Guilherme Kronemberger Lopes
Título
A NUMERICAL METHODOLOGY FOR DESIGNING MONOPILE FOUNDATIONS IN SAND CONSIDERING SOIL STIFFNESS DEGRADATION
Resumo
Este trabalho apresenta uma metodologia numérica para o projeto de fundações monopile instaladas em areia, considerando a degradação da rigidez do solo. A metodologia foi desenvolvida baseada nas abordagens de projeto atuais utilizadas na indústria eólica offshore, fundamentadas no método p-y. Primeiramente, um modelo tridimensional de elementos finitos é construído, onde um modelo constitutivo simples é proposto para estimar o comportamento lateral da monopile em areias. Os resultados obtidos são calibrados e validados usando dados de testes centrífugos, apresentando aderência. Na sequência, um procedimento numérico para obtenção das curvas p-y a partir de análises de elementos finitos 3D é estabelecido. Nesse sentido, métodos típicos para derivar curvas p-y são avaliados, e um estudo paramétrico envolvendo parâmetros associados à construção destas curvas é conduzido. Por fim, a aplicabilidade das curvas p-y desenvolvidas é verificada por meio do projeto de uma turbina eólica offshore de 10 MW apoiada por uma fundação monopile em um ambiente característico brasileiro. Além disso, o projeto é conduzido utilizando abordagens p-y diferentes relatadas na literatura. Os resultados mostram que a metodologia proposta pode prever resultados confiáveis para a resposta da monopile. Apesar da simplicidade de implementação, a metodologia desenvolvida é mais robusta em relação aos demais métodos avaliados.
Abstract
This work presents a numerical methodology for designing monopile foundations installed in sand, considering soil stiffness degradation. The methodology was developed based on the current design approaches used in daily routine analysis within the offshore wind industry, which mainly rely on the p-y method. First, a three-dimensional (3D) finite element (FE) model is constructed, and a simple constitutive model is proposed for estimating the monopile lateral behavior in sands. The results obtained using this model are calibrated and validated using centrifuge test data with good agreement. After that, a numerical procedure for deriving p-y curves from 3D FE analyses is established. In this regard, typical methods for deriving p-y curves are evaluated, and a parametric study involving parameters associated with constructing p-y curves is conducted. Lastly, the methodology is established, and its applicability is verified by designing a 10 MW offshore wind turbine supported by a monopile foundation in a characteristic Brazilian environment. In addition, the design was also conducted using different p-y approaches, as reported in the literature. Results show that the proposed methodology can predict reliable results for the monopile response. Despite the simplicity of implementation concerning the developed methodology, it is more robust than the other methods investigated.
