Contribution to the design of shallow foundations of wind generators founded in dune sands at the sea shore of the Ceará State
DOI:
https://doi.org/10.24849/j.geot.2014.130.05Keywords:
Foundations, Wind generator, Field testsAbstract
This paper assesses the design methodologies for shallow foundations of wind generators founded in sand dunes. It derives its data from the study of a case history located in the sea front area of the Ceará State. The described research initially characterized the local wind regime, with subsequent analyses of structural instrumentation at field and small scale tests in wind tunnel. The soil at foundation level was fully characterized in laboratory by general geotechnical tests, together with oedometric and direct shear ones. Standard penetration tests were carried out on site, with energy and torque measurements, besides prebored pressuremeter tests. The foundation loads from the studied wind generator were estimated and compared by distinct theoretical approaches. Methodologies to derive the foundation´s vibration were also employed and compared. The obtained range of variation of the foundation´s vibration frequency was large, but without any resonance. It was also noticed that the decrease of the maximum operation velocity of the wind generator would allow for a considerable reduction on the foundation costs.
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References
Alpan, I. (1961). Machine Foundations and Soil Ressonance. Géotechnique, Vol. 11, pp. 95-113.
ASTM D4719/87 (1987). Standard Test Method for Pressurement Testing in Soils. Annual Book of ASTM Standards, New York, Vol. 04.08.
ABNT (2001). NBR 6484/01 - Execução de Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos. Rio de Janeiro.
ABNT (1987). NBR 6123/87. Forças Devidas ao Vento em Edificações. Rio de Janeiro.
ABNT (1984). NBR 6508/84. Grãos de Solos que Passam na Peneira de 4,8 mm – Determinação da Massa Específica, Método de Ensaio. Rio de Janeiro.
Barkan, D.D. (1962). Dynamics of Bases and Foundations. McGraw-Hill Book Company, New York, 434 p.
Barros, J.M.C. (1990). Parâmetros Dinâmicos de Alguns Solos Brasileiros Determinados em Ensaios de Coluna Ressonante. Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica – COBRAMSEG. Salvador, Vol. 2, pp. 475-484.
Barros, J.M. (1997). Módulo de Cisalhamento Dinâmico de Solos Tropicais. Tese de Doutorado. EPUSP. São Paulo. 437p.
Barros, J.M.C.; Silveira, R.M. da S.; Amaral, C.S. (2006). Módulo de Cisalhamento Máximo de Uma Argila Marinha Remoldada. Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica – COBRAMSEG, Curitiba.
Brandão, R.L. (1995). Sistema de Informações para a gestão e administração Territorial da Região Metropolitana de Fortaleza - Projeto SINFOR: Diagnóstico Geoambiental e os Principais Problemas de Ocupação do Meio Físico da Região Metropolitana de Fortaleza: CPRM. Fortaleza, 88 p.
Burland, J.B.; Burbidge, M.C. (1985). Settlements of Foundations on Sand and Gravel. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Part 1, Vol. 78.
Byrne, P.M.; Salgado, F.M.; Howie, J.A. (1990). Relationship between the Unload Shear Modulus from Pressuremeter Tests and the Maximum Shear Modulus for Sand. 3rd ISPMA, Oxford Univ., pp. 231-241.
Cavalcante, E.H. (2002). Investigação Teórico-Experimental sobre o SPT. Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ, 410 p.
Cavalcanti, V.M.M. (1998). Qualidade das Areias Marinhas para Utilização como Agregado na Construção Civil, na Região Metropolitana de Fortaleza, Estado do Ceará. Dissertação de Mestrado – Departamento de Geologia – UFC. Fortaleza.
Cunha, R.P. (1996). A New Cavity Expansion Model to Simulate Selfboring Pressuremeter Tests in Sand. Solos e Rochas. São Paulo. Vol. 19, no 1, pp. 15-27.
Décourt, L. (1992). Fundações Rasas. Anais da Mesa Redonda Solos na Cidade de São Paulo, pp. 217-228.
Ferreira, I.A. (2003). Simulação Numérica para Verificação das Cargas na Fundação para Condi ção de Pico de Velocidade de Vento. Projeto Otimização Estrutural Torre e Fundação de Aero geradores. Relatório Interno. Convênio UNIFOR/UFC/COELCE. Fortaleza.
Freire, A.P.S. (2003). Medição das Propriedades Dinâmicas de um Aerogerador. Relatório COPPETEC – UFRJ/COPPE, Rio de Janeiro.
Haase, A. (1975). Fundações de Máquinas Rotativas. Publicações Montreal-1. 56 p.
Hardin, B.O. (1978). The Nature of Stress-Strain Behavior of Soils. In: Earthquake Engineering and Soil Dynamics Conference. Proceedings, ASCE, Pasadena, California. Vol. I, pp. 3-90.
Kalteziotis, N.A.; Tsiambaos, G.; Sabatakakis, N.; Zervogiannis. (1990). Prediction of Dynamic Parameters from Pressuremeter and Other In-Situ Tests. In: International Symposium on Pressuremeters, 3. Proceedings, British Geotechnical Society, pp. 391-400.
Lambe, T.W.; Whitman, R.V. (1976). Mecanica de Suelos. Editorial Limusa. México. 582 p.
Lima, F. de A.M. (1976). Fotointerpretação de Praias e Dunas no Município de Fortaleza, Ceará Brasil. Tese de Doutorado em Solos e Nutrição de Plantas. Universidade de São Paulo (USP).
Lysmer, J.; Richart, F.E. (1966). Dynamic Response of Footings to Vertical Loading. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Proc. ASCE, Vol. 92, No. SM1, January, pp. 65-91.
Ménard, L. (1975). The Ménard Pressurement, Interpretation and Aplication of Pressurement Test Results to Foundation Design. Soils, No. 26.
Ménard, L.; Rousseau, J. (1962). L’Evaluation des Tassements – Tendences Nouvelles. Meyerhof, G.G. (1965). Shallow Foundations. JSMFD, ASCE, Vol .91, No. SM2 (March), pp. 21-31.
Mitchell, J.K.; Guzikowski, F.; Vilet, W.C.B. (1978). The Measurement of Soil Properties in Situ, Present Methods – Their Applicability and Potential. U.S. Dept. of Energy Report, Dept. of Civil Engineering. Berkeley: Univ. of California.
Moura, A.S. (2007). Avaliação de Metodologias de Projeto de Fundações Superficiais de Aeroge radores Assentes em Areia de Duna. Tese de Doutorado, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, 323 p.
Nagendra, M.V.; Sridharan, A. (1981). Response of Circular Footings to Vertical Vibrations. Journal of the Geotechnical Engineering Division, Proc. ASCE, Technical Notes, Vol. 107, No. GT7, July, pp. 989-995.
Ohsaki, Y.; Iwasaki, R. (1973). On Dynamic Shear Moduli and Poisson’s Ratio of Soil Deposits. Soils and Foundations, JSSMFE, Vol. 13, No. 4, Dec., pp. 59-73.
Quaresma, A.R.; Decourt, L.; Quaresma Filho, A.R.; Almeida, M.S.S.; Danziger, F. (1998). Inves tigações Geotécnicas. In: Fundações: Teoria e Prática. São Paulo. Ed. PINI Ltda., pp. 119-196.
Roitman, N.; Magluta, C. (2003). Monitoração do Aerogerador-CE. Relatório Técnico – COPPETEC/ /PEC 4400A. Programa de Pós-Graduação da Universidade Federal do Rio de Janeiro COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro.
Roitman, N.; Magluta, C.; Aragão Filho, L.A.C.M. (2004). Monitoração Estrutural de Uma Torre de Um Gerador Eólico. XXXI Jornadas Sud-Americanas de Ingenieria Estructural. Mendoza, Argentina, pp. 1-12.
Richart, F.E., Jr., Hall, J.R.; Woods, R.D. (1970). Vibrations of Soils and Foundations. Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 414 p.
Schmertman, J.H. (1970). Static Cone to Compute Settlement Over Sand. Journal of the Soil Mechanics and Foudation Engineering, ASCE, Vol. 96, pp. 1011-1043.
Schnaid, F. (2000). Ensaios de Campo e Suas Aplicações à Engenharia de Fundações. Oficina de Textos. São Paulo.
Schnaid, F.; Lehane, B.M.; Fahey, M. (2004). In Situ Test Characterisation of Unusual Geomate rials. 2nd Int. Conf. on Site Charact., Milpress, Porto, 1: pp. 49-74.
Schultz, E; Sherif, G. (1973). Prediction of Settlements from Evaluated Settlement Observation on Sands. Proc. 8th Int. Conf. Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol. 2, pp. 225-230.
Seed, H.B.; Idriss, I.M.; Arango, I. (1983). Evaluation of Liquefaction Potential Using Field Performance Data. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 109, No. 3, Mar., pp. 458-482.
SEINFRA (2000). Estado do Ceará, Atlas do Potencial Eólico. Fortaleza-CE. Souza Pinto, C. (2000). Curso Básico de Mecânica dos Solos. Ed. Oficina de Textos. São Paulo. 247 p.
Stephenson, R.W.; Luna, R.; Liu, W.; Anderson, N. (2004). Comparison of Cross-Hole, Seismic Cone Penetrometer, Spectral Wave (SASW) to Characterize Bridge Sites in the New Madrid Seismic Zone. Proceedings ISC-2 on Geotechnical and Geophysical Site Characterization. Viana da Fonseca & Mayne (eds). Porto.
Terzaghi, K. (1943). Theoretical Soil Mechanics. John Wiley & Sons, New York.
Terzaghi, K.; Peck, R.B. (1967). Soil Mechanics in Engineering Practice. 2nd. Edition, John Wiley & Sons, New York.
Tschebotarioff, G. P. (1978). Fundações, Estruturas de Arrimo e Obras de Terra. McGraw-Hill do Brasil. São Paulo. 513 p.
Tschebotarioff, G. P.; Ward, E.R. (1948). The Resonance of Machine Foundations and the Soil Coefficients which Affect it. Proc. 2nd Intern. Conf. on Soil Mech & Found. Engng, Rotterdam, Vol I, pp. 309-313.
Velloso, D.A.; Lopes, F.R. (1996). Fundações. Vol. 1, COPPE-UFRJ, 2ª ed., Rio de Janeiro, 290 p.
Vesic, A.S. (1975). Bearing Capacity of Shallow Foundations. Ch.3 in Foundation Engineering Handbook (edited by H.F. Winterkorn and H.-Y. Fang), Van Nostrand Reinhold Co., New York. pp. 121-147.
Yu, B.P.; Richart, F.E.Jr. (1984). Stress Ratio Effects on Shear Modulus of Dry Sands. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 110, No. 3. pp. 331-345.
