Tipificação de fundações de torres eólicas em parques industriais, para diversos tipos de solos

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

As energias renováveis têm vindo nos últimos anos a tornar-se a principal alternativa à produção de electricidade a partir dos combustíveis fósseis. Os Estados Unidos, a China e também alguns países da Europa, ao adoptarem a produção eólica, têm contribuído significativamente para a redução da emissão de gases com efeito de estufa, além de desenvolverem tecnologias que permitem aproveitar o potencial que as energias renováveis têm para oferecer. Uma das energias renováveis com maior aproveitamento é a energia eólica, um dos focos principais desta dissertação. Em Portugal, dado o território ter condições geográficas propícias ao uso da energia eólica, tem-se registado um aumento significativo no seu aproveitamento. Esta dissertação vai abordar as torres dos aerogeradores que transformam a energia eólica em energia eléctrica, mais particularmente as fundações que as suportam. No campo da Engenharia Civil, as f undações das torres eólicas constituem um elemento fundamental das estruturas que suportam, pois transmitem ao solo os esforços induzidos pela força do vento, por outras acções e pelo peso da estrutura e dos equipamentos. Os solos não possuem características uniformes, tanto à superfície como em profundidade, por isso é relevante observar o comportamento de um conjunto de solos com características diferentes entre si face aos esforços a que as torres eólicas estão sujeitas. Nesta dissertação foi efectuado um pré-dimensionamento de fundações de torres eólicas para diferentes tipos de solos tendo sido apresentadas as armaduras em aço no betão armado que a fundação de uma torre eólica deve possuir para que os requisitos estruturais de segurança sejam cumpridos, bem como os assentamentos provocados em cada solo. Uma ferramenta informática essencial para a realização desta dissertação foi o software SAP2000 a partir do qual se modelaram dois tipos de fundações (uma directa e outra indirecta) para se simularem as acções a que as torres estão sujeitas e para determinar os esforços em cada um dos distintos tipos de solos considerados. A partir das informações resultantes das análises realizadas por este software será possível observar quais os parâmetros resistentes do solo com mais relevância para ser feita uma avaliação qualitativa em relação ao conjunto de amostras que constituirão uma colectânea. Essa tipificação terá como objectivo consultar de forma expedita os resultados relacionados com os esforços nas fundações resultantes da acção do vento, peso da estrutura e peso dos equipamentos, ao mesmo tempo que são observadas as características físicas de cada tipo de solo. As simulações serão realizadas a partir de fundações cujas dimensões são as mesmas de caso para caso – só os parâmetros resistentes do solo variam – de forma a poder ser feita uma comparação em relação à quantidade de armaduras para resistir aos esforços em cada situação simulada. Será ainda apresentado um guia de procedimentos de aplicação do programa SAP2000 ao prédimensionamento das fundações das torres eólicas para diferentes tipos de solos.

Abstract: In recent years, the renewables energies have become the main alternative to electricity production from fossil fuels. The United States, China and also some European countries have contributed significantly to the reduction of greenhouse gases emission, in addition to developing technologies that enable the exploitation of the potential that renewable energies have to offer. One of the most relevant renewable energy is the wind energy, the major focus of this dissertation. In Portugal, given the territory have favorable geographical conditions to the use of wind energy, there has been an increase in its use. This dissertation will address the towers of wind turbines that turn wind energy into electrical energy, more particularly the foundations which support them. In Civil Engineering, foundations are a key element of the structures which underpin because they serve to transmit to the soil the received efforts driven by the wind force and weight of the equipment. Soils do not have uniform characteristics, both in surface as in depth, so it is important to observe the behavior of a series of soils with different characteristics compared to the efforts that wind towers are subject ed to. In this dissertation a pre-sizing of wind towers foundations for different soil types was made and it has been presented the reinforcement, which the reinforced concrete of a wind tower foundation must have for the structural safety requirements are met, as well as the settlements caused in each soil. An essential tool for the realization of this dissertation was the SAP2000, a software from which two types of foundations (one direct and one indirect) were modeled to simulate the actions that the towers are subject to and to determine the efforts in each of several soil types considered. Based on information from the analysis performed by this software it will be possible to observe which resisting soil parameters are most relevant for a qualitative evaluation to be made, related to the set of samples that constitute a collection. That classification has the purpose to consult expeditiously the results related to the efforts in the foundations resulting from the action of wind, weight of the structure and weight of the equipment, while the physical characteristics of each soil type are observed. The simulations will be performed from foundations whose dimensions are the same from case to case – only the resistant soil parameters vary – so a comparison related to the amount of reinforcement in order to resist the efforts at each simulated situation can be made. Will be presented a guide with application procedures of the SAP2000 program to the pre-sizing of the wind towers foundations for different soil types.