Fundações utilizadas em usinas solares fotovoltaicas

Os perfis das estacas metálicas ou de aço utilizados como elementos de fundação podem apresentar diversas formas. Os perfis podem ser laminados ou soldados, sendo que na fabricação dos mesmos pode ser incorporado cobre para conferir maior resistência a corrosão (VELLOSO & LOPES, 2010).

Os perfis utilizados em usinas fotovoltaicas geralmente são pré-definidos pelas empresas que desenvolvem projetos e fornecem toda a estrutura de apoio dos módulos, tendo

em conta as ligações da cabeça da estaca com o restante da estrutura. Dentre os principais perfis utilizados estão os perfis I, C e Ômega mostrados na Figura 9 e especificação destes perfis é apresentada na Tabela 1.

Figura 9 - Perfis metálicos do tipo I (a), C (b) e Ômega (c).

(a) (b) (c)

Fonte: Elaborado pelo autor.

Tabela 1 - Especificação de alguns perfis metálicos utilizados em POT.

Ref. Identificação ^Massa

(kg/m) d (mm) bf (mm) tw (mm) tf (mm) As (cm²) U (cm) Ix (cm4) Iy (cm4) IPE 160 W150x13,0 13,0 148 100 4,3 4,9 16,6 65 635 82,0 HEA 140 W150x22,5 22,5 152 152 5,8 6,6 29,0 86 1229 387,0 HEA 160 W150x29,8 ^29,8 157 153 6,6 10,3 38,5 88 1739 556,0

Ref. Identificação ^Massa

(kg/m) h (mm) b (mm) c (mm) e (mm) As (cm²) U (cm) Ix (cm4) Iy (cm4) CP 140 CP140x50x20x3 6,07 140 50 20,0 3,0 7,3 52 255 23,5

Fonte: Consórcio SETA-Araxá (2020).

As seções transversais dos perfis metálicos são reduzidas, mobilizando assim pequeno valor da resistência de ponta. Em função disso, a resistência lateral mobilizada ao longo da superfície lateral da estaca é significativamente superior a resistência de ponta, fazendo com que a resistência de ponta seja desprezada no cálculo da capacidade de carga. Em termos de dimensionamento, pode-se considerar que essas estacas se comportam como estacas de atrito. Portanto, a estrutura estará em segurança se a resistência lateral mobilizada no fuste da estaca

for suficiente para equilibrar as cargas laterais e de arrancamento originadas pela ação do vento (ALMEIDA, 2014).

No processo de dimensionamento, o perímetro dos perfis I, C e Ômega podem ser convertidos em um raio equivalente para o efeito de simplificação. A faixa de variação do raio equivalente destes perfis estão entre 16 e 28 cm, logo pode-se classificar as estacas metálicas utilizadas como miniestacas, quando utilizadas com o propósito de transferência de carga ao solo.

Tomlinson e Woodward (2008) listam algumas vantagens e desvantagens da utilização de estacas metálicas.

Vantagens:

• a estaca pode ser inspecionada antes da cravação; • não tem problemas quanto ao nível de água;

• pode ser projetada para suportar altas tensões de flexão e tração.

Vale ainda acrescentar nesta lista de vantagens, os seguintes itens, específicos para as obras em questão:

• facilidade de corte para nivelamento da cabeça, quando necessário; • facilidade de ligação entre a estaca e demais peças mecânicas do tracker;

• peso relativamente baixo que possibilita manuseio sem equipamentos de grande porte.

Desvantagens:

• pode sofrer danos invisíveis que reduzem a capacidade de carga; • problemas de manuseio devido a elevada esbeltez.

A exposição do material metálico a solos altamente corrosivos constitui também outra desvantagem. Nesta condição, é indicado o tratamento das peças antes de serem cravadas no solo. Em relação à variação de oxigênio em que o metal estará exposto (parte da estaca é cravada e a outra fica a cima da superfície), há um entendimento que esse problema pode ser superado quando as estacas metálicas permanecem totalmente enterradas em solo natural, pois o oxigênio disponível nos solos naturais é em pequeníssima quantidade. Quando a reação química começa, imediatamente esgota a maior parte do componente responsável pela corrosão (MILITITSKY

et al, 2015). Entretanto, a NBR6122 determina que seja utilizado uma espessura de

compensação que varia de acordo com o tipo de solo.

“[...] As estacas de aço que estiverem total e permanentemente enterradas, independentemente da situação do lençol d’água, dispensam tratamento especial, desde que seja descontada a espessura da Tabela 2. Nas estacas em

que a parte superior ficar desenterrada, é obrigatória a proteção com

camisa de concreto ou outro recurso de proteção do aço, ou aumento de espessura de sacrifício definida em projeto [...]” (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2019, p. 36-37, grifo nosso).

Tabela 2 - Espessura de compensação da corrosão.

Classe Espessura mínima de sacrifício (mm)

Solos em estado natural e aterros controlados 1,0 Argila orgânica; solos porosos e não saturados 1,5

Turfa 3,0

Aterros não controlados 2,0

Solos contaminados a 3,2

a Casos de solos agressivos devem ser estudados especificamente.

Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas (2019) p. 36-37.

Em complexos solares, a instalação da estaca no terreno é uma atividade crítica, pois a sua eficiência depende de boas estimativas para determinar a profundidade de cravação de projeto. Em uma planta solar, o comprimento aéreo (parte desenterrada) das estacas é fixo e possui uma tolerância pequena, portanto, o restante do comprimento que ficará embutido no solo precisa ser suficiente para absorver e distribuir adequadamente as ações solicitantes. A Figura 10 ilustra os principais tipos de soluções e diferentes formas de instalação das estacas metálicas em parques solares fotovoltaicos. A seguir, destacam-se 3 formas de instalação:

• Direct ramming - (cravação direta) - é a solução mais comum, devido a sua simplicidade e é utilizada, principalmente, em terrenos de resistência intermediária. Porém, muitas vezes, a estaca pode não atingir a profundidade requerida em projeto, exigindo assim outras soluções;

• Pre-drilling - (pré-furo e cravação por interferência) - para regiões rochosas onde é realizado um pré-furo com diâmetro ligeiramente menor que a estaca e as extremidades do perfil interage com a rocha; e

• Micropilote – (micro estaca de concreto) - para solos com propriedades geomecânicas ruins, altamente agressivos e presença de rochas, sendo a solução composta de um pré-furo, locação da estaca e concretagem de todo o furo.

Além dessas soluções existem outras que contemplam reforço do solo com estaca de compactação antes da cravação e soluções otimizadas a partir das soluções anteriores.

Figura 10 - Principais soluções de fundação de usinas fotovoltaicas utilizadas no Brasil. a) Direct Ramming b) Pre-drilling c) Micropilote

a) b) c)

Fonte: STi Norland, (2021).

Em usinas solares FV, a cravação das estacas é feita geralmente com cravadoras de acionamento hidráulico comumente chamadas de hincas ou hincadoras (Figura 11).

Figura 11 - Cravadora de estacas em usinas solares fotovoltaicas (hincadora).