Eduardo Dorscheidt
Resumo
A energia eólica offshore e uma das possíveis formas de tornar matrizes energeticas mais sustentáveis e renováveis. Com a implantação em lâminas d’água cada vez mais profundas, a exploração de ventos cada vez mais intensos e o uso de turbinas cada vez mais potentes, uma série de questões estruturais se apresentam para que essas estruturas sejam viáveis economicamente, algumas das quais envolvem o mecanismo de interação solo-estrutura. Isso pois, para a realização de análises acopladas do sistema como um todo, o solo usualmente é modelado como um conjunto de molas cujas formulações são baseadas na Teoria da Elasticidade e em uma série de hipóteses simplificadoras. O intuito deste trabalho é investigar a interação de um aerogerador de 10 MW com o meio geotécnico, avaliando diferentes possibilidades de relações constitutivas para o solo, utilizando o Método dos Elementos Finitos a partir do software Plaxis 3D. Teve-se como objetivo central uma calibração para as molas, possibilitando análises acopladas no software SIMARIFLEX com o solo avaliado de forma mais elaborada, tendo, assim, respostas estruturais mais confiáveis. Os resultados obtidos demonstraram que a Hipótese de Winkler pode gerar deslocamentos 20% menores do que a modelagem considerando a relação constitutiva de endurecimento do solo com rigidez a pequenas deformações (HSS), já que ela despreza um patamar de plastificação e ruptura do solo. Além disso, indicou-se que o amortecimento geotécnico representa uma parcela pequena no amortecimento total e que o modelo de Mohr-Coulomb pode prever deformações superestimadas frente às demais relações.
Abstract
Offshore wind energy is a possible mean to make energy matrices more sustainable. Given the increase of water depths, the exploration of winds increasingly powerful and the usage of bigger turbines, some structural tasks are being introduced to make these offshore wind farms projects viable. An important part of these tasks involves soil-structure interaction (SSI). In coupled analysis, soil is usually modelled as a set of elastic springs based on the Theory of Elasticity and in a series of simplified hypothesis. This thesis aims to investigate the SSI of a gravity-based foundation for a 10 MW offshore wind turbine, applying different constitutive models for the soil, such as Mohr Coulomb and hardening models, from a finite element approach using Plaxis 3D. The main goal of this thesis was to calibrate more reliable springs using the Finite Element Method to use them in the coupled analysis of the offshore wind turbines in SIMA-RIFLEX. The obtained results showed that classic Winkler Hypothesis can predict displacements 20% smaller than the springs generated by the finite element modelling using HSS (Hardening Soil with Small-strain stiffness), since the linear elastic spring do not account plasticity and failure envelope in soil. Besides that, the results indicate that the soil’s damping represents only a little portion of the whole system damping, and that Mohr-Coulomb showed overestimated displacements and stresses when compared to the remaining constitutive models.
