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ESTUDO DE CASO DA UTILIZAÇÃO DO CONCRETO NA EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES DE TORRES EÓLICAS: processo qualitativo1
CASE STUDY OF THE USE OF CONCRETE IN THE EXECUTION OF WIND TOWER FOUNDATIONS: qualitative process
Ana Beatriz Alves da Costa2
Lorena Monteiro Freitas Soares de Jesus3
 RESUMO
O concreto é um dos materiais mais importantes e amplamente utilizados em obras da construção civil. Possui diversas propriedades físicas, químicas e mecânicas, que variam conforme as dosagens utilizadas em sua produção. Quando se trata de grandes volumes de concreto, como o utilizado na produção das bases eólicas, é necessário um estudo para evitar possíveis fissurações decorrentes do seu comportamento térmico, bem como evitar a perda de resistência derivada do endurecimento e, consequentemente não reduzir a durabilidade determinada para estrutura. O presente trabalho tem como objetivo apresentar um estudo de caso em um complexo eólico abordando os processos logísticos que contemplam a concretagem das fundações de parques eólicos. 
Palavras chaves: concreto, parques eólicos, fundações, resistência
ABSTRACT
Concrete is one of the most important and widely used materials in civil construction works. It has several physical, chemical and mechanical properties, which vary according to the dosages used in its production. When dealing with large volumes of concrete, such as that used in the production of wind farms, a study is necessary to avoid possible cracks resulting from its thermal behavior, as well as to avoid the loss of resistance derived from hardening in order not to reduce the durability determined for structure. The work aims to present a case study of the entire logistics and concreting process for wind farm foundations. 
Keywords: concrete, wind farms, foundations, resistance.
1 INTRODUÇÃO 
Com origem na Grécia Antiga, a expressão “eólica” é uma variação de Éolo, que se refere ao deus dos ventos da mitologia grega (ABREU, 2017). Ainda de acordo com o autor, o Ministério de Minas (2016) afirmou o primeiro registro de uso do vento para a produção de energia elétrica foi realizado por James Blyth, no ano de 1887, na Escócia.
Entre 1935 e 1970 após a crise do petróleo, os EUA recebeu do governo americano o incentivo para o desenvolvimento da energia eólica (ABREU, 2017). Na Década de 1990, com o crescimento acelerado no setor de energia gerada através dos ventos, ocorreu o aumento em seu preço e um maior interesse pelas questões ambientais, impulsionando a pesquisa e o desenvolvimento de geração eólica e, posteriormente os investimentos para a geração de eletricidade em escala comercial por meio de turbinas eólicas (SILVA, 2012). De acordo com Alves (2006), a energia dos ventos pode ser explicada, em termos físicos, como a energia cinética formada nas massas de ar em movimento. Seu aproveitamento acontece mediante a conversão da energia cinética, através do giro das pás com o uso de turbinas eólicas, também conhecidas como aerogeradores, para a geração de eletricidade (MOREIRA, 2016).
A opção cada vez mais presente nos novos projetos de geração e expansão é a energia eólica. A Associação Brasileira de Energia Eólica (2017) apresentou uma perspectiva onde a capacidade instalada no Brasil chegaria à marca de 16 GW no primeiro semestre de 2020. De acordo com o boletim anual (ABEÉOLICA, 2019) a evolução da capacidade instalada no Brasil já chegou a 15,44GW, por se tratar de uma fonte renovável e o Brasil possuir uma excelente qualidade em níveis de ventos fortes, sendo mais intenso de junho a dezembro, coincidindo com os meses de menor intensidade de chuvas (SANCHES, 2015). De acordo com Alves (2010), a costa nordestina dispõe de um ambiente operacional favorável por ter uma logística tranquila e áreas planas para seu processo de instalação, estando entre os países com maiores potenciais eólicos do mundo, permitindo que o país seja um ponto estratégico para entrada de novas.
Até maio de 2019, o Brasil obteve um crescimento em consumo de energia elétrica de 3,2% em relação ao ano anterior (EPE, 2019). Programas como o PROINFA (Programa de Incentivo às Fontes Alternativas) têm incentivado o crescimento dos parques eólicos, principalmente no Nordeste. O total de emissões evitadas em 2019 foi de 22,85 milhões de toneladas de CO2, equivalente a emissão anual de cerca de 21,7 milhões de automóveis. (ABEEólica, 2019).
De acordo com a Fundação Jardim Nabuco (2019), o Rio Grande do Norte é o estado que mais contribui para o incremento da potência eólica instalada no país. Por possuir privilégios naturais como: estar localizado, popularmente dito, na “esquina do continente”, receber em boa parte do seu território ventos regulares e, portar uma capacidade instalada duas vezes maior do que se necessita, torna-se um ambiente naturalmente vocacionado a esse tipo de atividade. O estado tornou-se um exportador e ganhou destaque nacional nos últimos sete anos, passando a ser considerado o maior produtor de energia eólica, uma fonte renovável (SANTOS, 2016).
GALDINO (2015, p.7) afirma que “o funcionamento de uma turbina eólica envolve vários campos do conhecimento, incluindo meteorologia, aerodinâmica, eletricidade, controle, bem como a engenharia civil, mecânica e estrutural”. Ainda de acordo com o autor, o funcionamento baseia-se na conversão da energia cinética (resultante do movimento de rotação causado pela incidência do vento nas pás do rotor da turbina) em energia elétrica. A construção de um Parque Eólico, de modo geral, necessita de terraplenagem, pavimentação de acessos e construção de fundações, além da construção de linhas de transmissão, subestação e montagem eletromecânica dos aerogeradores (Santos, 2018). Iniciando-se pela definição da área de instalação, análise do potencial eólico do local, devendo também conter um estudo ambiental, social e econômico de tal forma que venha a existir o menor impacto possível à região.
A área a ser construída deve estar devidamente regularizada e com suas respectivas licenças em dia, possibilitando uma fácil aprovação do projeto. É realizado o reforço do subleito já existente, instalação de sistema de drenagem e a correção geométrica de curvas horizontais que tenham raio insuficiente para possibilitar o tráfego de veículos com os equipamentos nas fases de instalação e operação dos parques eólicos, garantindo o fluxo de veículos pesados que servem desde a preparação até a montagem das torres, geradores e seus componentes. As características da pavimentação e curvatura horizontal necessária para a passagem de veículos e equipamentos seguem os requisitos das especificações técnicas do fabricante dos aerogeradores.
Serão as investigações do subsolo realizadas previamente que servirão de insumos para essa decisão e, posteriormente escolhe-se o tipo de fundação. 
Fundação é o elemento estrutural que tem por função transmitir a carga da estrutura ao solo sem provocar ruptura do terreno de fundação ou do próprio elemento de ligação e cujos recalques possam ser satisfatoriamente absorvidos pelo conjunto estrutural (ALAR, 2018).
 As condições do solo no local onde a torre eólica será instalada é o fator principal para determinar o tipo de alicerce que será utilizado, de acordo com a NBR 6122:1996, em função da profundidade da cota de apoio, as fundações classificam-se em rasas ou profundas. Segundo Gomes (2017), os principais modelos de aerogeradores são classificados de acordo com a orientação do seu eixo, sendo denominados de Aerogeradores de Eixo Vertical (AEV) e Aerogeradores de Eixo Horizontal (AEH). Os rotores diferem em seu custo relativo de produção, utilização e na velocidade do vento em que têm sua maior eficiência.
A geração dessa energia pode ocorrer através de três sistemas distintos: sistemas isolados, caracterizados por serem de pequeno porte e geralmente utilizados para abastecer as regiões onde não é possível realizar uma extensão da rede elétrica; Sistemas híbridos:  neste caso, é necessário a utilização de mais de
uma fonte para a geração de energia, como exemplo, os painéis fotovoltaicos; Sistemas integrados à rede:  são aqueles sistemas presentes nos parques eólicos que fazem uso de um grande número de aerogeradores onde toda a energia produzida é entregue diretamente à rede elétrica. (VIVADECORAPRO, 2012, p.4).
O presente trabalho tem como objetivo discutir os principais aspectos técnicos e práticos que envolvem a execução e utilização do concreto nas fundações de torres eólicas onshore (terrestre).
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Concreto
Constituído por cimento, água, agregado miúdo (areia) e agregado graúdo (pedra ou brita), o concreto pode conter também aditivos químicos com a finalidade de melhorar ou modificar suas propriedades básicas (COUTO et al.,2013, p. 2).
Segundo Neto et al. (2011) o concreto utilizado em fundações de parque eólicos é também conhecido como concreto massa por se tratar de grandes volumes de concreto. São necessários estudos prévios para que se mantenha controlada a temperatura no seu interior durante e logo após a execução da concretagem. Ainda de acordo com Neto et al. (2011), vários fatores influenciam a temperatura interna final atingida pelo concreto: tipo do cimento, quantidade de água, temperatura ambiente, temperatura de lançamento do concreto, espessura das camadas de concreto, adensamento, entre outros. Todos esses cuidados especiais são necessários para que a temperatura no interior do concreto seja dissipada antes de atingir valores muito altos, o que poderia causar fissuração interna do concreto e, consequentemente, perda de resistência, comprometendo a estrutura. 
Figura 1 − concreto
Fonte: Blog da Atex (2017).
2.2 propriedades do concreto
O concreto possui diversas características próprias ligadas a temperatura, que devem ser medidas e controladas para não ser um problema para a estrutura, o concreto é considerado fresco até o momento em que tem início a pega do aglomerante e após o fim do processo o material é considerado endurecido (ARAÚJO; RODRIGUES; FREITAS, 2000).
No estado fresco, o concreto possui propriedades de consistência, poder de retenção de água, plasticidade e trabalhabilidade (CAVA, 2018). Enquanto que no estado endurecido, suas propriedades caracterizam-se pela resistência mecânica, durabilidade, impermeabilidade e aparência (PONS, 2014). Entretanto, os requisitos mais importantes de desempenho são a trabalhabilidade do concreto fresco e a resistência do concreto no estado endurecido. A trabalhabilidade determina a facilidade com a qual o concreto fresco pode ser manipulado com perda mínima de homogeneidade. E a resistência, quando atingida e conforme especificação de projeto e ambiente no qual a estrutura ficará exposta, estará relacionada com a durabilidade do concreto (GRUBBA, 2016).
2.3 controle tecnológico do concreto
Em parques eólicos o concreto é produzido por uma usina instalada no próprio parque, por questões de logística, com o objetivo de diminuir o tempo entre o transporte e o lançamento. Essa usina mantém um rigoroso processo de controle tecnológico de materiais para que o concreto consiga atingir as propriedades desejadas. 
2.4 fundações
Segundo a norma ABNT NBR 6122:2010, a fundação deve ser dimensionada de forma que venha a suportar as cargas da superestrutura e transmitir esses carregamentos para o solo, podem ser classificadas em dois grupos: fundação superficial ou profunda.
 Para fundamentar o estudo sobre os aerogeradores, mais particularmente as fundações que os suportam, é de suma importância considerar em seu projeto as condições específicas da área de montagem da turbina eólica, como também as vantagens e desvantagens de cada fundação (RIBEIRO, 2015). 
De acordo com Silva (2014), é a fundação que fará a conexão entre o aerogerador e o solo, sustentando não somente as cargas estáticas (como o peso da própria torre), mas também as dinâmicas (como as rajadas e os sismos), amparando principalmente forças horizontais aplicadas pelo vento, enquanto que em grande parte das infraestruturas em Engenharia Civil é planejada para sustentar cargas verticais. 
Devido a necessidade de suportarem cargas elevadas e transferi-las para o terreno, geralmente as fundações possuem diâmetros de grandes dimensões, podendo atingir valores superiores a 20 metros (FARIA e NORONHA, 2013). Por este motivo, são feitas de materiais altamente resistentes, como aço ou concreto.
Figura 2 – tipos de fundações
Fonte: Site Engenharia Conceitual (2018).
2.4.1 fundação superficial ou rasa
Segundo a norma NBR 6122/2010, a grandeza fundamental para um projeto de fundações diretas é a determinação da tensão admissível se o projeto for feito considerando coeficiente de segurança global ou a determinação da tensão resistente de projeto quando se consideram fatores parciais. Estas tensões devem obedecer simultaneamente aos estados limites últimos (ELU) e de serviço (ELS), para cada elemento de fundação isolado ou para o conjunto.
A NBR 6122 (item 3.1) define as fundações superficiais como os elementos em que a carga é transmitida ao terreno pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, e a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente à fundação é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. O elemento de fundação superficial mais comum é a sapata, que pela área de contato base-solo transmite as cargas verticais e demais ações para o solo, diretamente.
2.4.2 blocos
Elemento de fundação superficial de concreto, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura (BRÍGIDO, 2018)
2.4.3 radier
Elemento de fundação superficial que abrange parte ou todos os pilares de uma edificação, distribuindo os carregamentos (BRÍGIDO, 2018)
2.4.4 sapatas
Elemento da fundação superficial dimensionado de modo que as tensões de tração resultantes resistam através de uma armadura disposta com essa finalidade, sendo produzido com concreto armado. De acordo com a CONSTRUÇAOCIVILPET (2019), as sapatas são utilizadas em solos com condições geotécnicas de resistências significativas, a pouca profundidade do terreno. Além disso, esse tipo de fundação possui comumente grandes dimensões, para suportar a torre em relação à turbina, podendo ter como seção vários formatos, sendo o circular o mais utilizado, devido à distribuição uniforme das forças, independente da direção do vento, o que não se nota em outras geometrias, que possuem sobrecargas nas esquinas. Quando o material na superfície apresentar baixa resistência, se faz necessário transmitir as cargas para as camadas mais profundas.
2.4.3 fundações profundas
Definido na NBR 6122 (item 3.7) como o elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, devendo sua ponta ou base estar assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3,0 m. Neste tipo de fundação incluem-se as estacas e os tubulões.
2.4.4 estacas
Caracteriza-se como o elemento executado com o auxílio de ferramentas ou equipamentos sem que ocorra a descida de operário em qualquer fase da execução (cravação a percussão, prensagem, vibração, ou por escavação, etc.), podendo ser constituído de materiais como madeira, aço, concreto, entre outros (NETO, 2014).
Geralmente utilizadas quando os solos superficiais não resistem a elevadas cargas, quando estão vulneráveis a processos erosivos e, quando existe a possibilidade da realização de uma escavação futura nas proximidades da obra. (ABNT- NBR 6122; 2010).
2.4.5 tubulões
 Elemento cilíndrico de fundação profunda que, pelo menos em sua fase final, ocorre descida de operário para executar o alargamento da base ou realizar a limpeza no fundo da escavação, podendo ser executado a céu aberto ou a ar comprimido (MARANGON, 2018).
2.4.6 imagens representativas das etapas que contemplam a execução de uma fundação eólica.
Figura 3 − escavação do local
Gutierrez, A. Animação
- Parque Eólico Serra do Tombador. Disponível em: <youtube.com/watch?v=0x4hIN8udMQ&t=271s>. Acesso em: 07 dez 2020
Figura 4 − camada de concreto magro
Gutierrez, A. Animação - Parque Eólico Serra do Tombador. Disponível em: <youtube.com/watch?v=0x4hIN8udMQ&t=271s>. Acesso em: 07 dez 2020
Figura 5 – montagem das formas, armaduras e núcleo
Gutierrez, A. Animação - Parque Eólico Serra do Tombador. Disponível em: <youtube.com/watch?v=0x4hIN8udMQ&t=271s>. Acesso em: 07 dez 2020.
Figura 6 – concretagem
Gutierrez, A. Animação - Parque Eólico Serra do Tombador. Disponível em: <youtube.com/watch?v=0x4hIN8udMQ&t=271s>. Acesso em: 07 dez 2020.
3. METODOLOGIA 
Figura 7 – estudo de caso
CONTROLE TECNOLÓGICO DO CONCRETO
FUNDAÇÕES 
DE TORRES EÓLICAS
ESTUDO DE CASO
Fonte: Ana Beatriz
Fonte: Ana Beatriz (2020).
 Realização de um estudo de caso em um complexo eólico em fase de execução (a definir). Apresentando o acompanhamento do controle tecnológico do concreto que será destinado a fundação da estrutura, garantindo sua qualidade, com o objetivo de evitar um tipo de patologia bem comum que são fissuras derivadas do comportamento térmico. Abordar os materiais utilizados, seus respectivos dimensionamentos e dosagens, vantagens e desvantagens das instalações das torres, planejamento e detalhamento da escolha e execução de suas bases, viabilidades econômicas, quais procedimentos são realizados previamente, no ato e, logo após a concretagem da fundação de um parque eólico, detalhamento do processo de montagem e suas devidas manutenções.