Análisis geotécnico de una cimentación para turbina de energía eólica

Nr. 10 - Junio 09

ANÁLISIS GEOTÉCNICO DE UNA CIMENTACIÓN PARA TURBINA DE ENERGÍA EÓLICA
M. Saucedo, J. Torrico, P. Peralta RESUMEN
El presente boletín ilustra el cálculo geotécnico de una cimentación poco profunda para una turbina de energía eólica con una potencia de 2.0 MW y altura de rotor de 80 m, cimentada sobre terreno firme (Onshore). El suelo de fundación está conformado por arenassemidensas hasta una profundidad de 20 metros y el nivel freático se encuentra muy cerca a la superficie. Las condiciones de carga y demás detalles de diseño, fueron proporcionados por el Instituto de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones (IGBE) de la Universidad Leibniz de Hannover, Alemania [1], una de las universidades que liderizan la investigación de energía eólica en ese pais. Eldiseño y las verificaciones requeridas para la cimentación, se realizó con el uso combinado de los programas GGU-FOOTING y GGU-SLAB.

CONTENIDO 1. Introducción 2. Dimensiones y cargas típicas de la cimentación 3. Subsuelo 4. Datos de cálculo 5. Verificaciones de seguridad 6. Diseño de la cimentación 7. Conclusiones

1. Introducción
En la última década, paises pioneros como Dinamarca y Alemaniahan invertido de manera creciente en la investigación de energías renovables. En la actualidad existen en Alemania más de 20.000 turbinas de energía eólica construidas, también conocidas como aerogeneradores, capaces de generar un total de 24.000 Megawatt. Aunque esta energía aún no satisface ni el 10% de las necesidades energéticas de este pais, cualquier visitante puede advertir el cambio en elpaisaje, que lentamente se ha llenado de aerogeneradores en todas las llanuras disponibles. Actualmente existen proyectos para la construcción de parques de viento inmensos en toda Europa y EEUU, tanto en tierra (Onshore) como en el mar (Offshore). Latinoamerica tampoco se ha quedado indiferente a esta nueva teconología y algunos paises ya cuentan con sus propios parques eólicos o con planes paraconstruirlos. Las estructuras de cimentación para las turbinas masivas, son una parte esencial para la planificación de dichos parques. Usualmente pueden utilizarse cimentaciones circulares poco profundas en lugares con suficiente capacidad portante del suelo. De otra manera, cuando se cuenta con suelos de escasa capacidad portante (por ejemplo suelos arcillosos), las cimentaciones poco profundasen combinación con pilotes se constituyen en una alternativa. En la Figura 1 se puede apreciar un aerogenerador típico fundado en terreno firme.
Figura 1. Aerogenerador Onshore

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Para el proceso de análisis de una cimentación para aerogeneradores, deben realizarse las siguientesverificaciones de diseño:       Seguridad al vuelco Seguridad al deslizamiento Seguridad al levantamiento Seguridad a la falla por capacidad portante del suelo Seguridad a la inclinación y rotación Verificación de estabilidad para estructuras esbeltas o flexibles.

2. Dimensiones y cargas típicas de la cimentación
La cimentación de concreto masivo reforzado tiene forma de anillo circular con undiámetro exterior de 16.40 metros. La base de la cimentación se encuentra a una profundidad de 3.20 m. En la siguiente figura se muestran las dimensiones de la cimentación tipo anillo para la turbina de energía eólica en consideración.

Figura 2. Dimensiones de la cimentación tipo anillo para la turbina de energía eólica

La siguiente tabla presenta las cargas características provenientes deldiseño estructural, actuando en la parte superior de la cimentación. Las cargas obtenidas consideran efectos dinámicos y de cargas cíclicas, por lo que el cálculo posterior será totalmente estático. Carga horizontal Momento Peso propio estructura Peso propio cimentación
Tabla 1.

H [kN] M [kN·m] V [kN] G [kN]

928 57647 9768 15071

Solicitaciones en la cimentación

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