ES2618366A1 - Célula de unión para la fijación de diques flotantes a pilotes - Google Patents
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Abstract
Célula de unión (1) para la fijación de un dique (2) flotante a unos pilotes (3), la cual consiste en un chasis, con forma de cuerpo cúbico hueco, cuya altura coincide con la del dique (2) en posición de flotación, el cual se configura a partir de barras (la) metálicas, y por disponer sobre las cuatro caras interiores del chasis de unos elementos (4) de defensa y amortiguación, los cuales conforman un espacio hueco interior a través del cual se introduce el pilote (3), quedando fijado a la célula y permitiendo el movimiento vertical de dicho pilote.
Description
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Celula de union para la fijacion de diques flotantes a pilotes
DESCRIPCION
Objeto de la invention
La presente invention se refiere a una celula o elemento de union destinado a fijar diques flotantes de protection frente a oleaje a pilotes.
La invencion se enmarca dentro del sector tecnologico dedicado a la fabrication y diseno de estructuras flotantes que se instalan en puertos, marinas deportivas y similares, para la proteccion y resguardo frente a la action de las olas de corto periodo, generadas por viento locales (oleaje de viento) y las olas generadas por barcos y buques (estelas).
Antecedentes de la invencion
Dentro de la ingenierla marltima y portuaria, existe una tipologla de estructuras comunmente empleadas en puertos y marinas deportivas, como pueden ser las estructuras flotantes denominadas diques rompeolas flotantes y cuyo objetivo es garantizar la proteccion del puerto contra el oleaje de corto periodo. Ademas, dentro del puerto, y al abrigo de dichos diques rompeolas, existen otras estructuras flotantes (o no) empleadas para el atraque de embarcaciones, acceso de personas, la carga y descarga hacia y desde las embarcaciones, etc. Estas otras estructuras se denominan muelles flotantes o pantalanes, y se diferencian de los diques por el objeto y porque los criterios de diseno son diferentes, no estan disenadas para aguantar la accion directa del oleaje.
Ambas estructuras, al ser flotantes, necesitan de algun dispositivo o sistema para su fijacion y evitar que se muevan libremente y se muevan a la deriva. Este sistema de fijacion de estructuras flotantes se denomina sistema de fondeo, y existen basicamente tres tipos; sistemas de fondeo que emplean cadenas, sistemas que utilizan pilotes y sistemas que usan llneas elasticas.
Un sistema de fondeo con pilotes comprende unos elementos largos y esbeltos (llamados pilotes o estacas), los cuales estan hincados o clavados en el lecho marino. Para fijar la estructura flotante con el pilote se emplea un elemento o dispositivo de union.
En el diseno de un dique rompeolas flotante, un experto debe tener muy en cuenta que las fuerzas dinamicas y los movimientos inducidos debidos a la accion del oleaje, son muy superiores a las acciones que pueden existir sobre otro tipo de estructuras flotantes (muelles, puentes, pantalanes, depositos de almacenaje, y similares), que no soportan la accion directa del oleaje.
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Se conoce que la union tradicional de la estructura flotante a los pilotes se basa en una anilla o abrazadera que, anclada sobre el borde o cantil superior de la estructura flotante y envolviendo el pilote, permite el movimiento vertical de la misma. Este sistema tradicional de union se emplea basicamente en pantalanes y muelle flotantes, aunque tambien se ha encontrado otras aplicaciones (puentes flotantes, plataformas de cultivo de ostras, energla marina, contenedores de mercancla liquida, etc.). Esta union tradicional o estandar, observada en el vigente mercado para pantalanes y muelles flotantes dispone en su interior de una serie de rodillos o cojinetes, normalmente de nylon, que facilitan el movimiento vertical de aquellos y disminuye la friccion con el pilote. Una anilla similar a la estandar se encuentra divulgada en los documentos de patente CN103215915 y KR1312209B1. En la actualidad, este sistema tradicional se esta empezando a extrapolar a diques flotantes.
Sin embargo, para los diques flotantes cuyo objetivo es la proteccion frente al oleaje, y sobre la base de una serie de ensayos de laboratorio, se ha constatado que ese sistema tradicional de union es inviable debido a las elevadas fuerzas que sufre el pilote. Las fuerzas medidas en los ensayos de laboratorio a escala reducida producen una tension en el pilote superior a la admisible.
Dentro del estado de la tecnica, se conocen los siguientes documentos de patente:
WO2014189320 A1 (Korea Advanced Institute of Science and Technology), referido a un sistema basado en pilotes y una anilla simple anclada al exterior de la estructura (tanque de almacenaje).
CN103215915 A (Univ Zhejiang Ocean), dirigido a una anilla simple que dispone de ruedas y se aplica a puentes flotantes.
KR2011019863 A (Ssemo Company Ltd, Ssemo Co. Ltd), dirigido a crear una barrera vertical de poco espesor frente al oleaje, que funciona en dependencia de su porosidad y calado, y que fluctua con la marea.
JP04185812 B2 (Goyo Kensetsu KK), dirigido a un sistema de anclaje para muelles flotantes, es decir, para el atraque de embarcaciones.
JP05840194 B2 (Zeniya Kaiyo Service KK), dirigido a un sistema de cultivo de ostras que comprende la conocida anilla simple que es empleada en los pantalanes flotantes, en cuyo interior estan dispuestos rodillos para facilitar el movimiento vertical.
Los anteriores documentos tienen una caracterlstica comun: la union de la estructura flotante-pilote se basa en una anilla que sobresale desde el borde superior de la estructura flotante.
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Un experto en la materia conoce que un pantalan se diferencia de un dique en que el fin de aquel es para atracar embarcaciones y permitir la carga y descarga y el paso de personas, y no esta preparado para hacer frente a la accion directa del oleaje.
Considerando lo anterior, se ha disenado y ensayado en laboratorio una celula de union que mejora la eficacia (hidrodinamica y estructural) del dique flotante fondeado pilotes, respecto al empleo de la anilla tradicional.
Description de la invention
La presente celula de union es el resultado del desarrollo logrado tras la realization de una serie de ensayos de laboratorio en modelo reducido, los cuales se llevaron a cabo en la piscina de oleaje del Centro de Innovation Tecnologica en Edification e Ingenierla Civil (CITTEC) en A Coruna.
Dichos ensayos, a partir de un dique flotante a escala, se basaron en medir el oleaje que incide sobre la estructura, el oleaje transmitido (zona interior o zona de abrigo), medicion de fuerzas sobre los pilotes, y medicion de movimientos del dique.
En este contexto, en primer lugar, se realizo una baterla de ensayos (condiciones de altura de ola y periodo) para la anilla tradicional. Los resultados obtenidos se compararon con los de otros autores encontrados en la literatura cientlfica, tales como, Cox R. y Beach D., 2006, “Floating breakwater performance - Wave transmission and reflection, energy dissipation, motions ad restraining forces”, CoastLab Confenrece. 2006, y Ruol, P. y Martinelli, L., 2007, " Wave flume investigation on different mooring systems for floating breakwaters.” Proceedings of Coastal Structure 7(1), 327-338. Todos estos artlculos cientlficos emplean la anilla tradicional en sus ensayos.
Los resultados mostraron que las fuerzas que el dique flotante transmite al pilote debido a la accion del oleaje, son muy elevadas. Estas fuerzas pueden superar la tension maxima resistente del pilote. Tambien se detectaron elevados movimientos de balance (“roll”) del dique flotante.
Por ello, se propuso un nuevo sistema de union dique-pilote, que es el objeto de la presente invencion, junto con las dos modalidades u opciones de ubicacion de dicho sistema de union al dique flotante (de forma exterior y empotrado). Los resultados conseguidos mediante este nuevo sistema de union dique-pilote muestran una notable mejorla tanto en los movimientos como en las fuerzas medidas.
Considerando lo anterior, la presente invencion se dirige a proporcionar una nueva celula de union con el objetivo de fijar diques flotantes a pilotes de fondeo, que mejora el comportamiento del sistema flotante frente al oleaje.
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La nueva celula de union consiste en un chasis, en forma de cuerpo cubico hueco, tal como, una jaula. Es decir, la celula consiste en un chasis de una altura igual que la del dique en posicion de flotation sobre el mar. Cualquier experto entiende que la altura del dique corresponde a la distancia de separation entre los lados o caras mayores del dique, cuando este se encuentra en posicion de flotacion.
El chasis (jaula o armazon) es conformado a partir de unas barras metalicas, basadas en metal o aleacion metalica resistente a la action y caracterlsticas del agua de mar.
Sobre cada una de las cuatro caras interiores del chasis, y fijados a las barras que configuran el chasis, la celula dispone de unos elementos de defensa y amortiguacion que permiten, por un lado, amortiguar las fuerzas de impacto de las olas y, por otro, asegurar que siempre se golpee el pilote contra dichos elementos amortiguadores.
Por tanto, a diferencia de la anilla tradicional, que posee unos rodillos que facilitan el movimiento vertical, la celula de union de esta invention esta provista de un adecuado sistema de defensa y amortiguacion frente al impacto de los pilotes y oleaje.
Ademas, de una forma diferente a la anilla tradicional, que rodea al pilote desde el borde o cantil de la estructura flotante, la presente celula de union y los elementos amortiguadores envuelven al pilote a lo largo de todo el puntal del dique flotante, para su fijacion y permitir el movimiento vertical de dicho pilote. Dentro de la ingenierla naval, se define puntal como la altura de la estructura flotante o distancia vertical medida desde la cara horizontal inferior y la llnea de cubierta o cara horizontal superior.
En cuanto a la colocacion de la presente celula de union respecto del dique flotante, existen dos opciones: una, mediante fijacion externa (celula exterior); o sea, sobre las paredes menores del dique, y, la otra, mediante fijacion interior; es decir, formando parte del propio dique (celula interior).
Por ello, la celula, una vez construida a partir de las barras metalicas y los elementos de defensa y amortiguacion, se puede colocar de forma exterior al dique, anclando un lateral de la celula a una de las caras laterales (paredes menores) del dique o, segun otra option, se encastra en el dique, es decir, se empotra la celula en un lateral del dique, tras practicar un cajeado en este.
Ambas opciones de ubicacion se han ensayado a escala reducida en laboratorio.
Se ha constatado en ensayos de laboratorio que las caracterlsticas de la celula de union que aqul se describe mejoran la hidrodinamica o movimientos del dique flotante y, por consiguiente, las fuerzas transmitidas sobre el pilote, respecto al sistema de anilla tradicional. Mediante la presente celula, se disminuye el movimiento o giro de balance
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("roll") del dique flotante bajo la accion del oleaje. Esta mejora en el comportamiento hidrodinamico implica una reduction de las fuerzas que soporta el pilote.
Description de las figuras
Figura 1: representa una vista en planta de la celula de union, en la que se muestran las barras y los elementos de amortiguacion alrededor del pilote.
Figura 2: representa una vista en perspectiva de la celula de union.
Figura 3: representa una vista en perspectiva de una option de la invention.
Figura 4: representa una vista en perspectiva de otra opcion de la invencion.
Figura 5: representa un grafico de fuerza adimensional vs. altura de ola significante, donde se compara la celula de la invencion con la anilla tradicional, obtenido en los ensayos de modelo flsico a escala de laboratorio.
Figura 6: representa un grafico de fuerza adimensional vs altura de ola significante, comparando la celula de la invencion en sus dos variantes: celula de union encastrada (celula interior) y celula de union fijada al exterior del dique (celula exterior), obtenido en los ensayos de modelo flsico a escala de laboratorio.
Ejemplos de realization de la invencion
A fin de describir como se realiza la invencion, se describen los siguientes ejemplos, con el auxilio de las figuras citadas arriba.
La celula de union (1) tiene el proposito de fijar un dique (2) flotante de protection frente a oleaje a unos pilotes (3).
La celula de union (1) se fabrica mediante la configuration de un chasis (jaula o armazon) a partir de unas barras metalicas (1a), las cuales se basan en un material resistente a la accion del agua de mar. Estas barras constituirlan las aristas de un cuerpo cubico hueco.
Sobre las caras interiores del chasis van dispuestos, fijados permanentemente, unos elementos (4) de defensa y amortiguacion, los cuales consisten en cuerpos solidos con una elevada resistencia y cierta elasticidad para soportar los impactos de los pilotes, debidos al oleaje continuo.
Segun una opcion, la celula de union (1) se fija al exterior del dique (2), o sea, sobre el puntal del dique, segun se puede observar en la figura 3 (celula exterior).
Otra opcion es que la celula de union, una vez que esta ha sido conformada a partir de las barras metalicas (1a), queda encastrada en el propio dique (2), mediante un cajeado practicado en este (figura 4). Asl, la celula (1) queda empotrada en la propia estructura del dique (2). El cajeado consiste en un hueco delimitado por tres paredes o lados solidos, y esta conformado dimensionalmente para recibir a la celula y que esta
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quede fija al dique (2), por ejemplo, mediante union roscada.
Los elementos (4) de defensa y amortiguacion son cuerpos solidos basados en un material resistente, que soportan los impactos producidos por el pilote, debidos al oleaje. Mediante estos elementos (4) de defensa y amortiguacion queda conformado un hueco interno en la celula (1), a traves del cual es introducido el pilote (3) para fijarlo al dique (2). El proposito es fijarlo, retenerlo y permitir su movimiento vertical.
Segun la figura 5, en cuyo grafico los triangulos representan la anilla tradicional y los clrculos la celula de union de la invention, se puede observar que las fuerzas del dique sobre el pilote (eje de ordenadas), en el caso de la celula de union exterior, son inferiores a la fuerza ejercida por el dique flotante sobre el pilote en caso de emplear una anilla tradicional. Estos resultados se observan para diferentes alturas de ola significante (eje de abscisas), llegando a registrarse reducciones en la fuerza de impacto del 50%. La altura de ola significante es un parametro estadlstico que es comunmente empleado en oceanografla y con el que un experto medio en la tecnica esta familiarizado (Hs: media aritmetica del tercio de olas mas altas registradas).
Un experto entiende como fuerza de impacto a aquella que realiza el dique flotante sobre el pilote mediante la union, bien la anilla tradicional, o bien la celula de la invencion. Conviene aclarar que esta fuerza no tiene unidad, esta "adimensionalizada", lo cual es comun en la comunidad cientlfica a la hora de mostrar resultados de laboratorio a escala. El parametro empleado para "adimensionalizar" ya ha sido empleado por otros autores, por ejemplo, Ruol et al. 2013, en “A Formula to Predict Transmission for - Type Floating Breakwaters”, Journal of Waterway Port Coastal and Ocean Engineering. Vol. 139, No. 1, January 1, 2013, ISSN 0733-950X/2013/1-1-8.
El grafico de la figura 6 muestra los resultados de las celulas de la invencion segun las dos opciones de colocation respecto del dique flotante. Los clrculos blancos simbolizan las celulas de union exteriores; los clrculos negros, las celulas encastradas (interiores). En este grafico se observa que al emplear la celula encastrada (interior) se logra disminuir la fuerza de impacto sobre el pilote, en comparacion con el uso de la celula exterior.
Claims (3)
- REIVINDICACIONES1. Celula de union (1) para la fijacion de diques (2) flotantes a pilotes (3) caracterizada por consistir en un chasis, en forma de cuerpo cubico hueco, cuya altura es coincidente5 con la del dique (2) en posicion de flotacion, que se configura a partir de barras (1a) metalicas, y por disponer sobre las cuatro caras interiores del chasis de unos elementos solidos (4) de defensa y amortiguacion, los cuales conforman un espacio hueco interior a traves del cual se introduce el pilote (3), para su fijacion a la celula, permitiendo el movimiento vertical.10
- 2. Celula de union (1) segun la reivindicacion 1, caracterizada por que va fijada al dique (2) flotante sobre sus paredes menores.
- 3. Celula de union (1) segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por estar encastrada 15 en una de las paredes menores del dique (2).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2618366 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20180409 |