Mapeamento Geotécnico da Plataforma Continental Brasileira como Base para o Dimensionamento de Fundações Offshore de Torres Eólicas

REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/th102410281155


Felipe Santos de Almeida[1]
Rodrigo Moraes da Silveira[2]


Resumo

Este artigo apresenta um mapeamento geotécnico da Plataforma Continental Brasileira (PCB), com o objetivo de fornecer subsídios para o dimensionamento de fundações para torres eólicas offshore. O mapeamento permitiu identificar regiões com sedimentos marinhos similares e definir os parâmetros geotécnicos desses materiais. Os resultados indicam que os parâmetros geotécnicos mapeados forneceram uma base sólida para o dimensionamento preliminar das fundações, contribuindo com informações relevantes para futuros estudos de viabilidade técnica e econômica de projetos eólicos offshore no Brasil.

Introdução

A crise do petróleo na década de 1970 e a subsequente escassez de recursos energéticos impulsionaram a busca por alternativas sustentáveis de geração de energia, com a energia eólica emergindo como uma solução promissora [17] e [9]. Desde a invenção do aerogerador por Charles Bruch em 1888 [7] até o desenvolvimento das tecnologias mais recentes [5], a energia eólica tem se destacado pelo seu potencial para diversificar as fontes de energia renovável. No entanto, a implementação bem-sucedida de turbinas eólicas, especialmente em ambientes offshore, requer uma consideração cuidadosa da estabilidade estrutural, que depende diretamente das condições do solo [26].

Neste contexto, o presente artigo enfoca o mapeamento geotécnico da Plataforma Continental Brasileira, cujo objetivo principal é fornecer dados essenciais para apoiar o dimensionamento de fundações em ambientes offshore. O mapeamento permite a caracterização detalhada dos sedimentos marinhos e dos parâmetros geotécnicos associados, o que é fundamental para garantir que os projetos sejam adequadamente adaptados às condições do solo. Esses dados geotécnicos fornecem uma base confiável para o desenvolvimento de soluções de engenharia seguras e eficientes, contribuindo para a viabilidade técnica de futuras iniciativas de energia eólica offshore no Brasil.

Referencial teórico

Energia eólica offshore e o cenário de geração de energia Brasileiro

No Brasil, a energia eólica teve seu início com a instalação do primeiro gerador eólico no arquipélago de Fernando de Noronha em 1992, motivada pela necessidade de diversificar a matriz energética nacional, que na época era fortemente dependente da hidrelétrica [1]. Após a crise energética de 2001, a necessidade de novas fontes de energia se tornou evidente, levando à criação do PROEÓLICA e, posteriormente o PROINFRA para impulsionar o mercado eólico nacional [3] e [10].

Estudos indicam que o Brasil pode gerar até 250 GW de potência elétrica em águas até 100 metros de profundidade [21]. O desenvolvimento da energia eólica offshore tem o potencial de reduzir custos e impactos ambientais, além de gerar empregos e melhorar a segurança energética [20]. A recente publicação do decreto número 10,946/2022 marca o início do processo de aceleração para a implantação de usinas eólicas offshore [12]. Atualmente, mais de 70 empreendimentos estão em fase de licenciamento, com uma potência total planejada de mais de 180 GW, distribuídos ao longo das regiões Sul, Sudeste e Nordeste do Brasil [14].

Tipos de fundações para torres eólicas offshore

A escolha do tipo de fundação para torres eólicas offshore é influenciada por fatores como custo, métodos construtivos, parâmetros geotécnicos e profundidade do fundo oceânico [18].

Fundações Monopile são tubos de aço cravados no fundo do mar e dominam o mercado atual de usinas eólicas offshore [4]. Essas fundações são projetadas com base na carga a ser suportada, profundidade e tipo de solo [16]. Apesar de sua eficácia e durabilidade, a instalação é complexa e requer equipamentos especializados. As fundações Monopile são adequadas para condições marítimas menos adversas [2] e [25].

Fundações Base de Gravidade são estruturas de concreto que se mantêm no lugar devido à sua massa e são ideais para águas pouco profundas. Estas fundações oferecem uma vida útil mais longa e menores custos de manutenção. O estudo do comportamento destas fundações e o uso de novos materiais estão ajudando a otimizar a instalação e manutenção dessas fundações [13].

Fundações Jacket (Jaqueta) são estruturas em forma de treliça, geralmente de aço, projetadas para resistir a cargas de vento e ondas em ambientes adversos. A instalação em águas profundas é complexa, exigindo equipamentos especializados e técnicas onerosas. A inovação na fabricação e processos de instalação estão melhorando a eficiência dessas fundações [22] e [23].

Metodologia

Área de estudo

O artigo foca na Plataforma Continental Brasileira (PCB), uma faixa rasa ao redor do continente. A Zona Econômica Exclusiva (ZEE) do Brasil cobre cerca de 3.539.919 km², segundo o ATLAS geográfico das regiões costeiras e oceânicas. A [8] destaca que a PCB possui condições favoráveis para a geração de energia eólica offshore, com ventos constantes a 100 metros de altura. Dado esse potencial, a área de estudo abrange toda a PCB, visando a análise e o pré-dimensionamento de estruturas de fundação para torres eólicas offshore, com base em parâmetros geotécnicos específicos para a região.

Mapeamento geotécnico da PCB

Para a obtenção de parâmetros geotécnicos referentes às regiões da PCB, foi realizada uma pesquisa bibliográfica em bases de dados como Scopus e Google Acadêmico, utilizando palavras-chave relacionadas a parâmetros e caracterização geotécnica dos sedimentos marinhos. As informações obtidas foram organizadas em uma tabela, que incluiu dados sobre peso específico dos grãos, resistência não drenada, ângulo de atrito interno e coesão dos sedimentos, acompanhada de um mapa que localiza geograficamente os estudos consultados.

O levantamento de dados sobre os sedimentos superficiais da PCB seguiu uma metodologia similar. Foram utilizadas bases de dados do Serviço Geológico do Brasil (SGB) e do Programa de Geologia e Geofísica Marinha (PGGM) em conjunto aos trabalhos de [11] e [27] que forneceram informações detalhadas sobre a granulometria e a composição mineral dos sedimentos. As amostras foram classificadas em diferentes fácies sedimentares, como areia fina e lama, com base em análises granulométricas e químicas.

A integração dos dados obtidos foi realizada de forma georreferenciada. Criou-se uma tabela que resumiu os parâmetros geotécnicos e foram sobrepostos os mapeamentos das fácies sedimentares tendo em vista delimitar regiões com características sedimentares similares na PCB. Usando o QGis, foram localizados geograficamente os pontos de coleta e correlacionados os parâmetros geotécnicos com as fácies sedimentares descritas. Com base nessa integração, foi elaborada uma base de dados com os parâmetros geotécnicos para cada tipo de sedimento e gerado um mapa geográfico que mostra a distribuição dos diferentes sedimentos superficiais na PCB.

Na Figura 1 está ilustra a metodologia empregue na pesquisa para o desenvolvimento do mapeamento da PCB.

Figura 1 – Fluxograma para mapeamento da plataforma continental brasileira.

Fonte: O autor (2024)

Discussão e resultados

Mapeamento geotécnico da PCB


A pesquisa bibliográfica reuniu informações geotécnicas da plataforma continental brasileira, destacando a complexidade e o alto custo das investigações em alto-mar. Com base nos dados obtidos, foram definidas regiões geográficas e parâmetros geotécnicos para avaliação. No mapa da Figura 2 estão ilustradas as regiões de estudo, enquanto a Tabela 1 apresenta uma compilação dos parâmetros geotécnicos obtidos, incluindo dados originais obtidos em revisão bibliográfica e extrapolações, além de correlações baseadas nas composições granulométricas dos materiais analisados. Esses parâmetros foram fundamentais para os dimensionamentos realizados.

Figura 2 – Mapeamento da plataforma continental brasileira.

Fonte: O autor (2024)

Considerações finais

Embora as informações sobre parâmetros geotécnicos na Plataforma Continental Brasileira sejam escassas, os dados sobre as facies sedimentares, obtidos a partir de estudos como os de [11] e [27], juntamente com informações do Programa de Geologia e Geofísica da Marinha Brasileira, possibilitaram o desenvolvimento do mapeamento geotécnico da região.

Este artigo fornece informações valiosas para análises de viabilidade técnico-econômicas na execução de campos eólicos offshore. No entanto, enfatiza-se que estudos adicionais e avaliações detalhadas são essenciais para um dimensionamento mais preciso em níveis conceituais e executivos, considerando também aspectos como esforços de instalação e tecnologias disponíveis.

Declaração de direitos

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Referências

ABBEOLICA. Boletim Anual de Geração de Energia Eólica. Recuperado de https://abeeolica.org.br/pdf/Boletim-Anual-de-Geracao-Eolica. 2020.

BARTHORPE, R. Monopile foundations for offshore wind turbines. In Offshore Wind Energy: Technologies and Applications (pp. 157-182). Woodhead Publishing. 2016.

BRAZIL ENERGY. Cenários Eólica 2020. [online]. Disponível em: https://cenarioseolica.editorabrasilenergia.com.br/edicao/cenarios-eolica-2020/. Acessado em: 31 de abril de 2023.

BURD, Harvey J. et al. Design aspects for monopile foundations. In: Proceedings of TC209 workshop on foundation design for offshore wind structures, 19th ICSMGE, Seoul, South Korea. 2017. p. 35-44. 2017.

BURTON, T.; SHARPE, D.; JENKINS, N.; BOSSANYI, E. Wind Energy Handbook. Chichester: John Wiley & Sons, 2001. 642p.

DAS, B. M. Advanced soil mechanics. CRC press. 2019.

DUTRA, R. M. Energia eólica: Princípios e tecnologia. Rio de janeiro: Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Britto, 2018. Disponível em: http://www.cresesb.cepel.br/download/tutorial_eólica_2018_e- book.pdf. Acesso em: 05-09-2019.

EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Balanço Energético Nacional 2022: ANO-BASE 2021. Rio de Janeiro: EPE, 2022. 290 p. 2021.

FAGÁ, M. T. W.; RECH, Hélvio. A Energia Eólica no Brasil. Rio de Janeiro: greenpeace.org.br. 2004.

FERNANDES, G. D. S. Modelo de dinâmica de sistemas para avaliar a capacidade instalada de energia eólica no Brasil. 2019.

FRANCISCONI, Ódimo et al. Geologia costeira e sedimentos da Plataforma Continental Brasileira. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIA, 28., 1974, Porto Alegre. Anais… Porto Alegre: SBG, p. 305-21. 1974.

GLOBAL WIND ENERGY COUNCIL (GWEC). Global Wind Report 2023. Disponível em https://gwec.net/. Acesso em: 23 de julho 2023.

GONÇALVES, A. F. P. et al. Análise de Fundação de Gravidade para Aerogerador Offshore de 10 MW. 2017.

IBAMA. Parques eólicos em licenciamento. Brasília: IBAMA. 2023. Disponível em: https://www.ibam.gov.br/parques-eolicos-em-licenciamento. Acesso em: 10 de outubro de 2023.

JOPPERT JR, Ivan. Fundações e contenções de edifícios: qualidade total na gestão do projeto e execução. Pini. 2007.

KIM, J., & COLLE, C. Design and installation of monopile foundations for offshore wind turbines. In Offshore Wind Energy: Fundamentals, Technologies, and Applications (pp. 167-200). Springer. 2018.

LOPEZ, R.A. Energia eólica. São Paulo: Artliber, 156p. 2002.

MAIA, V. M. Análise e Dimensionamento de Torre Eólica Offshore: Estudo Paramétrico. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Porto, 2009.

MARANGON, M. Parâmetros dos solos para cálculo de fundações. Geotecnia das Fundações. Cap, 3. 2009.

MARTINS, Douglas Soares et. al. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE OS BENEFÍCIOS DA IMPLANTAÇÃO DE UM PARQUE EÓLICO OFFSHORE NO BRASIL. Revista Ibero-Americana de Humanidades, Ciências e Educação, v. 8, n. 7, p. 563-581, 2022.

ORTIZ, G. P.; KAMPEL, M. Potencial de energia eólica offshore na margem do Brasil. V Simpósio Brasileiro de Oceanografia. Santo/SP: Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo, 2011.

SANTOS, L. et al. Estratégias de Instalação de Fundações Jacket em Condições Marítimas Adversas. Conferência Internacional de Energia Renovável, 2018.

SILVA, A. et al. Geometria e Dimensionamento de Fundações Jacket para Torres Eólicas Offshore. Revista de Engenharia Marítima, 2020.

SOUZA PINTO, C. D. Curso básico de mecânica dos solos. São Paulo, Oficina de Textos. 2000.

SOUZA, R. A., MARTINS, R. P., & FERREIRA, J. A. Design of monopile foundations for offshore wind turbines using artificial neural networks. In Proceedings of the 2019 International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA) (pp. 1072-1075). IEEE. 2019.

SVENSSON, Henrik. Design of foundations for wind turbines. 2010.

TAVARES, Gilberto de Macedo Dias (Coordenador). Geologia dos sedimentos superficiais da plataforma continental brasileira. CPRM, Brasília, DF, 1ª edição, 2007.


[1]LACTEC, Curitiba, Brasil. Email: felipe.almeida.eng@outlook.com.br

[2]LACTEC, Curitiba, Brasil. Email: rodrigo.silveira@pucpr.br