ES2588481T3 - Estructura de construcción, en particular estructura submarina de una construcción marina y procedimiento para la cimentación de una construcción marina - Google Patents
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Abstract
Estructura de construcción, en particular estructura submarina de una construcción marina, que comprende al menos dos componentes de acero conectados entre sí o al menos parcialmente rodeados uno por el otro, que rodean, al menos parcialmente, por lo menos un volumen relleno con una lechada de cemento endurecible (4), en la que como lechada de cemento (4) está prevista una masa que se fragua hidráulicamente, que experimenta un aumento del volumen después del fraguado, en la que como lechada de cemento está previsto un hormigón, que comprende un aditivo reactivo de silicato alcalino, caracterizada por que el hormigón presenta un contenido alcalino de >= 1 kg/m3 de equivalente de Na2O.
Description
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DESCRIPCION
Estructura de construccion, en particular estructura submarina de una construccion marina y procedimiento para la cimentacion de una construccion marina
La invencion se refiere a una estructura de construccion, en particular a una estructura submarina de una construccion marina, que comprende al menos dos componentes de acero unidos entre sf o al menos parcialmente rodeados uno por el otro, que rodean, al menos parcialmente, por lo menos un volumen relleno con una lechada de cemento endurecible.
La invencion se refiere, ademas, a un procedimiento para la cimentacion de una construccion marina, que comprende una estructura submarina con al menos unas pata de apoyo y/o al menos una grna de pilote en la estructura submarina, en el que el procedimiento comprende la creacion de al menos un pilote de cimentacion en el subsuelo marino y la union de la estructura submarina con el pilote de cimentacion asf como la conexion de la pata de apoyo en el pilote de cimentacion o el rejuntado de un espacio anular entre la grna del pilote y el pilote de cimentacion.
Una estructura submarina de una construccion marina asf como un procedimiento del tipo mencionado al principio se conocen, por ejemplo, a partir de los documentos WO 2011/010937 A1 y EP 0 204 041 A1.
Los cimientos marinos se realizan con frecuencia como cimientos de pilote, de manera que en el fondo del mar se clavan o se chorrean normalmente uno o varios pilotes de cimentacion. Los pilotes estan configurados con frecuencia como pilotes huecos de acero, que se introducen sobre una longitud predeterminada en el subsuelo del mar. Sobre estos pilotes se coloca una estructura submarina o bien estructura de anclaje de la construccion marina, por ejemplo en forma de un cimiento de camisa. El cimiento de camisa recibe posteriormente una pieza de transicion (transition piece) y una construccion erigida sobre la pieza de transicion. Las patas de apoyo de la estructura pueden estar provistas, por ejemplo, con los llamados manguitos de pilotes (piles sleeves) que estan atravesados en la posicion de montaje por los pilotes de cimentacion. De manera alternativa, las patas de apoyo se pueden sumergir en los pilotes de cimentacion. En ambos casos es habitual rejuntar los elementos de construccion en la zona de su penetracion mutua, es decir, unirlos con una lechada de cemento endurecible hidraulicamente. Como lechadas de cemento (grout) encuentran aplicacion hormigones altamente viscosos, que transmiten despues de su endurecimiento fuerzas entre las partes circundantes entre sf de los elementos de construccion.
Especialmente las construcciones marinas estan expuestas a traves de las olas y la accion del viento a cargas dinamicas dclicas, de manera que durante la duracion de vida util de la construccion se introducen tensiones de traccion y de presion en la lechada de cemento. Con el tiempo, el hormigon es sometido a una cierta contraccion, con lo que se reduce el contacto superficial del hormigon con el acero en determinadas circunstancias, de manera que las tensiones de traccion en el hormigon conducen a la formacion de grietas y a una resistencia disminuida del material.
Se conocen esfuerzos para mejorar la ductilidad del hormigon a traves de un relleno con fibras de plastico. Ademas, se conoce mejorar la resistencia a la traccion del material a traves de armadura correspondiente o a traves de rellenos de acero.
A pesar de todo, se ha comprobado que la resistencia de larga duracion de tales uniones fundidas no es satisfactoria, especialmente bajo cargas dinamicas.
Problemas similares se plantean en uniones de brisas, en las que los componentes embridados entre sf, por ejemplo en forma de secciones de tubos de acero estan rellenos con una lechada de cemento, En tales uniones aseguradas con bulones pretensados, un deterioro correspondiente del relleno de hormigon puede conduce a que la tension de traccion se pierda en la zona de las uniones de bulones, de manera que las uniones se pueden aflojar.
Por lo tanto, la invencion tiene el cometido de preparar una estructura de construccion asf como un procedimiento del tipo mencionado al principio, en el que se mejora la resistencia de larga duracion de las uniones fundidas especialmente en el caso de actuacion de cargas dclicas dinamicas.
El cometido se soluciona en primer lugar por medio de una estructura de construccion de acuerdo con la reivindicacion 1.
De esta manera, de acuerdo con la invencion, por una parte, se contrarresta una contraccion en otro caso habitual de la lechada de cemento y, por otra parte, se consigue durante toda la duracion de vida util de la estructura de construccion una tension previa en la zona de la union fundida, que contrarresta una relajacion precoz.
Esto es especialmente conveniente y ventajoso cuando el volumen de dos estructuras de construccion que se compenetran mutuamente se funda con una masa de este tipo que se fragua hidraulicamente, que experimenta un aumento del volumen despues del fraguado.
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De manera mas conveniente, este aumento del volumen se realiza durante un tiempo mas prolongado y en una medida tal que se asegura que no se exceden los lfmites de resistencia de la estructura de construccion.
Una estructura de construccion en el sentido de la presente invencion no tiene que se necesariamente una estructura submarina. Tambien uniones fundidas, que no se encuentran debajo del mar, estan sometidas a modificaciones estructurales, por ejemplo en forma de contracciones en seco. Tambien en tales estructuras de construccion es adecuado y conveniente rellenar los volumenes rodeados con una masa que se fragua hidraulicamente, que experimenta un aumento del volumen despues de su endurecimiento.
La estructura de construccion de acuerdo con la invencion comprende tanto elementos estructurales que estan al menos parcialmente rodeados uno por el otro, por ejemplo, con volumenes en forma de espacio anular como tambien aquellos componentes, que estan conectados entre sf, por ejemplo, en el lado de union con uniones de bridas con bulones.
De acuerdo con la invencion, esta previsto que como lechada de cemento este previsto un hormigon, que comprende un aditivo reactivo de silicato alcalino, De esta manera se genera en el hormigon una reaccion de acido silfcico alcalino entre los alcalis del cemento en el hormigon y los aditivos de hormigon con acido silfcico soluble en alcali. Esta reaccion provoca un impulso o bien un aumento del volumen del hormigon, que se aprovecha en la estructura segun la invencion para generar una tension previa entre los componentes rodeados uno por el otro de la estructura de construccion.
Tal reaccion normalmente no es deseable en piezas de hormigon no rodeadas o bien empotradas y conduce normalmente a la destruccion de la construccion respectiva. La invencio aprovecha el reconocimiento de que un impulso de la lechada de cemento como consecuencia de una reaccion alcalina en lechadas de cemento unidas al menos en una medida predominante por estructuras de construccion es esencialmente inocuo.
En una variante ventajosa de la estructura de construccion de acuerdo con la invencion, esta previsto que el hormigon presente un contenido alcalino entre 1 kg/m3 y 5 kg/m3 de equivalente de Na2O. Segun la invencion, el hormigon posee un contenido alcalino > 1 kg/m3, de manera mas preferida > 3 kg/m3. No debena excederse un valor de 5 kg/m3.
Los contenidos alcalinos de cemento y hormigon se indican normalmente por decirlo asf como equivalente de Na2O. El equivalente de Na2O resulta a partir de la suma de la porcion de Na2O y de la porcion de K2O ocupada con un factor.
De manera mas sorprendente se ha comprobado que los hormigones con un contenido alcalino de mas de 1 kg/m3, de equivalente de Na2O experimentan ya despues de su endurecimiento un aumento del volumen, que es suficiente para conseguir una tension previa de la union fundida durante periodos de tiempo mas prolongados. El contenido alcalino del hormigon resulta naturalmente a partir del contenido alcalino del cemento y de la sustancia aditiva, en el supuesto de que ningun aditivo de hormigon con contenido alcalino al cemento.
El hormigon esta constituido normalmente del cemento, dado el caso un aditivo de hormigon, que encuentra consideracion volumetrica, y un aditivo asf como una adicion de agua. El cemento es reactivo hidraulico y provoca con la adicion de agua el fraguado hidraulico de la mezcla.
En una variante especialmente preferida de la estructura de construccion segun la invencion esta previsto que el cemento posea un equivalente de Na2O de > 0,6% en moles.
Especialmente los aditivos sensibles a alcali, por ejemplo granulaciones de piedra, conducen en la union con cementos con un equivalente de Na2O de > 0,6% en moles al aumento deseado del volumen del hormigon.
La adicion se selecciona con preferencia de un grupo que comprende piedra de sedimentos, calcita, cuarcita, grauvaca, granito, diorita, gabro, toba riolftica, esquisto de clorita, basalto.
El aditivo puede comprender mas de 1% en moles de cristalina pura o minerales de silicato amorfo, que estan seleccionados con preferencia de un grupo que comprende opal, cristobalita, obsidiana, y otro vidrio volcanico o artificial.
Por vidrio volcanico en el sentido de la presente solicitud se entiende una vulcalita amorfa con alto porcentaje de silicato.
Se ha comprobado que es especialmente ventajoso que el aumento del volumen de la composicion de hormigon despues de un ano en condiciones de ensayo segun ASTM C1293 este entre 0,06 y 0,24% en moles.
En el caso de utilizacion de aditivos reactivos alcalinos moderados, el aumento del volumen puede estar, por ejemplo, en el intervalo de 0,06% o insignificantemente mas de 0,06%.
En el caso de utilizacion de aditivo reactivos alcalinos altos y, dado el caso, cementos con alto contenido alcalino, el aumento del volumen puede estar en el orden de magnitud de 0,12%. En el caso de utilizacion de aditivos y/o
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cementos extremadamente reactivos con alto porcentaje alcalino, el aumento del volumen despues de un ano es mas de 0,24%.
La adicion de agua del hormigon preparado para la colada se selecciona con preferencia para que la humedad interior relativa del hormigon sea despues de dos anos aproximadamente 80%.
En una variante especialmente conveniente y ventajosa de la estructura de construccion segun la invencion, esta previsto que encuentre aplicacion un cemento sin aditivos de hormigon.
En el caso de utilizacion de ceniza volatil como aditivo de hormigon con un porcentaje inferior a 8% en moles de CaO, el porcentaje del aditivo de hormigon debena ser < 30% en moles. En el caso de utilizacion de ceniza volatil con un porcentaje de CaO de 8 a 20% en moles, el porcentaje en moles del aditivo de hormigon debena ser < 35%.
En el caso de utilizacion de ceniza volatil con un porcentaje de 8 a 20% en moles de CaO como aditivo del hormigon, el porcentaje del aditivo de hormigon debena ser < 60% en moles, en el caso de utilizacion de polvo se silicato < 12% en moles, en el caso de utilizacion de escoria < 65% en moles y en el caso de utilizacion de metakaolin < 20% en moles. En el caso de utilizacion de ceniza volatil como material de aportacion del hormigon, el porcentaje de CaO en la ceniza volatil debena estar de manera ideal por encima de 15% en moles.
En una variante preferida de la estructura de construccion de acuerdo con la invencion, como componentes de la estructura estan previstos al menos un pilote de cimentacion en el subsuelo marino y al menos una pata de apoyo o al menos una grna de pilote en una estructura de cimentacion de la construccion marina y la lecha de cemento rellena un espacio anular entre la pata de apoyo y la grna del pilote, por una parte, y el pilote, por otra parte.
El problema en el que se basa la invencion se soluciona ademas, por medio de un procedimiento para la cimentacion de una construccion marina, que comprende una estructura submarina con al menos una pata de apoyo o al menos una grna del pilote en la estructura submarina, en el que el procedimiento comprende la creacion de al menos un pilote de cimentacion en el subsuelo del mar y la conexion de la estructura submarina con el pilote de cimentacion asf como el rejuntado de la pata de apoyo en el pilote de cimentacion o el rejuntado de un espacio anular entre la grna del pilote y el pilote de cimentacion, y en el que como lechada de cemento se utiliza una masa que se fragua hidraulicamente, que experimenta un aumento del volumen despues del fraguado.
Como lechada de cemento encuentra aplicacion de manera mas conveniente un hormigon del tipo descrito anteriormente.
A continuacion se explica la invencion con la ayuda de un ejemplo de realizacion representado en los dibujos.
En este caso:
La figura 1 muestra una seccion longitudinal a traves de una estructura de construccion de acuerdo con la invencion, y
La figura 2 muestra una seccion transversal a lo largo de las lmeas II-II en la figura 1.
La figura 3 muestra un grafo para las lmeas de cribado lfmites para granulaciones de piedra como aditivo con un grano maximo de 8 mm, y
La figura 4 muestra un grafo para las lmeas de cribado lfmites para granulaciones de piedra como aditivo con un grano maximo de 16 mm.
Las figuras 1 y 2 muestran una parte de una estructura de anclaje de una construccion marina que se encuentra debajo del agua, la estructura de anclaje comprende una pata de apoyo 1, que esta insertada en un pilote de cimentacion 2 amarado en el subsuelo del mar. La estructura de anclaje esta realizada, por ejemplo, por decirlo asf, como cimiento de camisa con varias patas de apoyo 1, que recibe una pieza de transicion (transition piece) y una construccion erigida encima, por ejemplo en forma de una torre con un generador de energfa eolica.
La pata de apoyo 1 es parte de la construccion de acero del cimiento de camisa y se sumerge sobre una longitud de incrustacion predeterminada en el pilote de cimentacion 2. El pilote de cimentacion 2 esta realizado, por ejemplo, como tubo de acero, que ha sido clavado o chorreado en el subsuelo del mar. La pata de apoyo 1 puede estar depositada, por ejemplo, sobre un relleno dentro del pilote de cimentacion 2. De manera alternativa, este se puede apoyar, por ejemplo, sobre una llamada abrazadera sobre el pilote de cimentacion 2.
El espacio anular 3 formado entre el pilote de cimentacion 2 por la pata de apoyo 1 que lo atraviesa esta rejuntado de manera conocida, es decir, relleno con una lechada de cemento 4 endurecible.
Aunque a continuacion se explica la invencion con referencia a la estructura submarina de una construccion marina con al menos una tapa de apoyo, la invencion debe entenderse en principio de tal forma que la disposicion de la pata de apoyo 1 en el pilote de cimentacion 2 es representativa de al menos dos componentes de acero al menos rodeados uno por el otro o que de atraviesan parcialmente, que forman una envoltura exterior y una envoltura
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interior. En este caso, el pilote de cimentacion 2 define le envoltura exterior, en cambio la pata de apoyo 1 define la envoltura interior, el espacio anular 3 formado entre estos forma el volumen a rellenar. Por medio de la lechada de cemento 4 introducida en el espacio anular 3 se realiza una fijacion de la envoltura interior con respecto a la envoltura exterior, de manera que la lechada de cemento 4 en el estado endurecido transmite fuerzas entre la pata de apoyo 1 y el pilote de cimentacion.
La lechada de cemento 4 dentro del espacio anular puede estar mezclada adicionalmente con elementos de armadura. En el caso del ejemplo de realizacion descrito, sobre el lado interior del pilote de cimentacion 2 estan previstos unos tacos de cizallamiento 5, que estan incrustados en la lechada de cemento 4. De manera alternativa, los tacos de cizallamiento 5 pueden estar previstos tambien en la pata de apoyo 1. En lugar de los tacos de cizallamiento 5 pueden estar previstos tambien recesos / orificios en la pata de apoyo 1 y/o en el pilote de cimentacion 2, en los que penetra la lechada de cemento 4 y de esta manera genera una union positiva. En el presente caso, como lechada de cemento esta previsto un hormigon que ha sido fabricado con un aditivo reactivo de silicato alcalino y cuyo cemento presenta un equivalente de Na2O mayor de 0,6% en moles. Como aditivo para el hormigon ha sido seleccionado, por ejemplo, un granulado de piedra con un grano maximo de 8 mm y un grano maximo de 16 mm, que comprende granito, diorita, gabro, basalto, cuarcita, grauvaca o calcitas densas, de manera que el contenido alcalino del hormigon, es decir, de la mezcla acabada de cemento y aditivo presenta un contenido alcalino mayor de 1 kg/m3 de equivalente de Na2O. Idealmente, el contenido alcalino del hormigon es mayor que 3 kg/m3 de equivalente de Na2O. Tal contenido alcalino se consigue, por ejemplo, cuando se utilizan calcitas que contienen silicatos como aditivo.
Cuando encuentra aplicacion piedra de sedimentos o piedra de sedimentacion como aditivo, el contenido alcalino del hormigon es mayor que 4 kg/m3 de equivalente de Na2O.
En las figuras 3 y 4 se representan las lmeas de cribado lfmites para granulaciones de piedra con un grano maximo de 8 mm (figura 3) y con un gano maximo de 16 mm (figura 4), siendo utilizados en el caso de utilizacion de una granulacion de piedra con un grano maximo de 8 mm aditivos con las lmeas de cribado A8 o B8, en el caso de un grano maximo de 16 mm se utilizan aditivos con las lmeas de cribado A16 o B16.
Las lmeas de cribado se calculan con cribas de mallas y cribas de taladros cuadrados segun DIN ISO 3310-1 y DIN ISO 3310-2, encontrando aplicacion cribas de taladros cuadrados por encima de un tamano del grano de 2,5 mm.
En los aditivos se prefieren aquellos granulados de piedra, que presentan un modulo-E mayor y una capacidad de absorcion de agua mas reducida. Estos son con preferencia granitos, dioritas, gabro, basalto, cuarcita asf como calcita con una densidad mas elevada.
La mezcla de hormigon preferida favorece en presencia de agua una reaccion de acido silfcico alcalino, que conduce a la impulsion del hormigon despues del endurecimiento, es decir, despues de la terminacion del proceso de fraguado hidraulico.
La composicion del hormigon se selecciona de tal manera que el aumento del volumen despues de un ano es al menos 0,06%. El aumento del volumen se calcula con preferencia en un bloque de hormigon segun la norma de ensayo segun ASTM C1293.
El aumento del volumen en mezclas de hormigon moderadamente reactivas es aproximadamente 0,06%, en mezclas de hormigon altamente reactivas, el aumento del volumen puede ser aproximadamente 0,12%, en el caso de utilizacion de mezclas de hormigon extremadamente reactivas, el aumento del volumen puede ser aproximadamente 0,24% o mas.
Por reactivo en el sentido de la presente invencion debe entenderse la reactividad de acido silfcico alcalino de la mezcla. Como reaccion de acido silfcico alcalino se describe la reaccion qmmica entre los alcalis en el cemento y los aditivos de hormigon con acido silfcico soluble en alcali. Esta reaccion de acido silfcico alcalino se designa tambien como reaccion de agregado alcalino.
Lista de signos de referencia
- 1
- Pata de apoyo
- 2
- Pilote de cimentacion
- 3
- Espacio anular
- 4
- Lechada de cemento
- 5
- Taco de cizallamiento
Claims (9)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1. - Estructura de construccion, en particular estructura submarina de una construccion marina, que comprende al menos dos componentes de acero conectados entre sf o al menos parcialmente rodeados uno por el otro, que rodean, al menos parcialmente, por lo menos un volumen relleno con una lechada de cemento endurecible (4), en la que como lechada de cemento (4) esta prevista una masa que se fragua hidraulicamente, que experimenta un aumento del volumen despues del fraguado, en la que como lechada de cemento esta previsto un hormigon, que comprende un aditivo reactivo de silicato alcalino, caracterizada por que el hormigon presenta un contenido alcalino de > 1 kg/m3 de equivalente de Na2O.
- 2. - Estructura de construccion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que el hormigon presenta un contenido alcalino entre 1 kg/m3 y 5 kg/m3 de equivalente de Na2O, con preferencia > 2 kg/m3, de manera preferida > 3 kg/m3 y con preferencia > 4 kg/m3.
- 3. - Estructura de construccion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada por que el cemento presenta un equivalente de Na2O de > 0,6% en moles, con preferencia un equivalente de Na2O de > 0,7% en moles, de manera preferida un equivalente de Na2O de > 1,1% en moles, de manera mas preferida un equivalente de Na2O, de > 2% en moles.
- 4. - Estructura de construccion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que el aditivo esta seleccionado de un grupo que comprende piedra de sedimentos, calcita, cuarcita, grauvaca, granito, diorita, gabro, toba riolftica, esquisto de clorita, basalto.
- 5. - Estructura de construccion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que el aditivo contiene mas de 1% en moles de minerales de silicato cristalinos o amorfos, con preferencia seleccionados de un grupo que comprende opal, cristobalita, obsidiana, y otro vidrio volcanico o artificial.
- 6. - Estructura de construccion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el aumento del volumen de la composicion de hormigon despues de un ano en condiciones de ensayo segun ASTM C1293 esta entre 0,06 y 0,24% en moles.
- 7. - Estructura de construccion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada por que encuentra aplicacion un cemento sin aditivos de hormigon.
- 8. - Estructura de construccion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que como componentes estan previstos al menos un pilote de cimentacion (2) en el subsuelo del mar y al menos una pata de apoyo (1) o al menos una grna de pilote en una estructura de cimentacion de una construccion marina y por que la lechada de cemento (4) rellena, por una parte, un espacio anular (3) entre la pata de apoyo (1) o la grna de pilote y, por otra parte, el pilote de cimentacion (2).
- 9. - Procedimiento para la cimentacion de una construccion marina, que comprende una estructura de construccion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la estructura de construccion es una estructura submarina con al menos una pata de apoyo (1) o al menos una grna de pilote en la estructura submarina, en el que el procedimiento comprende la creacion de al menos un pilote de cimentacion (2) en el subsuelo del mar y la conexion de la estructura submarina con el pilote de cimentacion (2) asf como el rejuntado de la pata de apoyo (1) en el pilote de cimentacion o el rejuntado de un espacio anular (3) entre la grna del pilote y el pilote de cimentacion (2), y en el que como lechada de cemento (4) se utiliza una masa que se fragua hidraulicamente, que experimenta un aumento del volumen despues del fraguado.
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