ES2638011A1 - Cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore y torres meteorológicas. - Google Patents
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Abstract
Cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore y torres meteorológicas, fabricada en un dique flotante para ser remolcada a su lugar de ubicación definitiva, donde se fondea quedando finalmente totalmente sumergida debajo del nivel del mar, comprendiendo un cajón autoflotante (1) de hormigón, con forma de prisma recto de bases rectangulares, provisto de celdas verticales interiores (6) interconectadas entre sí y con el exterior, dotadas de dispositivos de vaciado y llenado que permite la autorregulación del nivel de lastrado para el fondeo en su ubicación final; el cual se cierra superiormente mediante una losa (2) que abarca toda la superficie del cajón (1) a excepción de al menos una celda (61) en la que se forma un nudo de hormigón (3) en el que se fija un fuste (4) o una estructura soporte (7), que une el cajón (1) con la superestructura (5) en la que se fija a su vez el aerogenerador o una torre meteorológica.
Description
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DESCRIPCION
Cimentacion por gravedad para la instalacion de aerogeneradores offshore y torres meteorologicas.
Objeto de la invencion
La invencion, como su propio tltulo indica tiene por objeto una cimentacion por gravedad para la instalacion de aerogeneradores offshore y torres meteorologicas, que esta fabricada en un dique flotante para ser remolcada a su lugar de ubicacion definitiva, donde se fondea quedando finalmente totalmente sumergida debajo del nivel del mar, sobresaliendo de ella un fuste o una estructura que soporta el aerogenerador o la torre meteorologica.
Estado de la tecnica
El sector industrial de las energlas renovables marinas esta creciendo a un alto ritmo en Europa, concretamente la energla eolica offshore, pues este tipo de energla puede contribuir a cubrir la creciente demanda de energla electrica con un mlnimo impacto ambiental. El principal factor limitante del desarrollo de este sector es la profundidad a la que han de cimentarse las estructuras offshore de los aerogeneradores. Puesto que han de situarse lejos de la costa, por lo que generalmente la profundidad a la que finalmente se ubica el parque eolico puede alcanzar valores importantes segun la localization y las caracterlsticas geotecnicas del fondo marino. Es por ello que son necesarios estudios exhaustivos de las cimentaciones a adoptar como solucion.
Actualmente existen dos tipos de estructuras offshore: estructuras fijas y estructuras flotantes. Las cimentaciones de las estructuras fijas son a su vez clasificadas en distintas tipologlas: cimentaciones con monopilote, cimentaciones por gravedad y cimentaciones metalicas tubulares. Estas tipologlas requieren un transporte e instalacion con buques y medios especiales.
Las cimentaciones tipo monopilote se componen tlpicamente de tres elementos: el pilote de acero, que se hinca en el fondo marino, una pieza de transition que sirve de sujecion a la superestructura y una plataforma para el acceso a la torre o a la
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estructura del aerogenerador. Esta solucion resulta mas economica para profundidades menores y para terrenos con caracteristicas geotecnicas que permitan la penetracion.
Las cimentaciones por gravedad son grandes cimentaciones de hormigon o de acero que aseguran las estructuras offshore por su propio peso, proporcionando estabilidad al conjunto al transmitir directamente las cargas al terreno. Suelen tener forma troncoconica o cillndrica y su instalacion requiere una preparacion previa del lecho marino y un buque especial para su transporte hasta la ubicacion final.
Las cimentaciones tubulares pueden ser fundamentalmente en tripode o tipo celosia. Estas cimentaciones pueden emplearse a mayores profundidades, y son apropiadas para estructuras offshore de mayor tamano, con el consecuente aumento de coste economico. Estas tipologias requieren un transporte e instalacion con buques y medios especiales.
El documento WO 2009/130343 describe un soporte para un aerogenerador marino formado por un cuerpo en forma de cajon circular o poligonal, con una serie de cavidades verticales y una losa que lo cierra superiormente, que se coloca apoyado sobre una escollera del fondo marino, quedando dicha losa superior sobre el nivel del mar y de las olas.
El documento ES 2 452 933 describe una cimentacion por gravedad para aerogeneradores offshore basado en la utilization de tres bases de hormigon armado y huecas que incorporan un sistema de valvulas para el llenado y vaciado de agua en su interior a modo de lastre. Para unir estas tres bases de hormigon se emplea una estructura metalica con forma de tripode y con altura suficiente para emerger de la superficie libre del agua. A esta estructura metalica se conectara la torre del aerogenerador mediante una pieza extension del fuste, situada sobre el nivel del mar, y en la que se instala la zona de atraque, las escaleras y la plataforma de mantenimiento.
El documento WO 0134977 (EP 1 228 310) describe un procedimiento de instalacion de un aerogenerador marino, que esta fijado en una base que constituye conjuntamente con el fuste un tanque de lastre, que se llena de agua hasta conseguir fondearlo en el fondo del mar, siendo capaz de flotar y sustentar el peso
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en el agua cuando el tanque de lastre esta vaclo. El transporte del aerogenerador hasta el lugar de instalacion se efectua por medio de una embarcacion ya que, a diferencia del cajon de la presente invention, en principio no es flotante o no tiene la estabilidad necesaria para mantenerse en position vertical y por tanto de poderse remolcar desde la costa al lugar de instalacion.
Description de la invencion
Se pretende dar solution al problema de la ejecucion de una cimentacion a mayores profundidades y con suelo de caracterlsticas heterogeneas para estructuras offshore, minimizando los costes y optimizando la secuencia de construccion. Se plantea una solucion mixta para cimentaciones que comprende una cimentacion CGF (Concrete Gravity Foundation) basada en un cajon estanco de caras paralelas, esto es, con las caracterlsticas geometricas de un prisma recto de seccion rectangular, mas un fuste metalico o una celosla (jacket), tambien metalica.
Esta previsto realizar la fabrication de este cajon en un dique flotante, tecnica de construccion que esta fuertemente implantada en Espana y, de hecho, se viene aplicando con exito tanto en la construccion de obras de muelles y otras estructuras de atraque, diques de abrigo verticales, etc.. Los cajones portuarios son estructuras de hormigon armado de grandes dimensiones que por su seccion transversal aligerada (multicelular) pueden flotar una vez terminadas, lo que les confiere una gran versatilidad en cuanto a construccion (mediante la tecnica de encofrado deslizante), transporte flotando y colocation (fondeo) en la obra portuaria, ya sea para muelles, diques u otros. Por lo general los cajones portuarios tienen forma paralelepipedica, con planta rectangular o cuadrada, si bien en algunos casos especiales han sido empleados cajones con otras formas con objeto de adecuarse a los condicionantes de cada proyecto.
La solucion propuesta para la cimentacion consta pues de tres elementos: la cimentacion propiamente dicha de hormigon, un fuste metalico o una celosla y elemento de union entre la superestructura de la torre meteorologica o del aerogenerador y cimentacion.
La cimentacion esta formada por:
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- Un cajon autoflotante de hormigon, con forma de prisma recto de bases rectangulares, provisto de celdas verticales interiores interconectadas entre si y con el exterior, dotadas de dispositivos de vaciado y llenado que permite la autorregulacion del nivel de lastrado para el fondeo en su ubicacion final.
- Una losa de cierre superior, que abarca toda la superficie del cajon a exception de al menos una celda en la que se fija un fuste o una estructura soporte de tipo celosla, que une el cajon con la superestructura en la que se fija a su vez el aerogenerador o una torre meteorologica.
- Al menos un nudo, formado preferentemente en al menos una de las celdas del cajon, que se hormigona conjuntamente con la losa superior, el cual incorpora elementos de conexion para el fuste o la estructura que une el cajon con la superestructura en la que se fija a su vez el aerogenerador o una torre meteorologica.
El fuste metalico de la superestructura queda anclado en la celda central del cajon, de forma que este actua como una zapata de la superestructura de la torre meteorologica o del aerogenerador. La union se realiza mediante un nudo de hormigon y barras pretensadas. En el caso de una estructura tipo jacket o celosla, el ensamblaje al cajon se realiza con el mismo tipo de union pero en varios nudos distribuidos convenientemente en distintas celdas del cajon. Tanto en el fuste como en la celosla se pueden disponer la zona de atraque o embarcadero, as! como escaleras de acceso y plataformas intermedias.
Por su parte el elemento de conexion de la cimentacion con la superestructura es una plataforma metalica que queda unida tanto al fuste como a la superestructura (torre meteorologica o aerogenerador), y que termina en una superficie de trabajo en la que pueden disponerse equipos de mantenimiento, instrumentation y elementos auxiliares para operaciones.
Segun un importante caracterlstica de la invention, la losa superior cubre el cajon y se realiza conjuntamente con el nudo o los nudos en los que se fija el fuste o la estructura superior formando un bloque compacto con ellos, disponiendose dicha
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losa sobre unas prelosas que cubren toda la superficie superior del cajon, salvo aquellas celdas en las que se forman dichos nudos. De este modo, se forma un cierre superior estanco en el cajon que permite cuando termine su vida util, o simplemente quiere retirarse este dispositivo del fondo marino, poder reflotarlo al inyectar en el aire en el hueco interior del cajon.
Para conseguir que el proceso de fondeo se efectue de forma autonoma y sin intervention de buzos se ha previsto que cada una de las celdas interiores del cajon este comunicada con una serie de celdas contiguas formando zonas de llenado independientes entre si, cada una de las cuales dispone de al menos un conducto de acceso con el exterior, interponiendose en dichos accesos dispositivos que permiten o no el paso de fluido durante las operaciones de fondeo.
El fuste metalico o estructura de tipo celosla que se une al cajon y que soporta el aerogenerador o la torre meteorologica dispone superiormente de un elemento metalico de conexion entre el y la superestructura de dicho aerogenerador o de dicha torre meteorologica. Opcionalmente tambien dispone superiormente de una zona de atraque o embarcadero, plataformas de descanso y escaleras de acceso, as! como de una plataforma de mantenimiento y de instrumentacion.
Debido al continuo desarrollo del sector de la energla eolica marina por la necesidad de cubrir la intensa demanda de energla electrica, se estan haciendo profundos esfuerzos en avanzar en metodos y procedimientos constructivos que permitan optimizar la construccion e instalacion de estructuras eolicas offshore.
La forma geometrica sencilla del cajon de la cimentacion (rectangular o cuadrada) lo hace facilmente prefabricable. El cajonero empleado para su construccion es habitual en el sector marltimo-portuario y es totalmente susceptible de aplicacion industrial en un sector distinto como el de la energla eolica marina. Al ser este un proceso bien conocido y ya estandarizado, permite la construccion en serie de cajones para la cimentacion, minimizando costes y aumentando el ritmo de production.
Asimismo, el fuste metalico o celosla metalica y los componentes de union son elementos ampliamente empleados en otros sectores de la ingenierla y en el propio sector de la energla eolica marina, por lo que su aplicacion es inmediata.
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Ademas, este sistema de construction de cimentaciones presenta otras ventajas que abarcan diversos aspectos:
- es aplicable a profundidades intermedias (de 20 m a 50 m);
- en funcion de la capacidad portante del terreno, no requiere mas que una minima preparation del lecho marino;
- el impacto acustico o por vibraciones en el terreno es nulo en su ejecucion;
- la verticalidad de la estructura global (torre meteorologica o aerogenerador) esta garantizada por emplearse un elemento metalico de conexion, con capacidad de regulation, entre el fuste metalico o jacket y la superestructura;
- el fuste o jacket metalico reduce sensiblemente el peso de la cimentacion con respecto a fuste de hormigon;
- es una solution sencilla, que no requiere equipos de elevation o barcos especiales, por ser una cimentacion autoflotante que puede ser transportada por remolcadores estandar;
- la union entre fuste o jacket y el cajon se realiza en seco y posteriormente, una vez protegidas contra la corrosion, quedan bajo el agua;
- el procedimiento constructivo esta estandarizado y es bien conocido, al ser el mismo que se lleva a cabo para los cajones empleados habitualmente en obras marltimas y portuarias;
- el acopio de todas las unidades que se fabrican se puede realizar en el mar, sin necesidad de tener que ocupar superficie terrestre;
- el diseno del interior del cajon y la cimentacion permite la reflotacion y retirada del conjunto una vez que ha finalizado la vida util de la estructura, por lo que el impacto ambiental a futuro desaparece;
- esta solution permite el montaje e instalacion en puerto de toda la superestructura, de manera que el transporte por flotation puede realizarse reduciendo costes y optimizando las secuencias de montaje y los plazos de instalacion.
Description de las figuras
Para complementar la description que se esta realizando y con objeto de facilitar la comprension de las caracterlsticas de la invention, se acompana a la presente
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memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 muestra una vista general en perspectiva de la solucion.
La figura 2 es una vista en seccion segun un plano vertical que pasa por una de las celdas (61) en la que se forma un nudo (3) de fijacion del fuste o de la celosla en la que se fija el aerogenerador.
La figura 3 se corresponde con sendas vistas en alzado y planta de una cimentacion para una estructura tipo celosla.
Realizacion preferente de la invencion
Esta caracterizado por su buen comportamiento en ubicaciones con suelos marinos geotecnicamente poco competentes, y por su estabilidad naval y autoflotabilidad, lo que permite su transporte por remolcadores tradicionales, evitando la utilizacion de grandes medios auxiliares tanto terrestres como marltimos.
En la figura 1 pueden distinguirse los tres partes que componen la estructura de apoyo del aerogenerador o de la torre meteorologica; a saber:
a) Cajon de hormigon (1), aligerado con celdas interiores interconectadas entre si y con dispositivos de llenado y vaciado que permiten el lastrado y deslastrado.
b) Fuste metalico (4) o celosla (jacket) (7), sobre el que se dispone la zona de atraque o embarcadero, plataformas de descanso y escaleras.
c) Elemento metalico (5) de conexion entre el fuste y la superestructura del aerogenerador o torre meteorologica. Este elemento de conexion permite disponer sobre el la plataforma de mantenimiento y la instrumentation necesaria.
La figura 2 muestra en detalle el cajon de hormigon (1). En ella pueden distinguirse los muros perimetrales exteriores, las celdas (6) y los muros interiores y una seccion de la losa superior que cubre toda la parte superior del cajon. As! como el nudo (3) de union fuste-cajon, con las barras de pretensado (9). La fabrication del
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cajon se lleva a cabo en puerto utilizando un cajonero o dique flotante, que dispone de un sistema de encofrado deslizante. Este cajonero se utiliza habitualmente en construcciones marltimo-portuarias en Espana. Una vez construido el cajon, el cajonero es lastrado hasta que el cajon queda flotando, con lo que puede ser remolcado y acopiado en el mar. La utilization de dique flotante para cimentaciones de gravedad supone un impulso de la tecnologla de construction marltima espanola.
El cajon (1) presenta varias vlas de comunicacion con el exterior (13), en las que se coloca una valvula de control de paso de agua hacia el interior del mismo durante el proceso de fondeo o, en su caso, durante la reflotacion de la cimentacion. Las celdas interiores (6) tambien estan interconectadas entre si por unos conductos (12), dotados de dispositivos de control de vaciado y llenado que permite la autorregulacion del nivel de lastrado para el fondeo en su ubicacion final.
La ejecucion de la losa superior (2) se realiza en seco, con el cajon (1) a flote, disponiendose prelosas (8) en toda la superficie, salvo en las celdas (61) en las que se han de formar los nudos (3). Posteriormente a la colocation de dichas prelosas (8) se ejecutan la losa (2) y el nudo o los nudos (3) con el armado necesario, instalandose ademas elementos de tension (9) en el nudo que serviran de conexion con el fuste metalico o celosla.
En la figura 2 se aprecia una realization en la que la celda (61) en la que se fabrica el nudo (3) presenta sus paredes reforzadas, con un grosor sensiblemente mayor que las paredes de las restantes celdas. La finalidad de esta estructura es resistir eficazmente los esfuerzos a los que se vera sometida al soportal el conjunto de la estructura que se monta en dicho nudo. El nudo propiamente dicho se forma unicamente en la zona superior de dicha celda (61), apoyado en una prelosa intermedia que a su vez se fija en unos apoyos construidos al efecto en el interior de la celda (61). Esta solution permite aligerar el conjunto de la cimentacion y tambien la creation de un espacio vaclo que durante el fondeo se llena de agua del mar para estabilizar y contribuir al asentamiento de la misma.
Es posible una realizacion alternativa en la que dicho nudo (3) ocupa la totalidad de la celda (61) en la que se fabrica.
La estructura del fuste o celosla y del elemento metalico de union se pueden instalar con el cajon a flote, mediante gruas, sin necesidad de tener que hacer un prefondeo en puerto. Tal y como se aprecia en la figura 1 el fuste metalico (4) se fija en un nudo (3) situado en la celda (61) que ocupa la posicion central del cajon. En 5 la figura 3 se aprecia una estructura tipo celosla (7) que se apoya y fija en cuatro nudos (3) que estan repartidos estrategicamente para que se situen formando un cuadrado o rectangula concentrico con el perlmetro del cajon (1).
Una vez ensamblados todos los elementos del cajon (1), este puede ser remolcado 10 hasta el lugar de destino mediante remolcadores tradicionales, sin necesidad de buques o medios especiales.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invencion, asl como un ejemplo de realization preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los 15 materiales, forma, tamano y disposition de los elementos descritos podran ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteration de las caracterlsticas esenciales de la invencion que se reivindican a continuation:
Claims (7)
- 5101520253035REIVINDICACIONES1. - Cimentacion por gravedad para la instalacion de aerogeneradores offshore y torres meteorologicas, fabricada en un dique flotante para ser remolcada a su lugar de ubicacion definitiva, donde se fondea quedando finalmente totalmente sumergida debajo del nivel del mar, que comprende:a) un cajon autoflotante (1) de hormigon, con forma de prisma recto de bases rectangulares, provisto de celdas verticales interiores (6) interconectadas entre si y con el exterior, dotadas de dispositivos de vaciado y llenado que permite la autorregulacion del nivel de lastrado para el fondeo en su ubicacion final;b) una losa (2) de cierre superior, que abarca toda la superficie del cajon (1) a excepcion de al menos una celda (61) en la que se fija un fuste (4) o una estructura soporte (7), que une el cajon (1) con la superestructura (5) en la que se fija a su vez el aerogenerador o una torre meteorologica;c) al menos un nudo (3), formado en al menos una de las celdas (61) del cajon (1), hormigonado conjuntamente con la losa superior (2), que incluye elementos de conexion de un fuste (4) o estructura (7) que une el cajon (1) con la superestructura (5) en la que se fija a su vez el aerogenerador o una torre meteorologica;en la que la losa superior (2) que cubre el cajon (1), realizada conjuntamente con el nudo o los nudos (3) en los que se fija el fuste (4) o la estructura superior (7) formando un bloque compacto con ellos, se dispone sobre unas prelosas (8) que cubren toda la superficie superior del cajon (1), salvo aquellas celdas (61) en las que se forman dichos nudos (3), componiendo un cierre superior del cajon estanco.
- 2. - Cimentacion, segun las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que cada una de las celdas interiores (6) del cajon (1) esta comunicada con una serie de celdas contiguas formando zonas de llenado independientes entre si, cada una de las cuales dispone de al menos un conducto de acceso con el exterior, interponiendose en dichos accesos dispositivos que permiten o no el paso de fluido durante las operaciones de fondeo.
- 3. - Cimentacion, segun las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el nudo (3) que soporta un fuste metalico (4) en el que se fija a su vez el aerogenerador o una torre meteorologica, ocupa la celda central de dicho cajon.510152025
- 4. - Cimentacion, segun las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada por que los nudos (3) que soporta una estructura tipo celosla (7), en la que se fija a su vez el aerogenerador o una torre meteorologica, ocupa varias celdas de dicho cajon, distribuidas estrategicamente en su superficie.
- 5. - Cimentacion, segun las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que cada una de las celdas (61) en las que se fabrica uno de los nudos (3) presenta unas paredes de grosor sensiblemente mayor que las celdas libres de nudos, fabricandose la estructura del nudo unicamente en la zona superior de dichas celdas, de forma que queda un central e inferiormente un hueco interior.
- 6. - Cimentacion, segun las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que los nudos (3) se hormigonan ocupando la totalidad de una de las celdas (61) en las que se fabrican.
- 7. - Cimentacion, segun las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el fuste metalico (4) o estructura de tipo celosla (7) que se une al cajon (1) y que soporta el aerogenerador o la torre meteorologica dispone superiormente de un elemento metalico de conexion entre el y la superestructura de dicho aerogenerador o de dicha torre meteorologica y opcionalmente de una zona de atraque o embarcadero, plataformas de descanso y escaleras de acceso, as! como de una plataforma de mantenimiento y de instrumentation.
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2638011B1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220380006A1 (en) * | 2019-11-12 | 2022-12-01 | Beridi Maritime S.L. | Structure for supporting marine installations and procedure for the execution thereof |
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2014
- 2014-09-15 ES ES201790008A patent/ES2638011B1/es active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220380006A1 (en) * | 2019-11-12 | 2022-12-01 | Beridi Maritime S.L. | Structure for supporting marine installations and procedure for the execution thereof |
| US12030600B2 (en) * | 2019-11-12 | 2024-07-09 | Beridi Maritime S.L. | Structure for supporting marine installations and procedure for the execution thereof |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2638011B1 (es) | 2018-07-24 |
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