Estudo experimental do desempenho de fundações por estacas hélice contínua trocadoras de calor em solo arenoso saturado

Tese de Doutorado da candidata Juliana Pessin

Intitulada “Estudo experimental do desempenho de fundações por estacas hélice contínua trocadoras de calor em solo arenoso saturado” como parte dos requisitos para obtenção do título de = “Doutor em Ciências, Programa de Pós-Graduação em Geotecnia”.

A Comissão Julgadora deverá reunir-se para a defesa pública da tese no dia 29 de outubro de 2021, às 14:00h no link: meet.google.com/ttc-edzq-tta da EESC/USP, e estará assim constituída:

Membros

Profa. Assoc. Cristina de Hollanda Cavalcanti Tsuha – Orientadora – EESC/USP
Prof. Dr. Orencio Monje Vilar – SGS/EESC/USP (Aposentado)
Prof. Dr. Alberto Hernandez Neto – EP-USP
Prof. Dr. Fernando Saboya Albuquerque Júnior – UENF
Prof. Dr. Daniel Dias – Universidade Grenoble Alpes

Resumo

Uma significante parcela do consumo de energia elétrica em nosso país é utilizada para sistemas de climatização artificial em edificações. Portanto, diante da crise energética nacional e da redução de reservas naturais, o estudo de novas tecnologias de energia limpa para suprir esta demanda para climatização de ambientes é fundamental. A geotermia superficial, baseada no aproveitamento de energia térmica do subsolo, é uma solução bem sucedida em outros países para este fim, porém ainda não divulgada no Brasil. Um modo econômico de aproveitamento deste tipo de energia, já empregado no exterior, seria por meio de fundações por estacas trocadoras de calor. Neste caso, pela circulação de água em tubos de polietileno instalados dentro das fundações, com o auxílio de uma bomba de calor, é realizada a troca de calor entre o ambiente interno de edifícios e o subsolo. Diante deste cenário, esta tese apresenta um estudo experimental, focado em esclarecer aspectos relevantes para o dimensionamento destas fundações trocadoras de calor para as nossas condições de clima, temperatura de subsolo, e demanda para climatização ao longo do ano. Nesta pesquisa de doutorado foram investigados três pontos chaves para contribuir com futuros projetos de geotermia superficial por fundações trocadoras de calor no Brasil. O primeiro foi o efeito da configuração dos tubos de polietileno (instalados na estaca) na eficiência da troca de calor com o solo e na variação de temperatura da estaca, visto que quanto maior for a variação da temperatura maiores serão os efeitos no comportamento da fundação. O segundo aspecto estudado foi o comportamento termomecânico da fundação trocadora de calor, com foco nos efeitos causados na transferência de carga ao longo da estaca e no comportamento carga-recalque. O terceiro foi a influência do fluxo de água subterrânea na troca térmica da estaca com o subsolo. Para uso desta tecnologia no Brasil, onde a demanda predominante é para o resfriamento de edifícios, a contínua rejeição de calor de ambientes no subsolo ao longo do tempo poderá aumentar a sua temperatura, e alterar a eficiência do sistema. Neste caso, maiores velocidades do fluxo de água subterrânea podem contribuir para dissipação de calor no solo e amenizar este problema. Para investigar estes três tópicos foram realizados experimentos em um terreno em São Paulo, com subsolo ao longo das estacas composto predominantemente por areia saturada, e ensaios de modelagem 9 física em escala reduzida em laboratório. As principais conclusões obtidas pelos resultados descritos e analisados neste trabalho são as seguintes: (i) a configuração dos tubos instalados na estaca afeta a eficiência na troca de calor com o subsolo; (ii) o efeito do carregamento térmico não prejudicou o desempenho da fundação por estaca hélice contínua avaliada neste estudo; (iii) a presença do fluxo de agua subterrânea reduz o aquecimento da estaca e do solo em seu entorno durante a rejeição de calor no subsolo, além de contribuir para a recuperação da temperatura inicial do solo quando o sistema é desligado.

Palavras-chave: fundações, geotermia superficial, estacas trocadoras de calor, estaca hélice contínua, areia, ensaios de resposta térmica em estacas, fluxo de água subterrânea, modelagem física.