Projeto de Usina Solar Fotovoltaica em Solo: Fundações e Dimensionamento (NBR 6122 e NBR 6123)

Escopo real de um projeto de usina solar fotovoltaica em solo

Um projeto de usina solar fotovoltaica em solo não se resume a posicionar mesas e calcular a quantidade de estacas por string. Trata-se de uma estrutura esbelta, de grande área exposta e baixa massa relativa, submetida a vento, peso próprio, ações de montagem e manutenção, variações térmicas diferenciais e efeitos geotécnicos do terreno onde será implantada.

Essa combinação gera um comportamento estrutural próprio, diferente de galpões e coberturas convencionais. A relação entre área de módulo e massa do conjunto é alta, o que faz da sucção de vento, e não da compressão por peso próprio, a ação crítica em boa parte dos elementos. Definir fundação por tabela padronizada ou por regra de potência instalada (kWp por estaca) é prática tecnicamente inadequada: cada usina tem perfil geotécnico, geometria de mesa e exposição ao vento distintos.

Normas técnicas que regem fundações e estrutura metálica da usina

O projeto estrutural de uma usina FV de solo não é coberto por uma única norma. Ele articula um conjunto de documentos normativos, cada um responsável por uma camada do dimensionamento:

• NBR 6122: investigação geotécnica, escolha do tipo de fundação, capacidade de carga, recalques admissíveis e critérios de execução dos elementos de fundação.
• NBR 6123: velocidade básica e característica do vento, pressão dinâmica, coeficientes de forma, rugosidade e fator topográfico.
• NBR 8800: dimensionamento de perfis laminados ou soldados, barras, ligações parafusadas e soldadas em aço estrutural.
• NBR 14762: perfis formados a frio, aplicável a terças, longarinas e trilhos de suporte dos módulos.
• NBR 8681: combinações de ações e estados-limites, incluindo ações especiais como granizo quando relevante ao local.
• NBR 6118 e NBR 14931: dimensionamento e execução de blocos, sapatas, pedestais e vigas de equilíbrio em concreto armado.
• NBR 6484: execução e interpretação de sondagens SPT, base do relatório geotécnico.
• NBR 11682: estabilidade de encostas, obrigatória em terrenos inclinados, com corte e aterro.

Normas elétricas como a NBR 5410, a NBR 14039 e a série NBR 16690 tratam de aterramento, encaminhamento de cabos e instalações fotovoltaicas, mas não substituem a verificação estrutural das mesas e fundações. É comum ver projetos elétricos completos sem qualquer memorial de vento ou geotecnia associado, o que configura lacuna técnica relevante em auditorias e due diligence de financiamento.

Investigação geotécnica e dados de entrada conforme NBR 6122

A NBR 6122 exige que o tipo de fundação seja definido a partir de investigação geotécnica representativa da área, não de um único furo isolado. Em usinas de grande extensão, com dezenas de hectares, é comum adotar malha de sondagens SPT (NBR 6484) espaçadas conforme a variabilidade identificada em campo, complementadas por ensaios de resistência à penetração (torque) para estacas metálicas cravadas, já que o SPT sozinho nem sempre reproduz com precisão o comportamento de cravação.

O memorial de cálculo deve registrar, no mínimo, os seguintes dados de entrada:

• Localização, coordenadas e cota do empreendimento
• Velocidade básica do vento (V0) conforme mapa de isopletas da NBR 6123
• Categoria de rugosidade do terreno e fator topográfico (S1)
• Perfil geotécnico por sondagem SPT, com NSPT por camada
• Nível d'água, condições de drenagem e risco de erosão superficial
• Dimensões, inclinação e espaçamento entre mesas (table pitch)
• Altura da borda inferior e superior dos módulos em relação ao solo
• Configuração de mesa fixa ou tracker de eixo horizontal
• Classe de agressividade ambiental e vida útil de projeto

Sem esses dados consolidados, qualquer dimensionamento de estaca é, na prática, uma estimativa não verificável. Recalques diferenciais entre fileiras, por exemplo, afetam diretamente o alinhamento dos trackers e podem gerar esforços adicionais não previstos no cálculo original das correntes de acionamento.

Ações de vento conforme a NBR 6123: o fator dominante

A NBR 6123 converte a velocidade básica (V0) em velocidade característica (Vk) por meio dos fatores S1 (topográfico), S2 (rugosidade, dimensões e altura) e S3 (fator estatístico). A pressão dinâmica resultante é aplicada sobre a geometria real das mesas, com coeficientes de pressão e forma específicos para placas inclinadas isoladas ou em fileiras, o que torna inadequado adotar um valor único de pressão por metro quadrado para toda a usina.

O cálculo deve considerar, no mínimo, vento incidente pela frente e por trás das mesas, ângulos oblíquos relevantes, efeitos de borda e canto do campo solar (as fileiras externas recebem carregamento maior que as internas, por efeito de blindagem aerodinâmica), interferência entre fileiras consecutivas e as condições de montagem, quando as mesas ainda não compõem o conjunto final e estão mais vulneráveis a tombamento.

Para trackers, a análise ganha uma camada adicional: o ângulo de stow (posição de segurança) e os limites de rotação definidos pelo fabricante alteram diretamente os coeficientes aerodinâmicos aplicáveis, e rajadas podem induzir efeitos dinâmicos (galloping) em estruturas mais esbeltas, o que justifica avaliação específica de fadiga nos elementos de fixação.

O vento costuma ser a ação dominante em estruturas fotovoltaicas de solo, superando em muitos casos o peso próprio como esforço de dimensionamento das fundações.

— Literatura técnica setorial sobre estruturas FV conforme NBR 6123

Cargas permanentes, ações variáveis e efeitos de temperatura

As cargas permanentes somam módulos, perfis, trilhos, parafusos e grampos, cabos e eletrocalhas, caixas de junção e eventuais equipamentos apoiados diretamente na estrutura, como string boxes. Esse valor costuma ser baixo frente à área exposta ao vento, o que reforça por que a verificação de arrancamento é tão relevante quanto a de compressão.

As ações variáveis incluem carga de trabalhador em operações de manutenção, ferramentas e equipamentos temporários, esforços de montagem e içamento, acumulação eventual de água, sujeira ou granizo (quando aplicável conforme NBR 8681) e impactos localizados durante limpeza dos módulos. Em trackers, há ainda esforços cíclicos decorrentes da própria operação de rastreamento solar, que devem ser considerados em fadiga nos pontos de fixação.

Grandes fileiras contínuas desenvolvem esforços relevantes por dilatação e retração térmica, especialmente quando combinam materiais com coeficientes de dilatação diferentes, como alumínio e aço galvanizado. O projeto deve prever juntas de dilatação ou pontos de deslizamento, furos oblongos com tolerância definida, e compatibilidade entre os coeficientes de dilatação dos elementos em contato, evitando restrições indevidas que gerem tensões parasitas não previstas no modelo estrutural.

Tipos de fundação para mesas fixas e trackers

A escolha entre estaca metálica cravada, hélice contínua, estaca pré-moldada de concreto, bloco ou sapata deve decorrer do relatório geotécnico (NBR 6122), não de padrão comercial replicado de outra usina. Solos com NSPT baixo em superfície e camadas resistentes em profundidade favorecem cravação direta; solos com matacões, rocha rasa ou alta variabilidade lateral costumam inviabilizar cravação pura e exigir perfuração prévia, hélice contínua ou fundação rasa com lastro.

Estacas metálicas cravadas

São a solução mais empregada em usinas de grande porte pela produtividade e baixa movimentação de solo. Exigem verificação específica para compressão, tração e arrancamento (geralmente a condição crítica por sucção de vento), flexão composta pela excentricidade da mesa e cisalhamento na interface estaca-perfil de fixação. O torque de cravação é frequentemente correlacionado à capacidade de carga como controle de qualidade em campo, complementando o relatório de sondagem.

Fundações rasas e blocos de concreto

Aplicáveis onde a cravação é inviável ou o NA é elevado. Dimensionadas conforme NBR 6118 e executadas conforme NBR 14931, com armadura especificada pela NBR 7480. Nesses casos, a estabilidade ao tombamento e ao arrancamento depende do peso próprio do bloco e da resistência passiva do solo, exigindo atenção redobrada ao fator de segurança contra sucção de vento, já que não há a contribuição do atrito lateral típico da estaca cravada.

Checklist de verificação do memorial de cálculo

Antes de liberar o projeto estrutural de uma usina FV em solo para execução, confira se o memorial contempla:

1. Relatório geotécnico com sondagens SPT (NBR 6484) representativas da área e ensaios de torque, quando aplicável
2. Memorial de vento conforme NBR 6123 com V0, S1, S2, S3 e coeficientes aerodinâmicos por geometria de mesa
3. Verificação de tração e arrancamento das fundações, não apenas compressão
4. Combinações de ações conforme NBR 8681, incluindo condição de montagem
5. Dimensionamento dos perfis conforme NBR 8800 ou NBR 14762, conforme o tipo de perfil
6. Verificação de deslocamentos admissíveis dos módulos sob vento e temperatura
7. Detalhamento de juntas de dilatação e furos oblongos nas fileiras longas
8. Análise de estabilidade de encostas (NBR 11682) em terrenos inclinados ou com corte/aterro
9. Compatibilização com o projeto elétrico quanto a cargas de cabos, caixas e eletrocalhas apoiadas na estrutura

Esse roteiro não substitui a análise caso a caso, mas evita o erro mais comum observado em auditoria de usinas já construídas: fundações dimensionadas por regra prática de kWp por estaca, sem lastro em sondagem e sem verificação formal de sucção de vento.