BR102016023743B1

BR102016023743B1 - Torre de concreto estrutural e método de montagem

Info

Publication number: BR102016023743B1
Application number: BR102016023743-2A
Authority: BR
Inventors: Cristiano Ferreira De Sá; Marcos Onishi; Daniel Massashi Kako; Péricles Brasiliense Fusco
Original assignee: Protende Sistemas E Métodos De Construções Ltda
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2022-11-29
Also published as: AR109928A1; CN107916816A; BR102016023743A2; PE20180768A1; CL2017002524A1; CO2017005837A1; WO2018068117A1

Abstract

TORRE DE CONCRETO ESTRUTURAL E MÉTODO DE MONTAGEM, dita torre sendo constituída pela sobreposição de um primeiro (21) e um segundo (22) segmentos-de-torre, cada segmento-de-torre sendo formado pelo empilhamento de uma pluralidade de elementos tubulares (40) solidarizados por meios de protensão longitudinal e compreendendo pelo menos um trecho cilíndrico (21a, 21b, 22a, 22b, 22c) e pelo menos um trecho tronco cônico (21c, 22d, 22e). O método de montagem da torre compreende duas etapas, a primeira consistindo na construção dos dois segmentos de torre e a segunda no içamento do segmento-de-torre interno (22), que é suportado pelo segmento-de-torre externo (21), seguido de sua solidarização a este mediante um nó duplo de comportamento reverso (24), intercalando-se entre ditas primeira e segunda etapas a operação de montagem da nacele (61) e outros componentes relacionados com a geração de energia elétrica. Durante o içamento do segmento-de-torre interno (22) este é estabilizado por meio de roletes (56) associados a estruturas metálicas estabilizadoras (55) temporariamente afixadas à base de dito segmento-de-torre interno, agindo complementarmente a roletes (57) instalados no topo do segmento-de-torre externo (21).

Description

Campo de Aplicação

[001] Refere-se a presente invenção aos sistemas de geração eólica de energia elétrica e, mais particularmente, às torres de sustentação de turbinas movidas pela ação do vento, ditas torres sendo fabricadas em materiais estruturais, preferencialmente o concreto, de acordo com técnicas de construção civil.

Estado da Técnica

[002] A geração eólica de energia elétrica é baseada no emprego de turbinas movidas pela ação do vento, montadas em naceles instaladas no topo de torres, cujas alturas tendem a ser cada vez mais altas. O interesse pelo aumento da altura das torres decorre do fato de que a velocidade do vento aumenta com a sua distância do solo e que a potência gerada pelas turbinas eólicas varia com o cubo da velocidade do vento. Assim, as torres atualmente utilizadas têm alturas de 100 metros ou mais, podendo ser construídas com estruturas de concreto, com estruturas metálicas ou estruturas mistas em que as partes mais elevadas são estruturas metálicas.

[003] Um fator que limita a altura das torres é o fato de que as técnicas conhecidas se baseiam na utilização de guindastes de grande porte e com grande capacidade de carga, com alturas superiores à própria altura da torre a ser construída, guindastes esses que inviabilizam economicamente o aumento da altura das torres, principalmente aquelas de concreto.

[004] Uma técnica conhecida para contornar o problema acima mencionado consiste no emprego de estruturas telescópicas, formadas por segmentos de torre, geralmente cilíndricos e de diâmetros progressivamente menores, que são içados sucessivamente através de dispositivos instalados nos próprios segmentos, tais como macacos de tração, macacos hidráulicos, conjuntos de pinhão e cremalheira e outros equivalentes. Dado o fato de que, nas construções sujeitas à ação do vento, os esforços em suas estruturas crescem rapidamente com a altura, o diâmetro dos segmentos-de-torre vai se reduzindo em direção ao topo, passando de cerca de 10 metros na base para cerca de 3 metros no topo.

[005] Os documentos de patente WO 2013/083852 e WO 2013/083853 são representativos da técnica conhecida, a primeira das quais detalha um método conhecido de montagem de torres telescópicas. A Fig.1 do presente pedido, baseada na Fig. 3 da publicação WO 2013/083852, mostra o conjunto de segmentos-de-torre cilíndricos compreendendo o segmento de menor diâmetro 2 que será içado para a posição superior, e os segmentos concêntricos 4, 6 e 8 de diâmetros sucessivamente maiores, que ocupam posições intermediárias na torre montada, sendo o segmento 10 a base da torre, que poderá ter formato cilíndrico ou, como ilustrado na figura, compreendendo uma porção inferior tronco-cônica.

[006] De acordo com a técnica conhecida, descrita no pedido de patente US 2012/0159875, intitulado Telescopic Tower Assembly and Method, os referidos segmentos de torre são formados pela união de setores de cilindros que são montados concentricamente sobre uma base comum. O segmento interno, de menor diâmetro, é o primeiro a ser montado, e, na sequência, são montados os demais segmentos com diâmetros sucessivamente maiores, ficando o conjunto com o aspecto mostrado na já citada Fig. 1, onde os segmentos de torre 2, 4, 6 e 8 ficam sobre uma base comum 15, a qual está associada ao segmento-de-torre externo 10. Apesar dessa figura mostrar dita base em posição elevada, os referidos segmentos-de-torre poderão estar apoiados numa base de concreto moldada no solo.

[007] A Fig. 2 ilustra o aspecto geral de um segmento-de-torre representativo, no caso, aquele referenciado como 4 na Fig. 1, onde se observa que o corpo cilíndrico está provido, na extremidade inferior, de um espessamento que forma um anel saliente 4a. A extremidade superior é provida de outro espessamento 4b formando um anel reentrante. Desse modo, e segundo mostra a Fig. 3, o segmento-de-torre 2 está provido de um anel saliente 2a inferior e um anel reentrante 2b na extremidade superior; o segmento-de-torre 4 está provido de um anel saliente 4a inferior e um anel reentrante 4b superior, e assim por diante, excetuando-se o segmento-de-torre externo 10, que possui apenas o anel superior reentrante 10b.

[008] A montagem da torre compreende o içamento sucessivo dos segmentos de torre, mediante cabos 17-2, 17-4, 17-6 e 17-8 cujas extremidades inferiores estão afixadas aos segmentos de torre 2, 4, 6 e 8. Ditos cabos são tracionados, respectivamente, pelos macacos 14-2, 14-4, etc., apoiados sobre as faces superiores dos anéis reentrantes 4b, 6b, etc. Apesar das figuras mostrarem apenas dois cabos e dois macacos, deve ser entendido que são utilizados uma pluralidade de cabos e respectivos macacos, regularmente distribuídos ao longo da periferia dos referidos anéis.

[009] A Fig. 3 refere-se ao início da operação, onde o segmento- de-torre 2 encontra-se numa altura intermediária, suspenso pelos cabos 17-2 tracionados pelos macacos 14-2. Ao concluir-se esse passo inicial, a face superior do anel reentrante 2a fica em contato a face inferior do anel saliente 4b, segundo ilustra o detalhe da Fig. 4. A junta é então solidarizada por meio dos tirantes 16, de modo a assegurar o comportamento monolítico dos segmentos de torre 2 e 4.

[010] A Fig. 5 mostra um estágio mais adiantado da montagem da torre, em que se encontram solidarizadas as juntas entre o segmento 2 e o segmento 4, bem como aquela entre o segmento 4 e o segmento 6, tendo sido retirados os macacos 14-2 e 14-4. Segundo ilustra a figura e respectivo detalhe, o macaco 14-6 está tracionando o cabo 17 cuja extremidade inferior está afixada à face inferior do anel 6a do segmento 6, o qual está sendo levantado juntamente com os segmentos 2 e 4.

[011] Nessa situação, o conjunto 2-4-6 está pendente dos cabos 17, sendo, portanto, a verticalidade da torre - e, consequentemente, a sua estabilidade - estritamente relacionada com a correta operação dos macacos 14-6. Com efeito, e segundo mostra o detalhe dessa figura, não existe uma vinculação rígida entre o anel 6a e o anel 8b, posto que tal vinculação somente se torna possível quando ditos anéis estiverem em contato. Dado o fato de que, durante o içamento do conjunto 2-4-6 tais anéis estão separados por um vão no entorno dos cabos 17, dito conjunto apresenta um equilíbrio precário que pode ser, ainda, prejudicado pela pressão lateral do vento, simbolizada pelas setas horizontais na Fig. 5.

[012] Ademais, a prática de campo tem demonstrado que nas torres constituídas pelo empilhamento de grande número de segmentos, como é o caso das anterioridades acima referenciadas, a montagem das mesmas demanda um tempo relativamente longo, em função das numerosas operações que devem ser executadas pela equipe de montagem.

[013] O documento de patente WO 2013/083853 se refere ao detalhamento das juntas entre segmentos de torre, tal como aquele ilustrado no detalhe da Fig.4. A Fig. 6a - que reproduz a Fig. 2 do documento WO 2013/083853 - mostra detalhadamente todos os elementos da referida junta, a saber, a parede (1) do segmento de torre portante (inferior) e respectivo anel reentrante (3), a parede (2) do segmento de torre suportado e respectivo anel saliente (4), o tirante (6) que solidariza a junta provendo a compressão mútua entre os referidos anéis na face de contato (5).

[014] A Fig. 6b mostra os principais elementos da junta ilustrada na figura anterior, bem como as principais forças que agem nessa junta, a saber a força vertical Vp transmitida pela parede delgada do segmento de torre superior, correspondente ao peso da porção da torre situada acima da junta (no caso, o segmento 2) e a força vertical Vr correspondente à reação do apoio, que é transmitida pela parede delgada do segmento de torre portante 4. Devido ao fato de os segmentos de torre terem diâmetros diferentes, as referidas forças não são colineares, o que dá origem a um binário de momento com o valor aproximado M = Vp x d, associado às componentes horizontais H.

[015] O referido momento M não pode ser compensado pela estrutura, posto que as paredes delgadas dos segmentos 2 e 4 somente podem transmitir esforços verticais. Resulta, portanto, que as componentes horizontais H agem no sentido de provocar a ruptura das paredes de um ou de ambos os segmentos de torre, como ilustrado na Fig. 6c.

[016] Deve-se notar ainda que, na torre montada e em operação, somam-se às forças-peso Vp, aquelas decorrentes da pressão do vento sobre a estrutura da torre e sobre a turbina de geração de energia eólica, o que aumenta o risco de ruptura catastrófica de uma ou mais juntas da torre.

[017] O documento de patente WO WO2016/119035, intitulado “Torre de materiais estruturais e método de montagem” descreve torres constituídas pela sobreposição de dois ou mais segmentos de torre, onde a integridade da união entre segmentos superpostos contra a ruptura catastrófica acima mencionada é assegurada pelo uso de nós estruturais duplos de comportamento reverso. Esse documento se refere a torres constituídas pelo empilhamento de uma pluralidade de anilhas tubulares formadas, cada uma, pela junção de diversos setores tubulares, solidarizados por meio de protensão.

[018] O referido documento descreve uma primeira modalidade construtiva onde a torre é formada por uma pluralidade de segmentos de torre cilíndricos de diâmetros decrescentes escalonados, que são içados sucessivamente por meio de cabos tracionados por macacos. Assim como ocorre com as torres dos documentos WO 2013/083852 e WO 2013/083853, a operação de montagem dessa torre é complexa e demorada devido ao grande número de operações que devem ser executadas para o içamento de cada um dos segmentos que compõem a torre.

[019] Numa segunda modalidade construtiva descrita nesse documento são empregados apenas dois segmentos de torre, o que simplifica o içamento e a montagem. Todavia, devido à necessidade de redução progressiva do diâmetro em função da altura, os ditos segmentos de torre apresentam-se com formato tronco-cônico, onde o diâmetro vai sendo reduzido de forma gradual e contínua entre a extremidade inferior e a superior de cada um dos dois segmentos de torre. Devido a essa redução gradual, as anilhas tubulares que, empilhadas, formam cada segmento, não podem ser cilíndricas (como ocorre na primeira modalidade construtiva) mas devem ser tronco-cônicas. Disso resulta que tais anilhas são, todas elas, diferentes entre si, o que onera os custos de fabricação dos segmentos pré-fabricados que as compõem, bem como de montagem no canteiro da obra.

Objetivos da Invenção

[020] Em vista do exposto, é um objetivo da invenção o provimento de uma torre cujo tempo de montagem no campo possa ser significativamente reduzido em comparação com aquele demandado pelas torres do estado da técnica.

[021] Constitui outro objetivo o provimento de um método de montagem que elimine as possíveis instabilidades ou desequilíbrios durante o içamento dos segmentos de torre, de modo a reduzir o risco de tombamento no decorrer da montagem.

[022] Constitui ainda outro objetivo, o provimento de meios que evitem o risco de colapso estrutural nas juntas entre segmentos de torre superpostos.

Descrição Resumida de Invenção

[023] Os objetivos acima, bem como outros, são atingidos pela invenção mediante o provimento de uma torre formada pela sobreposição de um primeiro e um segundo segmentos-de-torre, cada segmento-de-torre sendo formado pelo empilhamento de uma pluralidade de elementos tubulares, os quais compreendem anilhas tubulares cilíndricas e elementos tronco-cônicos de transição tubulares, solidarizados por meios de protensão longitudinal e compreendendo pelo menos dois trechos cilíndricos e pelo menos um trecho tronco-cônico.

[024] De acordo com outra característica da invenção, dito primeiro segmento-de-torre compreende um trecho cilíndrico inferior de maior diâmetro e um trecho cilíndrico superior de diâmetro menor do que dito trecho inferior e um trecho tronco- cônico de transição entre ambos.

[025] De acordo com outra característica da invenção, dito trecho cilíndrico inferior está apoiado sobre uma base situada no solo.

[026] De acordo com outra característica da invenção, a extremidade de dito trecho cilíndrico inferior está ancorada na dita base.

[027] De acordo com outra característica da invenção, dito segundo segmento-de-torre compreende um trecho cilíndrico inferior, um trecho cilíndrico intermediário de menor diâmetro que dito trecho cilíndrico inferior e um trecho cilíndrico superior com diâmetro menor do que dito trecho cilíndrico intermediário e dois elementos tronco-cônicos de transição, intermediários entre ditos trechos cilíndricos.

[028] De acordo com outra característica da invenção a extremidade superior do primeiro segmento-de-torre é provida de um primeiro anel espesso complementar a um segundo anel espesso provido na extremidade inferior do segundo segmento-de-torre, ditos primeiro e segundo anéis formando um nó duplo de comportamento reverso que solidariza mutuamente os dois segmentos de torre.

[029] De acordo com outra característica da invenção, são providos meios de absorção das componentes horizontais dos sistemas de forças não colineares presentes na estrutura.

[030] No caso do dito nó duplo de comportamento reverso, ditas componentes horizontais resultam da não colinearidade dos esforços verticais transmitidos pelas paredes delgadas dos segmentos de torre superpostos, uma vez que estes possuem diâmetros diferentes.

[031] No caso dos elementos de transição tronco-cônicos, ditas componentes horizontais resultam do fato dos esforços serem transmitidos ao longo das paredes inclinadas que formam ditos elementos tronco-cônicos de transição.

[032] De acordo com outra característica da invenção, ditos meios de absorção de ditas componentes horizontais compreendem armaduras circulares protendidas.

[033] De acordo com outra característica da invenção, dito segundo segmento-de-torre é provido em sua extremidade superior de um terceiro anel espesso ao qual está fixada a nacele do gerador eólico.

[034] De acordo com outra característica da invenção, o segundo segmento de torre em sua extremidade inferior está provido de uma laje circular 27 em sua base, que juntamente com o anel espesso 26 formam um conjunto análogo a um bloco fundação desse segmento de torre que será solidarizado ao anel espesso da extremidade superior do primeiro segmento de torre formando assim o anel duplo de comportamento reverso da torre.

[035] De acordo com as mencionadas característica, o segundo segmento de torre comporta-se como uma torre independente, fundada solidariamente no topo do primeiro segmento de torre.

[036] De acordo com outra característica da invenção, ditos meios de protensão longitudinal de dito primeiro segmento-de- torre compreendem cabos de protensão ancorados no dito primeiro anel espesso e em meios de ancoragem providos na base da torre.

[037] De acordo com outra característica da invenção, ditos meios de protensão longitudinal do segundo segmento-de-torre compreendem cabos de protensão com a extremidade superior ancorada no dito terceiro anel espesso e a inferior ancorada no dito segundo anel espesso.

[038] De acordo com outra característica da invenção, o método de montagem da torre propriamente dita compreende duas etapas, a primeira consistindo na construção dos segmentos de torre e a segunda no içamento do segmento-de-torre interno e sua solidarização ao segmento-de-torre externo, intercalando-se, entre ditas primeira e segunda etapas, a operação de montagem da nacele e de outros componentes relacionados com a geração de energia elétrica.

[039] De acordo com outra característica da invenção, a primeira etapa do método de construção da torre compreende a montagem de um primeiro segmento-de-torre externo e de um segundo segmento- de-torre interno, concêntrico a dito primeiro segmento-de-torre, cada segmento-de-torre sendo construído separadamente mediante a sobreposição sucessiva e alternada de uma pluralidade de elementos tubulares e posterior solidarização ds mesmos por protensão longitudinal.

[040] De acordo com outra característica da invenção, dita primeira etapa do método de construção compreende os seguintes passos: • Implantar sobre o solo uma base de montagem em concreto com diâmetro maior do que aquele do segmento de torre inferior; • Apoiar sobre o centro da base uma primeira estrutura metálica estabilizadora, cuja altura é, preferencialmente, maior do que aquela dos elementos tubulares que formam os segmentos-de-torre; • Sobrepor à dita base a anilha tubular inferior do segundo segmento-de-torre, previamente montada no canteiro, pela união de segmentos cilíndricos pré- fabricados; • Sobrepor à dita estrutura metálica estabilizadora a anilha tubular inferior do segundo segmento-de-torre, previamente montada no canteiro, pela união de segmentos cilíndricos pré-fabricados; • Sobrepor à anilha tubular inferior do segmento-de- torre externo a anilha tubular imediatamente acima desta; • Sobrepor à anilha tubular inferior do segmento-de- torre interno a anilha tubular imediatamente acima desta; • Continuar a sobreposição dos elementos tubulares que formam os ditos segmentos-de-torre, de forma alternada entre o externo e o interno, mantendo sempre o topo do segmento-de-torre interno acima do topo do externo; • Executar juntas secas entre os elementos tubulares, sendo os eventuais desníveis de até 5 mm, corrigidos por uma camada de argamassa de cimento; • Após o término do empilhamento de todos os elementos tubulares, efetuar a solidarização dos mesmos mediante protensão de cabos dispostos longitudinalmente no interior de cada segmento-de-torre; a solidarização dos elementos tubulares que constituem o segmento-de- torre interno é provida por um cabo ancorado nas extremidades superior e inferior desse segmento-de- torre; a solidarização dos elementos tubulares que constituem o segmento-de-torre externo é provida por um cabo ancorado na extremidade superior desse segmento-de-torre externo e na dita base de montagem.

[041] De acordo com outra característica da invenção, após a referida protensão, a nacele é afixada ao anel espesso provido no topo do segmento-de-torre interno.

[042] De acordo com outra característica da invenção, dita segunda etapa do método de construção compreende os seguintes passos: • Justapor equipamentos de tração (macacos) à dita face inferior do anel espesso da extremidade inferior do segmento-de-torre interno; • Ancorar a extremidade superior dos cabos de içamento no anel espesso provido na extremidade superior do segmento-de-torre externo, passar os cabos de içamento através dos equipamentos de suspensão (macacos) e fixar esses cabos à fundação da torre; • Os cabos de içamento devem ser tensionados a partir do topo do segmento de torre externo a fim de servir de cabo-guia para o içamento sendo capazes de resistir a esforços horizontais, provenientes da rotação do segundo segmento interno; • Acionar os equipamentos de tração (macacos), ao longo dos cabos-guias de içamento, elevando assim o segmento interno de torre juntamente com a estrutura metálica de equilíbrio. • Tracionar ditos cabos por meio de ditos macacos, içando o segmento de torre interno e a estrutura metálica estabilizadora afixada a dito anel espesso; • Alongar as hastes telescópicas que se estendem a partir de dita estrutura metálica estabilizadora até estabelecer o contato de roletes providos nas suas extremidades com a parede interna do dito segmento-de- torre externo, de modo a manter centralizado o segmento-de-torre interno durante seu deslocamento para cima; • Após o içamento parcial de dito segmento-de-torre, afixar à base de dita estrutura metálica estabilizadora uma segunda estrutura, alongando as respetivas hastes telescópicas estabelecendo o contato dos respectivos roletes com a parede interna do segmento-de-torre externo; • Prosseguir com o içamento até o término do percurso ascendente do segmento-de-torre interno quando o segundo anel espesso na sua extremidade inferior encaixa complementarmente no primeiro anel espesso da extremidade superior do segmento-de-torre externo; • Efetuar a consolidação do nó duplo de comportamento reverso formado pelos ditos anéis espessos.

[043] De acordo com outra característica da invenção, são providos meios de chumbamento da extremidade inferior do segmento-de-torre externo na dita base de montagem, a qual está ainda provida de meios de ancoragem dos cabos de protensão de dito segmento-de-torre bem como de meios de ancoragem das extremidades inferiores dos cabos de içamento.

Descrição das Figuras

[044] As demais características e vantagens da invenção tornar- se-ão mais evidentes mediante a descrição de uma concretização preferida e da figuras que a ela se referem, nas quais:

[045] As Figs. 1 a 6 se referem a uma torre conhecida do estado da técnica.

[046] A Fig. 7 é uma vista geral em elevação da torre objeto da invenção.

[047] A Fig. 8 detalha o nó duplo de comportamento reverso provido na junção entre os segmentos-de-torre externo (inferior) e interno (superior).

[048] A Fig. 9 exemplifica uma das anilhas tubulares cilíndricas que formam os segmentos-de-torre interno e externo, sendo o detalhe da junção entre duas anilhas tubulares superpostas ilustrado na Fig. 9a.

[049] A Fig. 10 ilustra as posições relativas do anel espesso na base do segmento-de-torre interno e da respectiva laje, da primeira estrutura metálica estabilizadora e dos macacos, antes do início do passo de içamento do dito segmento-de-torre.

[050] A Fig. 11 ilustra uma situação intermediária durante o içamento do segmento-de-torre interno.

[051] A Fig. 12 é um detalhe construtivo do elemento tronco- cônico de transição.

[052] A Fig. 13 ilustra o detalhe do anel espesso situado no topo do segmento-de-torre interno superior.

Descrição Detalhada

[053] Os métodos de construção das torres de sistemas de geração eólica de energia elétrica, tanto as de aço como as de concreto estrutural, compreendem sempre as mesmas seguintes etapas: construção de segmentos-de-torre ao nível da base, içamento desses segmentos colocando-os em posições sobrepostas, e solidarização da união desses segmentos em suas posições finais.

[054] Como as torres eólicas estão usualmente localizadas em sítios isolados, as torres de concreto são construídas com partes de concreto protendido, pré-fabricadas em instalações industriais existentes na região de realização da obra, não existindo viabilidade econômica na construção de torres de concreto moldadas no local da obra. Essas partes pré-fabricadas são transportadas para a obra por meio de transporte rodoviário em virtude das particularidades desse tipo de construção. As dimensões das peças pré-fabricadas são limitadas pelas dimensões dos veículos rodoviários de transporte. Em princípio, no transporte rodoviário, sem batedores, a maior largura permitida para o veículo de transporte é de aproximadamente 3 metros.

[055] Segundo exemplificado na Fig. 9, no local de construção da torre, as peças pré-fabricadas 41, em formato de setores de cilindro, são reunidas em anilhas tubulares cilíndricas 40 ou elementos tronco-cônicos de transição (não ilustrados nessa figura), com alturas da ordem de 3 metros e com diâmetros variando da ordem de um décimo da altura da torre até cerca de 3 a 4 metros, dimensão esta correspondendo ao topo da torre.

[056] A Fig. 9A mostra detalhe da junta horizontal das emendas entre as aduelas cilíndricas superpostas, identificando os seguintes detalhes: • Barra vertical 45 no furo 46 e grauteada com nata de cimento após protensão vertical. • Tela 46a nas faces de contato superior e inferior para evitar o seu fendilhamento.

[057] No canteiro de obra, a união dos segmentos longitudinais pré-fabricados para a formação das anilhas tubulares é feita em posição vertical, respeitando-se uma folga padronizada entre as faces verticais dos segmentos de cilindro pré-fabricados adjacentes 41.

[058] A Fig. 9 mostra a seção transversal e a seção longitudinal das anilhas tubulares de torre, identificando os seguintes detalhes: • peças pré-fabricadas (setor de cilindro) de concreto armado 41 que formam uma anilha tubular • folga 42 entre as faces verticais dos setores de cilindro adjacentes; • enlaçamento com sobreposição das extremidades salientes 43 das armaduras horizontais dos setores de cilindro adjacentes; • furos verticais nos dois topos de cada anilha tubular de torre para a colocação de barras de aço 45 com a função de guia durante a operação de sobreposição das anilhas tubulares de torre para a montagem da mesma; • barras de aço verticais 44 colocadas no entrelaçamento das armaduras horizontais dos setores de cilindro adjacentes; • orifício 46 na face externa da anilha tubular, ligado ao dito furo vertical, para grauteamento das barras de guia 45 no fim da operação de sobreposição.

[059] A Fig. 7 é uma vista simplificada da torre da invenção, a qual compreende dois segmentos-de-torre concêntricos distintos e sobrepostos, 21 e 22, sobre a base da torre 23, que deve ser construída previamente.

[060] Para a execução da torre, os dois segmentos concêntricos de torre serão construídos separadamente, sendo um segmento externo 21 e um segmento interno 22, pela sobreposição e solidarização de uma multiplicidade de elementos tubulares em cada segmento de torre.

[061] Durante a montagem dos segmentos de torre, que compreende a colocação alternada dos elementos tubulares do segmento-de- torre interno e do segmento-de-torre externo, o segmento interno será mantido, em cada passo do processo, com seu topo acima do nível do topo do segmento externo.

[062] Para o ajuste dos diâmetros externos do segmento-de-torre interno 22 aos diâmetros internos do segmento-de-torre externo, o segmento-de-torre interno é construído com trechos de diâmetro constante 22a, 22b e 22c, com o emprego de sequências de anilhas tubulares cilíndricas de igual diâmetro, e elementos tubulares tronco-cônicos de transição 22d e 22e.

[063] Segundo mostra a Fig. 7, o segmento-de-torre externo 21 compreende dois trechos cilíndricos de diâmetro constante 21a e 21b, e um elemento tronco-cônico de transição 21c. De acordo com a mesma figura, o segmento-de-torre interno 22 compreende três trechos cilíndricos 22a, 22b, 22c e dois elementos tronco- cônicos de transição 22d, 22e, intercalados entre ditos trechos cilíndricos.

[064] Antes do içamento do segmento de torre interno 22, o conjunto de seus elementos tubulares é solidarizado por protensão de cabos de protensão 31, ancorados no anel espesso 26 de sua extremidade inferior e no anel espesso 59 de sua extremidade superior, sobre o qual se encontra a nacele 61, como ilustrado na Fig. 11.

[065] Para solidarização dos elementos tubulares do segmento-de- torre externo 21, empregam-se os cabos de protensão 58, com suas extremidades superiores ancoradas no anel espesso 25 e as inferiores em blocos de ancoragem 62, incrustadas na base 23, como mostra a Fig. 11.

[066] Após a construção dos dois segmentos-de-torre, o segmento interno será içado por meio de cabos de aço 49 ancorados no anel espesso 25 da extremidade superior do segmento-de-torre externo, com os ditos cabos sendo tracionados por equipamentos de tração (macacos) 52 montados de forma suspensa na face inferior do anel espesso 26 da extremidade inferior do segmento-de-torre interno 22.

[067] Com o içamento completo do segmento de torre interno 22, a face superior do anel espesso 26 da extremidade inferior do segmento-de-torre interno ficará justaposta à face inferior do anel 25 da extremidade superior do segmento-de-torre externo 21, formando ali um nó duplo de comportamento reverso 24, objeto do documento de patente BR 10 2015 002142 9 do mesmo depositante, cujo conteúdo é incorporado ao presente pedido em sua totalidade.

[068] A Figura 8 mostra o arranjo construtivo do nó duplo de comportamento reverso 24 que solidariza os dois segmentos de torre, assinalando os seguintes detalhes: • Furos de passagem 48 dos cabos de içamento 49 (ver Fig. 10) do segmento-de-torre 22; • Cabos de protensão circunferencial 28 nas regiões superior e inferior da parte espessa superior do anel rígido 25, e na parte inferior desse anel rígido, cuja função é absorver a componente horizontal dos esforços que agem neste nó, evitando o seu colapso estrutural.

[069] A Fig. 11 mostra ainda que, para a estabilidade do equilíbrio do segmento interno 22 durante seu içamento, pelo menos uma estrutura metálica estabilizadora 55 é temporariamente afixada à face inferior do conjunto formado pelo anel espesso 26 estruturalmente solidarizado com a laje circular 27, dito conjunto sendo provido na extremidade inferior do segundo segmento-de-torre 22. Dita estrutura 55 é previamente assentada sobre a base 23 antes do início da montagem do segmento-de-torre interno, como mostra em detalhe a Fig. 10.

[070] Ditas estruturas metálicas estabilizadoras estão providas de braços telescópicos extensíveis dotadas de roletes em suas extremidades 56, os quais são pressionados contra a parede interna do segmento-de-torre externo. Segundo mostra a Fig. 11, podem ser providos, na face superior de dito anel 25, os roletes 57 que se apoiam na face externa do segmento-de-torre interno, os quais, agindo complementarmente aos roletes 56, estabilizam dito segmento-de-torre durante seu içamento.

[071] O arranjo construtivo do anel rígido 26 da extremidade inferior do segmento-de-torre 22 encontra-se ilustrado na Fig. 10, onde se observa que a face inferior de dito anel rígido fica solidarizada à estrutura metálica estabilizadora 55. Este anel forma o anel inferior do nó duplo de comportamento reverso 24 que solidariza os dois segmentos de torre, assinalando os seguintes detalhes: • Laje espessa 27 do fundo do segmento de torre interior com furo 54 em seu centro; • Cabos 47 da armadura circunferencial de protensão das regiões superior e inferior do anel rígido 26. • Os cabos de içamento 49, ancorados no bloco de fundação 23 e no anel espesso 25. • Furo de passagem 48 dos cabos 49 de içamento por meio dos equipamentos de força (macacos) 52 suspensos na face inferior do anel 26. • Cabo de protensão 31 desse segmento de torre e respectivo furo de passagem 51.

[072] A Fig. 12 mostra o arranjo construtivo dos elementos tronco-cônicos de transição tubulares 21c entre duas anilhas tubulares cilíndricas com diâmetros diferentes entre si, indicando os cabos de protensão circunferencial 65 na sua região superior, bem como o anel de reforço interno 64, associado aos cabos de protensão circunferencial 65 na região inferior do elemento de transição 21c.

[073] A Fig. 13 mostra detalhes da extremidade superior do segmento-de-torre 22 sendo: • Cabos de protensão circunferencial 66 da laje 67, existente no topo do segmento-de-torre 22, alojados no topo da face externa do anel espesso 59; • Armadura de protensão circunferencial 66 alojada na região inferior do anel espesso 59. Destina-se, juntamente com os citados cabos de protensão, a compensar a componente horizontal das forças originadas pela excentricidade entre o ponto de aplicação da força de protensão e a parede do dito segmento-de-torre 22; • Elemento de ancoragem 68 do cabo de protensão 31 do conjunto de elementos tubulares que compõem o segmento interno 22 de torre; • Furo central circular de grande diâmetro 69 na laje superior 67 do segmento-de-torre 22.

[074] Para completar a descrição da construção da torre, a Fig. 11 apresenta um corte vertical parcial mostrando o bloco da base 23, com a implantação de meios de chumbamento 63 da parede da anilha tubular da base do segmento-de-torre externo, além do arranjo esquemático da montagem para a ancoragem dos cabos de protensão 58 desse segmento de torre. Tal arranjo possibilita atender à necessidade de substituir ditos cabos de protensão após anos de vida útil da torre. Note-se que esses cabos serão protendidos com equipamentos de força colocados sobre o anel espesso 25 no topo do segmento-de-torre externo 21.

[075] Se bem que a invenção tenha sido apresentada mediante a descrição de uma concretização preferida dada a título de exemplo, modificações e variações poderão ser introduzidas por técnicos no assunto, desde que permanecendo dentro do conceito inventivo básico.

[076] Desse modo, a invenção se encontra definida e delimitada pelo conjunto de reivindicações que se segue.

Claims

1. TORRE DE CONCRETO ESTRUTURAL para sustentação de turbinas, movidas pela ação do vento, geradoras de energia elétrica, constituída pela sobreposição de um primeiro (21) e um segundo (22) segmentos-de-torre mutuamente solidarizados por um nó duplo de comportamento reverso (24), ditos segmentos- de-torre compreendendo o empilhamento de uma pluralidade de anilhas tubulares (40) bem como meios de protensão longitudinal (31, 58) do primeiro e segundo segmentos-de- torre, caracterizada pelo fato de cada segmento-de-torre ser formado por pelo menos dois trechos cilíndricos (21a, 21b, 22a, 22b, 22c) de diferentes diâmetros verticalmente superpostos e pelo menos um elemento tronco cônico de transição (21c, 22d, 22e) intercalado entre a extremidade superior de um trecho com maior diâmetro e a extremidade inferior de um trecho com menor diâmetro.

2. TORRE DE CONCRETO ESTRUTURAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de dito segundo segmento-de-torre (22) estar apoiado sobre o dito primeiro segmento-de-torre (21), onde dito primeiro segmento-de-torre compreende um trecho cilíndrico inferior (21b) de maior diâmetro e um trecho cilíndrico superior (21a) de diâmetro menor do que dito trecho inferior e um elemento tronco-cônico de transição (21c) entre ambos os trechos.

3. TORRE DE CONCRETO ESTRUTURAL, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de dito segundo segmento-de-torre (22), situado em posição superior, compreender um trecho cilíndrico inferior (22c), um trecho cilíndrico intermediário (22b) de menor diâmetro que dito trecho cilíndrico inferior e um trecho cilíndrico superior (22a) com diâmetro menor do que dito trecho cilíndrico intermediário e dois elementos tronco-cônicos de transição (22d, 22e) intermediários entre ditos trechos cilíndricos.

4. TORRE DE CONCRETO ESTRUTURAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a extremidade superior do primeiro segmento-de-torre (21) ser provida de um primeiro anel espesso (25) complementar a um segundo anel espesso (26) provido na extremidade inferior do segundo segmento-de-torre (22), ditos primeiro e segundo anéis formando um nó duplo de comportamento reverso (24) que une e solidariza mutuamente os ditos segmentos de torre.

5. TORRE DE CONCRETO ESTRUTURAL, de acordo com as reivindicações 2, 3 ou 4, caracterizada pelo fato de compreender meios de absorção das componentes horizontais decorrentes da não colinearidade dos esforços transmitidos pelas paredes delgadas dos elementos tubulares dos segmentos de torre (21, 22) unidos pelo dito nó duplo de comportamento reverso (24), ditos meios de absorção compreendendo cabos de protensão circunferencial (28).

6. TORRE DE CONCRETO ESTRUTURAL, de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizada pelo fato de compreender meios de absorção das componentes horizontais decorrentes da não colinearidade dos esforços transmitidos pelas paredes inclinadas delgadas de ditos elementos tronco-cônicos de transição (21c, 22d, 22e), ditos meios de absorção compreendendo cabos de protensão circunferencial 65.

7. TORRE DE CONCRETO ESTRUTURAL, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de dito segundo anel espesso (26) provido na extremidade inferior do segundo segmento de torre (22) estar associado a uma laje circular (27) estruturalmente solidária com dito anel espesso.

8. TORRE DE CONCRETO ESTRUTURAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ditos meios de protensão longitudinal de dito primeiro segmento-de-torre (21) compreendem cabos de protensão (58) ancorados no dito primeiro anel espesso (25) e em meios de ancoragem (62) providos na base de fundação da torre (23).

9. TORRE DE CONCRETO ESTRUTURAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ditos meios de protensão longitudinal do segundo segmento-de-torre (22) compreenderem cabos de protensão (31) com a extremidade superior ancorada no dito terceiro anel espesso (59) e a inferior ancorada no dito segundo anel espesso (26).

10. MÉTODO DE MONTAGEM de torre de concreto estrutural, caracterizado pelo fato de compreender duas etapas, a primeira consistindo na construção de dois segmentos de torre e a segunda no içamento do segmento-de-torre interno (22) e sua solidarização ao segmento-de-torre externo (21) por meio do nó duplo de comportamento reverso (24), intercalando-se, entre ditas primeira e segunda etapas da montagem da torre, a operação de montagem da nacele (61) e outros componentes relacionados com a geração de energia elétrica.

11. MÉTODO DE MONTAGEM de torre de concreto estrutural, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a dita primeira etapa compreender a montagem de um primeiro segmento-de-torre externo (21) e de um segundo segmento-de- torre interno (22), concêntrico a dito primeiro segmento-de- torre (21), cada dito segmento-de-torre sendo construído separadamente mediante a sobreposição sucessiva de uma pluralidade de elementos tubulares (40, 21c, 22d, 22e) e posterior solidarização dos mesmos por protensão longitudinal dos respectivos segmentos de torre (21, 22).

12. MÉTODO DE MONTAGEM de torre de concreto estrutural, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de dita primeira etapa do método de construção compreender os seguintes passos: - Implantar sobre o solo uma base de montagem de concreto (23) com diâmetro maior do que aquele do segmento-de- torre inferior (21); - Apoiar sobre o centro de dita base uma primeira estrutura metálica estabilizadora (55); - Sobrepor à dita base (23) a primeira anilha tubular do trecho inferior (21b) do primeiro segmento-de-torre externo (21); - Sobrepor à dita estrutura metálica (55), a primeira anilha tubular do trecho inferior do segundo segmento-de- torre interno (22); - Sobrepor à dita anilha tubular do trecho inferior do segmento-de-torre interno (22) a anilha tubular imediatamente acima desta; - Sobrepor à anilha tubular do trecho inferior do segmento-de-torre externo (21) a anilha tubular imediatamente acima desta; - Continuar a sobreposição dos elementos tubulares que formam os ditos segmentos-de-torre (21, 22), de forma alternada entre o externo e o interno, mantendo sempre o topo do segmento-de-torre interno acima do topo do segmento-de-torre externo; - Corrigir eventuais desníveis entre as bordas em contato de ditos elementos tubulares sobrepostos mediante uma camada de argamassa colante; - Após o término do empilhamento de todos os elementos tubulares de cada segmento-de-torre, efetuar a solidarização destes, mediante a respectiva protensão, por cabos (31, 58) dispostos longitudinalmente no interior de cada segmento-de-torre; a solidarização dos elementos que constituem o segundo segmento-de-torre interno (22) sendo provida por cabos (31) ancorados nas extremidades superior e inferior desse segmento-de-torre; a solidarização dos elementos que constituem o primeiro segmento-de-torre externo (21) sendo provida por cabos ancorados na extremidade superior desse segmento-de-torre externo e na dita base de fundação da torre (23); - Solidarização das barras 45 nos furos 46 dos elementos pré-moldados empilhados (40) com nata de cimento após protensão.

13. MÉTODO DE MONTAGEM de torre de concreto estrutural, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de dita segunda etapa compreender os seguintes passos: - Justapor equipamentos de tração (52) à dita face inferior do anel espesso (26) da extremidade inferior do segundo segmento-de-torre interno; - Ancorar a extremidade superior de cabos de içamento (49) no anel espesso (25) provido na extremidade superior do primeiro segmento-de-torre externo (21), passando-os através dos equipamentos de tração (52) e ancorando a extremidade inferior de ditos cabos à base de fundação (23) formando um cabo guia de içamento capaz de resistir a esforços horizontais decorrentes de movimentos de rotação do segundo segmento-de-torre interno; - Tracionar ditos cabos por meio de ditos equipamentos de tração (52), içando o segundo segmento-de-torre interno (22) juntamente com a estrutura metálica estabilizadora (55) fixada a dito anel espesso (26); - Prover guias metálicas (57) superiores instaladas no anel (25) guiando pela face externa do segundo segmento- de-torre (22); - Alongar as hastes telescópicas providas de roletes (56) que se estendem a partir de dita estrutura metálica estabilizadora (55), estabelecendo o contato de ditos roletes com a parede interna do dito primeiro segmento- de-torre externo (21); - Após o içamento parcial de dito segundo segmento-de- torre (22), fixar à base de dita estrutura metálica estabilizadora (55) uma segunda estrutura metálica estabilizadora, alongando as respectivas hastes telescópicas, estabelecendo o contato dos respectivos roletes com a parede interna do primeiro segmento-de- torre externo (21), até o término do içamento do primeiro segmento-de-torre interno(22); - Prosseguir com o içamento até o término do percurso ascendente do segundo segmento-de-torre interno (22) e efetuar a consolidação do nó duplo de comportamento reverso (24) formado pelo contato mútuo entre o anel espesso (26) provido na extremidade inferior do segmento- de-torre interno (22) e o anel espesso (25) provido na extremidade superior do segmento-de-torre externo (21).