Revisão Bibliográfica

O CUADRF, embora relativamente recente, vem sendo empregado com sucesso em obras de infraestrutura, como passarelas e pontes rodoviárias (seção- , seção- e seção caixão), coberturas, e também em obras de reabilitação e reforço (Brühwiler; Denarié, 2008). Neste último caso, fica evidente uma grande vantagem da aplicação desse material que é o de reduzir o número de intervenções na estrutura, garantindo que seu desempenho reduza lentamente ao longo de toda sua vida útil (SAMARIS, 2005).

As primeiras recomendações quanto à caracterização e aos métodos de cálculo do CUADRF podem ser encontrados nas Recomendações Provisórias da Association Française de Genié

Civil (AFGC, 2002). No entanto, importantes contribuições vêm sendo feitas com o intuito de melhor caracterizar seu comportamento estrutural, como é possível ver em Spasojević (2008), que propõe modelos para as curvas em compressão e tração uniaxiais; e inclusive associando- o juntamente com concretos convencionais (Habel, 2004; Habel; Denarié; Brühwiler, 2006, Noshiravani; Brühwiler, 2013). Outros modelos para descrever o CUADRF também existem na literatura, como o modelo unidimensional e tridimensional do MIT (Davila, 2007).

Com relação à utilização desse tipo de concreto para as torres eólicas, em vista da não existência de recomendações específicas nas normas de projeto, o seu dimensionamento se dá através da combinação entre recomendações e normas existentes, como por exemplo, é possível citar o trabalho de Jammes (2009), que combina o modelo unidimensional do MIT e as recomendações provisórias da AFGC, entretanto não é feito uso da protensão.

É possível citar o trabalho de Lewin (2010), que investiga a utilização do CUADRF no dimensionamento de dois diferentes conceitos de torre eólicas protendidas: uma treliçada, com pilares dispostos em uma forma hexagonal, e outra de seção circular.

O processo construtivo concernente às torres eólicas de concreto, fundamental para a concepção de uma torre que seja exequível, pode ser encontrado tanto em Hau (2006) como em Grünberg e Göhlmann (2013). Alguns detalhes de montagem também podem ser vistos nos supracitados.

Em se tratando dos esforços na torre eólica proveniente da operação do rotor (pás e nacele), é necessária a utilização de modelos aeroelásticos que necessitam de um histórico temporal do vento incidente no rotor, sendo que este deve conter no mínimo propriedades físicas corretas como um espectro de potência realístico e uma coerência espacial (Hansen et al., 2006). Em geral, nos trabalhos que tratam da análise e projeto de torres eólicas, como por exemplo, em Lavassas et al. (2003) que estuda uma torre eólica de aço de 1 MW, os esforços são fornecidos pelo próprio fabricante, sendo os casos de carregamento de vento determinados pela combinação entre as condições externas e as condições de operação da turbina. Já no trabalho de La Nier (2005), os esforços no rotor levados em consideração no projeto são provenientes do WindPact Rotor Design Study do National Renewable Energy Laboratory, nos Estados Unidos (Malcolm; Hansen, 2002), e são tratados como cargas estáticas.

As combinações de carregamento no projeto de turbinas eólicas são normatizadas de acordo com a IEC 61400-1 (2005), que define 8 condições de operação: produção de energia; produção de energia mais falha; ligação; desligamento normal; desligamento de emergência; repouso (parked); parada mais falha; e transporte, montagem, manutenção e reparo. Além disso, estão definidos quase 30 casos de carregamento que associam as diversas condições de operação às várias condições de vento, com inclusive algumas condições específicas. Assim, não é objetivo do presente trabalho lidar com todos os casos de carregamento.

Em suma, os trabalhos como de La Nier (2005), Jammes (2009), Lewin (2010) fazem uso de duas velocidades de rajada de vento de 3s correspondente a duas condições de vento: a de maior velocidade para o Estado Limite Último (ELU), que é corresponde ao colapso da estrutura; e a de menor velocidade para prover o carregamento no Estado Limite de Serviço (ELS). No caso de La Nier (2005), a EOG50 (Extreme Operating Gust com período de retorno de 50 anos) e a EWM50 sem o uso dos coeficientes parciais na combinação do carregamento são usados no ELS; e a EWM50 com coeficientes parciais, no ELU.

Com relação à análise de torres de concreto protendido (convencional), La Nier (2005) em seu estudo de torres de concreto protendido faz uso de uma análise de primeira ordem, a partir do carregamento estático equivalente do vento de acordo com a norma americana ASCE 7 (1998), com o método do momento majorado (moment magnification method), uma vez que em sua análise as cargas de gravidade, ou seja o peso próprio, não contribuem significativamente para o momento ao longo da torre, sendo que o fator de majoração do momento proveniente de uma análise - Δ resultou em menos de 2%. Trata-se de um método clássico utilizado por diversas normas como a ACI 318-95 e o Eurocode 2 para a consideração dos efeitos de segunda ordem no projeto dos pilares de concreto armado, sendo que as diferenças nas diversas apresentações desse método residem na expressão para a rigidez equivalente (Araújo, 2012).

Entretanto, segundo Grünberg e Göhlmann (2013) em relação às torres eólicas, o estado de equilíbrio em relação à estrutura deformada submetida à flexo-compressão deve ser calculado utilizando-se de uma teoria não linear geométrica (teoria de segunda ordem), uma vez que o carregamento último é reduzido em relação àquele proveniente de uma análise provendo-se de uma teoria de primeira ordem. A deformação lateral proveniente desses carregamentos desenvolve um momento fletor adicional que é relevante para a estrutura, sendo este o chamado efeito - Δ. Não somente no que diz respeito à consideração da não linearidade

geométrica, mas o cálculo dos deslocamentos no Estado Limite Último (ELU) deve levar em consideração a não linearidade física dos materiais constituintes da estrutura. Para o concreto, por exemplo, deve levar em consideração a formação de fissuras na região tracionada, assim como a curva não linear de tensão-deformação, esta que também deve ser considerada para as armaduras ativa ou passiva (Grünberg; Göhlmann, 2013). Na colaboração do concreto entre fissuras na tração podem ser utilizadas as curvas propostas na literatura, como Araújo (2003) ou então Collins e Mitchell (1997).

Quanto a trabalhos de otimização do custo de torres eólicas de concreto é possível citar o de Jammes (2009), para concreto de ultra-alto desempenho, e o de Silva et al. (2008). Diferentemente do trabalho de Jammes, Silva considera torres de concreto armado sujeitas à carga dinâmica de vento e aos efeitos de vibração devido aos componentes da turbina eólica. Para a função custo são considerados os preços do concreto e do aço. As restrições impostas foram relacionadas à tensão, deslocamentos e frequências de vibração e o problema de otimização foi resolvido utilizando-se do método lagrangeano aumentado.

Por fim, recentemente, Ma e Meng (2014) propuseram a otimização de uma torre eólica protendida de 100 m, com seção octogonal vazada, que suporta uma turbina de 5 MW. As condições de vento utilizadas pelos autores foram também a EOG50 e a EWM50, respectivamente para as combinações nos estados limites de serviço e último, de mesmo modo como em La Nier (2005). Os carregamentos de vento foram tratados como estático equivalente e o método de otimização foi desenvolvido empregando o software Abaqus e o método dos algoritmos genéticos.