Economic viability of ultra high-performance fiber reinforced concrete in prestressed concrete wind towers to support a 5 MW turbine

Abstract

Abstract The Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete is a material with remarkable mechanical properties and durability when compared to conventional and high performance concrete, which allows its use even without the reinforcement. This paper proposes the design of prestressed towers for a 5 MW turbine, through regulatory provisions and the limit states method, with UHPFRC and the concrete class C50, comparing the differences obtained in the design by parametric analysis, giving the advantages and disadvantages of using this new type of concrete. Important considerations, simplifications and notes are made to the calculation process, as well as in obtaining the prestressing and passive longitudinal and passive transverse reinforcement, highlighting the shear strength of annular sections comparing a model proposed here with recent experimental results present in the literature, which was obtained good agreement. In the end, it is estimated a first value within the constraints here made to ensure the economic viability of the use of UHPFRC in a 100 m prestressed wind tower with a 5 MW turbine.Resumo O Concreto de Ultra-Alto Desempenho Reforçado com Fibras (CUADRF) é um material com notáveis características mecânicas e de durabilidade ao comparar-se com concretos convencionais e até de alto desempenho, o que permite seu emprego mesmo sem a utilização de armadura. O presente artigo propõe o dimensionamento de torres protendidas destinadas à sustentação de turbinas de 5 MW, através de disposições normativas e do método dos estados limites, com o emprego de CUADRF e a classe de concreto C50, comparando-se as diferenças obtidas no dimensionamento por meio de análise paramétrica, atribuindo vantagens e desvantagens no uso deste novo tipo de concreto. Importantes considerações, simplificações e apontamentos são feitos para o processo de cálculo, assim como na obtenção das armaduras ativa e passiva longitudinal e passiva transversal, colocando em evidência a resistência ao esforço cortante das seções anulares ao comparar um modelo aqui proposto com recentes resultados experimentais presentes na literatura, dos quais se obtém boa concordância. Ao final, estima-se um primeiro valor dentro das restrições aqui feitas para que se assegure a viabilidade econômica no uso do CUADRF em uma torre eólica protendida com 100 m de altura e turbina de 5 MW.