ES1293394U - Sistema de cimentacion laminar de hormigon para torres eolicas - Google Patents

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Abstract

Sistema de cimentación para torres que comprende: una losa inferior (1), de geometría circular dispuesta horizontalmente, una lámina superior (2) de geometría troncocónica y un fuste cilíndrico hueco (3).

Description

DESCRIPCIÓN
SISTEMA DE CIMENTACIÓN LAMINAR DE HORMIGÓN PARA TORRES EÓLICAS
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención hace referencia a un sistema de cimentación para torre, como pueden ser las eólicas, así como a su procedimiento de construcción.
La aplicación de la invención se centra en el sector de la construcción y en el de la generación de energía, en particular el de la energía eólica, donde es posible emplear torres de hormigón, de celosía, hibridas o metálicas para aerogeneradores on-shore.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad las cimentaciones de torres on shore se basan principalmente en dos mecanismos; por un lado, tenemos las cimentaciones superficiales que se dimensionan teniendo en cuenta la tensión admisible del terreno y, por otro lado, tenemos las cimentaciones profundas.
En ambos casos, dichas tipologías de cimentación se podrían describir como cimentaciones de gravedad, ya que el equilibrio del sistema de cimentación depende en gran medida del peso propio de la cimentación y el relleno, aunque en el caso de las cimentaciones profundas hay más mecanismos implicados en dicho equilibrio (capacidad lateral del terreno, fricción, etc.).
La problemática de estas soluciones por gravedad es que requieren grandes volúmenes de hormigón y de acero.
Recientemente se han propuesto soluciones que reducen el volumen de hormigón mediante el empleo de losas armadas rigidizadas mediante elementos radiales, tal y como se recoge en las patentes WO2010/138978, US2011/0061321, ES2361358, y US9534405B1. Dichas soluciones consisten en sustituir hormigón de la losa por nervios, más eficientes estructuralmente, y conseguir más peso de relleno.
También existen soluciones que emplean elementos tipo puntal (o jabalcón) para rigidizar la losa inferior tal y como se hace referencia en las patentes: WO2015185770A1, ES2548297B9, ES2369304 y EP2444663
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El principal objetivo de la presente invención es el de reducir los costes asociados a la construcción de cimentaciones mediante el empleo de una solución estructural más eficiente que reduzca el volumen de hormigón y de acero necesarios, sustituyendo el peso de dichos elementos estructurales por más volumen de relleno para asegurar el correcto comportamiento estructural de la cimentación
El procedimiento constructivo de esta cimentación también es objeto de la presente invención con el objetivo de garantizar que su proceso constructivo sea lo más eficiente y rápido posible.
El sistema de cimentación propuesto consiste en una cimentación laminar de hormigón armado, parcialmente pretensado, compuesta al menos por tres elementos principales: una losa inferior, de geometría circular o poliédrica dispuesta horizontalmente; una lámina superior de geometría troncocónica y un fuste cilíndrico o poligonal central hueco. En algunos casos se puede considerar eliminar el fuste central.
La cimentación es válida para torres metálicas, en celosía, de hormigón, de madera, hibridas o de cualquier otro método conocido en el estado de la técnica.
Todos los elementos de la cimentación pueden estar compuestos por elementos prefabricados o bien ser ejecutados in-situ o bien ser una combinación de ambas alternativas.
En caso de que el cilindro central de la cimentación esté libre de material de relleno puede disponerse un acceso al mismo mediante una pequeña bóveda que atraviesa tanto la lámina superior como el cilindro central.
La unión de los tres elementos estructurales se puede realizar por los diversos métodos empleados habitualmente en hormigón armado o pretensado, es decir, mediante esperas, conectadores, tendones, cables o pernos pretensados.
Preferiblemente en el caso de emplear jaula de pernos, ésta atravesará los tres elementos principales del sistema de cimentación, es decir, la losa inferior, la lámina superior troncocónica y el fuste cilíndrico central. Dicha conexión servirá igualmente para realizar la conexión entre la torre y la cimentación mediante el empleo de grouts, resinas o cualquier otro medio conocido en el estado de la técnica.
El volumen definido entre la losa inferior y la lámina se rellena parcial o totalmente con material de relleno de aportación (granular o de cualquier otro tipo) o procedente de la excavación de la cimentación, encontrándose la misma parcialmente enterrada en el terreno; de igual manera se dispondrá material de relleno sobre la losa inferior y sobra la lámina superior, con el objeto de aumentar el peso equilibrante sobre la cimentación.
En el caso de que sea necesario, para reducir los esfuerzos puntuales sobre la losa inferior y sobre la lámina superior, se podrán ensanchar los extremos del fuste cilíndrico y de la zona de unión entre lamina y losa con el objeto de mejorar la transmisión de esfuerzos. También se contempla el uso de vigas perimetrales o radiales a modo de nervios tanto en la losa inferior, el fuste cilíndrico central o en la lámina superior con el objeto de rigidizar partes de las mismos. De igual manera los elementos que componen el sistema de cimentación podrán tener espesores variables, constantes o una combinación de ambos de acuerdo al estado de la técnica.
Como se ha indicado, los elementos de la cimentación estarán compuestos preferiblemente por hormigón, ya sea simplemente armado o pretensado si bien podrían también ser de cualquier otro material tal como, geo-polímero, madera, acero o estructura mixta.
El sistema de cimentación podrá ser empleado como cimentación superficial o bien, junto con el uso de otros elementos que mejoren la capacidad portante del terreno (tales como pilotes, micropilotes, anclajes al terreno, inclusiones rígidas, columnas de grava, jet-grouting o cualquier otro elemento) como cimentación profunda.
Como ya se ha indicado, el procedimiento constructivo de esta cimentación también es objeto de la presente invención con el objetivo de garantizar que su proceso constructivo sea los más eficiente y rápido posible. El proceso constructivo consta de los siguientes pasos (se han obviado en este proceso los pasos necesarios para la construcción de elementos que mejoren las características del terreno que se realizan en la mayor parte de los casos de forma previa a la cimentación en sí).
En primer lugar, se realizará la excavación y preparación del terreno para la ejecución de la cimentación.
Posteriormente, se procederá con la ejecución, si procede, del hormigón de limpieza.
Colocación, en caso de que sea necesaria, de la jaula de pernos, o elementos de unión a la torre.
Disposición de la armadura de la losa inferior y si procede elementos de pretensado, ya sea mediante elementos preensamblados o barras sueltas, colocación de encofrados y hormigonado de la misma, o disposición de los elementos prefabricados en el caso de emplear los mismos.
Construcción del fuste central, o disposición de los elementos prefabricados del fuste central en su caso.
Relleno con material de aportación o en su caso procedente de la excavación entre la losa inferior y la lámina superior.
Disposición de la armadura de la lámina superior y si procede elementos de pretensado, ya sea mediante elementos preensamblados o barras sueltas, colocación de encofrados y hormigonado de la misma, o disposición de los elementos prefabricados en el caso de emplear los mismos.
Relleno de tierra sobre la cimentación hasta la cota final de la misma.
Se procederá a ejecutar el grout si procede y la conexión con la torre.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra el esquema más básico de la cimentación laminar con sus elementos (1-Losa inferior, 2- Lámina superior, 3-Fuste central, 4-Relleno interior, 5-Unión con la torre, 6- torre).
Figura 2.- Muestra una sección isométrica del sistema de cimentación con sus elementos.
Figura 3.- Muestra una sección isométrica del sistema de cimentación con sus elementos y la ubicación de la jaula de pernos.
Figura 4.- Muestra una sección isométrica del sistema de cimentación con sus elementos y la posible ubicación y diseño de nervaturas.
Figura 5.- Muestra una sección isométrica del sistema de cimentación realizada con elementos prefabricados.
Figura 6.- Muestra una sección isométrica del sistema de cimentación realizada con espesores variables.
Figura 7.- Muestra una sección isométrica del sistema de cimentación sin fuste central
Figura 8.- Muestra esquema del proceso constructivo.
Figura 9.- Muestra el relleno de tierras de la cimentación.
Figura 10.- Muestra una vista isométrica de la cimentación con un acceso al interior de la misma.
Figura 11.- Muestra tres vistas isométricas de distintas variaciones de láminas internas al cuerpo de la cimentación.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La Figura 1 muestra el sistema de cimentación compuesto por tres elementos principales, una losa inferior (1), de geometría circular o poliédrica dispuesta horizontalmente, una lámina superior (2) de geometría troncocónica y un fuste cilíndrico (3) o poligonal central hueco. En algunos casos se puede considerar eliminar el fuste central tal y como se muestra en la Figura 7.
El espacio entre la losa inferior (1) y la lámina superior (2) estará relleno de material (granular o de otro tipo) de aportación o material de la excavación; dicho relleno podrá ser parcial si así es requerido. La cimentación estará parcial o totalmente enterrada.
El fuste central se encuentra situado bajo la base de la torre (6) en el caso de que sea una torre tubular bien de acero o de hormigón, y puede tener geometría poligonal (Figura 5) (3.1) o puede ser macizo (Figura 6) (3.2).
En el caso de usarse una conexión mediante jaula de pernos (5) (Figura 3), esta puede ser pasante a toda la cimentación, sirviendo a su vez de unión entre los elementos de la cimentación (1,2, 3).
La losa inferior (1) puede tener geometría circular o poliédrica (1.2) puede ser de canto constante o variable (Figura 6).
La lámina superior (2) puede tener geometría circular o poliédrica (3.1) puede ser de canto constante o variable (Figura 6).
De igual manera tanto la losa inferior cómo la lámina superior o el fuste pueden tener nervios (Figura 4), tanto radiales como circunferenciales, y estar simplemente armados o pretensados.
Cualquiera de los elementos de la cimentación puede estar prefabricados, con su consecuente industrialización, o ejecutados in-situ.
En la Figura 8 se muestra un procedimiento constructivo simplificado de la cimentación si bien este no es único, y los pasos de construcción pueden alterar su orden, dicho pasos consisten en lo siguiente.
En primer lugar, se realizará la excavación y preparación del terreno para la ejecución de la cimentación, así como la ejecución si procede del hormigón de limpieza.
Colocación, en caso de que sea necesaria, de la jaula de pernos, o elementos de unión a la torre. Disposición de la armadura de la losa inferior y si procede elementos de pretensado, ya sea mediante elementos preensamblados o barras sueltas, colocación de encofrados y hormigonado de la misma, o disposición de los elementos prefabricados en el caso de emplear los mismos.
Construcción del fuste central, o disposición de los elementos prefabricados del fuste central en su caso.
Relleno con material (granular o de otro tipo) de aportación, o en su caso material procedente de la excavación, entre la losa inferior y la lámina superior.
Disposición de la armadura de la lámina superior y si procede elementos de pretensado, ya sea mediante elementos preensamblados o barras sueltas, colocación de encofrados y hormigonado de la misma, o disposición de los elementos prefabricados en el caso de emplear los mismos.
Relleno de tierra sobre la cimentación hasta la cota final del mismo.
Se procederá a ejecutar el grout si procede y la conexión con la torre.
La figura 9 se muestra el esquema de la cimentación completada junto con el relleno de la misma completamente enterrada.
En la figura 10 se muestra una opción de ejecución de la cimentación en la que se muestra un acceso al interior del fuste mediante una bóveda que atraviesa la lámina superior hasta el interior del fuste.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de cimentación para torres que comprende: una losa inferior (1), de geometría circular dispuesta horizontalmente, una lámina superior (2) de geometría troncocónica y un fuste cilíndrico hueco (3).
2. Sistema de cimentación para torres de acuerdo a la reivindicación 1 que comprende los elementos descritos en la anterior reivindicación ejecutados mediante elementos prefabricados, unidos entre si mediante pretensado, esperas, pernos, conectadores o cualquier otro método conocido en el estado de la técnica.
3. Sistema de cimentación para torres de acuerdo a las reivindicaciones 1 y 2, realizado con elementos poligonales con un número de lados variable.
4. Sistema de cimentación para torres de acuerdo a las reivindicaciones anteriores, en el que la unión con la torre se realiza mediante jaula de pernos (5), y esta es pasante a toda la cimentación, sirviendo a su vez de unión entre los elementos de la cimentación (1, 2, 3).
5. Sistema de cimentación para torres de acuerdo a las reivindicaciones anteriores en la que los elementos de la cimentación (1, 2, 3) se ejecutan con pretensados radiales y/o circunferenciales.
6. Sistema de cimentación para torres de acuerdo a las reivindicaciones anteriores en la que los elementos de la cimentación (1, 2, 3) están parcialmente enterrados de manera que sobresalen por encima del terreno natural que rodea la cimentación.
7. Sistema de cimentación para torres de acuerdo a las reivindicaciones anteriores en los que el fuste de la cimentación es macizo (3.2).
8. Sistema de cimentación para torres de acuerdo a las reivindicaciones anteriores en la que los elementos de la cimentación (1.4, 2.2) tienen espesor variable.
9. Sistema de cimentación para torres de acuerdo a las reivindicaciones anteriores en la que los elementos de la cimentación (1,2) tienen nervios radiales y/o circunferenciales (1.1).
10. Sistema de cimentación para torres de acuerdo a las reivindicaciones anteriores en el que se elimina el fuste central (2) quedando únicamente la lámina superior (2.3) y la losa inferior (1.5).
11. Sistema de cimentación para torres de acuerdo a las reivindicaciones anteriores en los que existe un acceso al interior del fuste mediante una bóveda que atraviesa la lámina superior hasta el interior del fuste (2.5).
12. Sistema de cimentación para torres de acuerdo a las reivindicaciones anteriores en los que hay más de una lámina superior, dispuesta de forma paralela, en ángulo o perpendicular a la lámina superior (2.6, 2.7, 2.8).
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