos durante o estado operacional ou em um desligamento de emergência. A influência do solo na resposta sísmica de uma turbina eólica pode ser crucial durante a fase do projeto sísmico e precisa ser apropriadamente incluída no modelo computacional. No entanto, as condições de contorno referentes a propagação de ondas mecânicas no solo devido ao abalo sísmico, normalmente, são grosseiramente aproximadas por diversos autores que consideram a ISE (Interação solo-estrutura). A dissipação de ondas em meios infinitos, ao que se chama de condições de radiação de energia no infinito, é algo inexplorado no cenário sísmico em turbinas eólicas. Por isso, o presente trabalho busca obter um modelo numérico por meio de elementos finitos que consiga obter com precisão a resposta dinâmica causada por tremores num aerogerador de grande porte. O modelo inclui a ISE e a consideração do solo como um meio infinito com a utilização de elementos infinitos nas condições de contorno do solo (quiet boundary). Devido ao alto custo computacional neste tipo de abordagem, é extremamente desejável que estruturas deste tipo possam ser analisadas por meio de expressões simplificadas, capazes de fornecer estimativas com relativa acurácia da resposta sísmica. Assim, também é proposto um modelo analítico simplificado, com a consideração da ISE, por meio de um modelo chamado de método da coordenadas generalizadas (MCG). A precisão de tal estratégia é altamente influenciada pela adoção de uma função de forma que retrate com boa aproximação as deformadas modais do aerogerador. Por isso, a novidade surge com o emprego do método da colocação na solução de tais deformadas, onde é considerado toda a complexidade geométrica da turbina, tais como: inércia variável da torre, inércia rotacional do RNA (rotor-nacelle-assembly) e ISE na base da estrutura. O procedimento é extremamente simples, uma vez que utiliza a resolução direta da equação diferencial que governa o problema físico e suas condições de contorno (forma forte). Os resultados indicam uma elevada diminuição na intensidade da resposta sísmica com o efeito de dissipação de onda no modelo numérico. O modelo simplificado proposto não é capaz de considerar tal efeito, porém, pode ter uma boa aproximação em solos com elevada rigidez onde o quiet boundary é desprezado no contorno do solo.