Definición de combinaciones de cargas sísmicas y operacionales en aerogeneradores basada en análisis no lineal multicuerpo

Abstract

Al igual que en el resto del mundo, la industria de la generación eólica ha tenido en Chile un crecimiento explosivo en años recientes. Este desarrollo ha ido por delante de la normativa en términos estructurales y sísmicos de los aerogeneradores, no existiendo a la fecha normativa local que establezca la metodología de combinación de cargas de viento (operacionales) y sísmicas. Se requiere, por tanto, establecer reglas de combinación de cargas sísmicas y operacionales para el diseño estructural de aerogeneradores aplicables al caso de sismos subductivos, considerando especialmente su potencial aplicación en futuros requerimientos normativos en Chile. Dichas reglas se encuentran definidas en la normativa europea y norteamericana, pero no cuentan hasta ahora con suficientes estudios que avalen su aplicabilidad en sismos subductivos como los chilenos. Conforme a lo anterior, la principal hipótesis a validar en este trabajo es que es posible estimar de manera suficientemente conservadora el comportamiento estructural de aerogeneradores frente a solicitaciones simultáneas de viento y sismo mediante combinaciones distintas a la suma algebraica directa, en particular la raíz de suma de cuadrados SRSS o suma reducida al 75% de cada componente, que entregue seguridad al diseño, sin sobreestimación de las cargas y por ende, del costo de la implementación de estos sistemas, considerando las condiciones particulares asociadas a la ocurrencia de sismos subductivos. Se estudió el comportamiento de aerogeneradores de torre metálica de 90, 120 y 150 m de altura, representativos de proyectos reales, mediante la aplicación de la metodología multicuerpo no lineal. A la luz de los resultados obtenidos, se tiene que en el total de los casos estudiados, la suma algebraica directa de cargas de sismo y viento (100% + 100%) calculadas independientemente resultó conservadora. En el caso de las combinaciones sismo y viento 75% + 75% y SRSS, se tiene que los resultados son conservadores para una altura de torre no superior a 100 metros, estimándose que por sobre esa altura no es posible establecer que estas regla de combinación sea segura en todos los escenarios de diseño. A partir de los resultados anteriores, se tiene que la hipótesis principal de esta tesis, correspondiente a la validez de una regla de combinación reducida para cargas de viento y sismo simultánea en aerogeneradores de torre metálica, es aplicable para equipos con altura de nacelle menor a 100 metros, siendo válido combinar dichas solicitaciones mediante regla de 75% o raíz de suma de cuadrados. Para alturas mayores a 100 metros, se tiene que la suma algebraica directa (100% sismo + 100% viento) resulta siempre conservadora, pero sin encontrarse evidencia suficiente para sustentar una combinación menor.