Influência da interação solo-estrutura no comportamento do conjunto torre-fundação de aerogeradores de eixo horizontal

Abstract

O aumento exponencial na construção de sistemas de geração de energia por aerogeradores tem impulsionado a necessidade de torres mais altas em busca de ventos mais fortes, resultando em desafios para o desenvolvimento de soluções estruturais. A presente dissertação tem como objetivo analisar a influência da Interação Solo-Estrutura (ISE) no comportamento do conjunto torre-fundação de aerogeradores de eixo horizontal. Foi adotado um modelo de torre tubular de aço do tipo S355J2 de 120 m de altura, projetada para sustentar um aerogerador no padrão SWT-3.2-113. São utilizados os dados da caracterização geotécnica do solo a partir dos resultados de 12 (doze) furos de sondagem à percussão (Standard Penetration Test - SPT) e de 4 (quatro) ensaios de prova de carga estática (PCE). O software ANSYS, baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF) foi empregado para analisar a influência da ISE no comportamento do conjunto torre-fundação. Diferentes modelos estruturais, com variações nos apoios da base e efeitos de 1a e 2a ordem, são considerados. A análise destaca a sensibilidade às condições de apoio, sendo que o modelo com apoios elásticos apresenta o maior deslocamento no topo da torre (1,899 m), evidenciando a influência significativa da ISE e dos efeitos de 2a ordem. A distribuição da tensão de von Mises no flange basal da torre revela aumento significativo, atingindo 73,4 MPa com a ISE e efeitos de 2a ordem, um aumento de 30,11% em relação ao modelo sem essas considerações. A variação da tensão ao longo da altura da torre destacou um aumento considerável nas tensões. Considerando os efeitos de 2a ordem, a tensão de von Mises aumenta em cerca de 8,34% em comparação com os modelos de base fixa e indeslocável, e 7,11% em relação ao modelo que considera apenas os efeitos de 1a ordem. No entanto, a estrutura demonstra uma margem de segurança de 13,32% em relação à capacidade de carga do aço utilizado, assegurando que a torre suporte as condições de carregamento. Análises na fundação indicam um aumento significativo nas tensões, ultrapassando a tensão admissível do concreto em 24,3%, destacando a necessidade de otimizações na modelagem da fundação a fim de verificar de forma mais precisa essas tensões. Os resultados mostram a importância da consideração da ISE e da não-linearidade geométrica para uma representação mais precisa da resposta global da estrutura. Para o projeto e aprimoramento de estruturas eólicas deve-se considerar os fatores críticos como deslocamentos, tensões quando consideram-se as interações entre a estrutura e o solo.