[pt] FUNDAÇÕES DE TORRES EÓLICAS OFFSHORE: MODELAGEM NUMÉRICA DE MONOPILE EM AREIA QUARTZOSA

[en] OFFSHORE WIND TURBINE FOUNDATIONS: NUMERICAL MODELING OF MONOPILE IN QUARTZ SAND

[pt] NATALIA MOSCHEN BOTTECCHIA

[pt] ELEMENTO FINITO

[pt] MONOPILE

[pt] FUNDACAO DE TORRE EOLICA OFFSHORE

[pt] MODELAGEM NUMERICA

[en] FINITE ELEMENTS

[en] MONOPILE

[en] OFFSHORE WIND TURBINE FOUNDATION

[en] NUMERICAL MODELING

[pt] O aumento da preocupação global com a busca por soluções energéticas sustentáveis tem impulsionado o desenvolvimento da energia eólica offshore. No Brasil, ela surge como uma promissora fonte de energia renovável, dado o vasto potencial costeiro. Este estudo investigou o comportamento de fundações do tipo monopile, amplamente utilizadas internacionalmente em torres eólicas offshore, instaladas em areia quartzosa e submetidas a carregamento lateral monotônico. Foram desenvolvidos dois modelos numéricos tridimensionais no programa Plaxis 3D, utilizando inicialmente o modelo constitutivo elástico perfeitamente plástico de Morh Coulomb, seguido pelo modelo avançado Hardening Soil. A pesquisa foi motivada pelas limitações das principais normativas, API e DNV, originalmente desenvolvidas para fundações flexíveis de plataformas da indústria do petróleo e gás, que não representam de forma adequada o comportamento de monopiles. As análises incluíram a avaliação de malhas deformadas, deslocamentos no eixo de aplicação da carga, deformações cisalhantes, tensões principais, pontos de plastificação e curvas carga-deslocamento. Comparações com dados experimentais de modelagem física em centrífuga geotécnica revelaram limitações na simulação da rigidez e resistência do monopile, atribuídas à ausência de simulação dos efeitos de cravação e à calibração dos modelos constitutivos em condições triaxiais inadequadas. Para uma melhor reprodução do comportamento em campo, propõe-se que modelo numérico seja replicado com a calibração dos modelos constitutivos realizada com base em ensaios triaxiais de compressão lateral. As dificuldades encontradas na modelagem numérica evidenciam a complexidade em replicar as condições de campo, necessitando de abordagens mais sofisticadas. Além disso, análises paramétricas foram realizadas em função da resistência e rigidez, que indicaram que o aumento desses parâmetros resulta em maiores forças laterais para o mesmo nível de deslocamento lateral.

[en] The increase in global concern for sustainable energy solutions has driven offshore wind energy development, and given its vast coastal potential, wind energy is a promising renewable energy source in Brazil. This study investigated the behavior of monopile foundations, internationally widely used in offshore wind turbines, installed in quartz sand, and subjected to monotonic lateral loading. Two three-dimensional numerical models were developed in Plaxis 3D software, initially using the Mohr-Coulomb perfectly plastic constitutive model, followed by the advanced Hardening Soil model. The research was motivated by the limitations of the main standards, API and DNV, initially developed for flexible foundations of oil and gas industry platforms, which do not adequately represent the behavior of monopiles. The analyses included the evaluation of deformed meshes, displacements in the load application axis, shear deformations, principal stresses, plasticity points, and load-displacement curves. Comparisons with experimental data from geotechnical centrifuge modeling revealed limitations in simulating the stiffness and strength of the monopile, attributed to the lack of simulation of pile-driving effects and the calibration of constitutive models under inadequate triaxial conditions. For better field behavior replication, the numerical model is proposed to be replicated with the calibration of constitutive models based on lateral compression triaxial tests. The difficulties found in numerical modeling highlight the complexity of replicating field conditions, requiring more sophisticated approaches. Furthermore, parametric analyses were performed based on stiffness and strength, indicating that increasing these parameters results in higher lateral forces for the same level of lateral displacement.

ALESSANDRO CIRONE

MARIA CASCAO FERREIRA DE ALMEIDA

ALESSANDRO CIRONE

MARIA CASCAO FERREIRA DE ALMEIDA

JOSE RENATO MENDES DE SOUSA

CRISTIAN YAIR SORIANO CAMELO

2025-04-15

2024-09-20

[pt] TEXTO

application/pdf

PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=70044@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=70044@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.70044