Fellipe Araujo Gomes
Título
ANÁLISE DE FADIGA DE TURBINAS EÓLICAS OFFSHORE TIPO MONOPILE COM CONEXÃO GRAUTEADA
Resumo
Uma das regiões críticas de uma Turbina Eólica Offshore (TEO) é a conexão estrutural entre a superestrutura e sua fundação. Essa conexão é comumente realizada através de uma junta cilíndrica grauteada com concreto de alta resistência, formada pela sobreposição de uma peça de transição metálica, que transfere os esforços para a fundação através do graute. Nesse trabalho, avalia-se o dano à fadiga de uma fundação tipo monopile assentada em solos coesivo e não coesivo empregando-se o software SIMA-RIFLEX e considerando a região de conexão. A interação solo-estrutura é simulada a partir de curvas p-y propostas pela ANSI/API-RP-2GEO (2011) e DNVGL-ST-0126 (2016). O dano à fadiga é analisado em diferentes regiões da monopile e do graute considerando dois tipos de conexões: cônica e tubular com conector de cisalhamento. Além disso, nessas análises, consideraram-se diferentes tipos de solo e condições ambientais similares ao da costa brasileira. Na conexão grauteada, observou-se que a tensão média e o número de conectores influenciam na resistência do graute, com maiores danos presentes nas conexões cônicas. A região crítica da monopile em solos arenosos foi identificada 6,5 m abaixo do leito marinho, independentemente do ângulo de atrito. Para o solo coesivo, a região crítica variou entre 6,5 e 18,5 m abaixo do leito marinho dependendo da resistência não drenada considerada. Tanto para o graute quanto para a junta soldada, os maiores danos ocorrem na situação não operacional, devido à ausência do amortecimento aerodinâmico, sendo mais notório em solos argilosos com resistência não drenada igual a 10kPa.
Abstract
One of the critical regions of an Offshore Wind Turbine (OWT) is the structural connection between the superstructure and its foundation. This connection is commonly peformed through a metal cylindrical joint filled with high strength concrete, made by the overlapping of a metal transition piece, which transfers the stresses to the foundation through the grout. In this work, the fatigue damage of a monopile foundation based on cohesive and non-cohesive soils is evaluated using the SIMA-RIFLEX software and focusing on the connection region. The soil-structure interaction is simulated applying p-y curves proposed by ANSI/API-RP-2GEO (2011) and DNVGL-ST-0126 (2016). Fatigue damage is analyzed in different regions of the monopile and grout evaluating two types of connections: conical and tubular with shear key. Moreover, in these analyzes, different types of soil and environmental conditions similar to the Brazilian coast were considered. In the grouted connection, it was observed that the mean stress and the number of shear keys influence the capacity of the grout, with greater damages present in the conical connections. The critical region of the monopile in sandy soils was identified 6.5 m below the seabed, regardless the angle of friction. For cohesive soils, the critical region varied between 6.5 and 18.5 m below the seabed depending on the undrained resistance value. For both grout and welded joints, the greatest damage occurs in the non-operational situation, due to the absence of aerodynamic damping, being more noticeable in clayey soils with undrained resistance equal to 10 kPa.
