ES2966730T3 - Método de instalación de un pilote metálico tubular en un suelo rocoso - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un método para instalar un pilote metálico tubular (28) en suelo rocoso, implicando consecutivamente perforar el suelo rocoso (6) para formar una cavidad (14) con un diámetro y profundidad predeterminados, llenando la cavidad con material granular (18).), disponiendo el material granular en la cavidad mediante vibración e instalando el pilote en la cavidad. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método de instalación de un pilote metálico tubular en un suelo rocoso
Sector de la técnica
La presente invención se refiere al campo general de la instalación de pilotes metálicos en un suelo rocoso, especialmente en el mar, en un fondo marino rocoso.
Estado de la técnica
Un campo de aplicación de la invención es el de la colocación de cimentaciones de un parque eólico costa afuera, consúltese, por ejemplo, el documento EP 2650446 A.
Un aerogenerador costa afuera se instala en el mar mediante una cimentación formada por un monopilote metálico tubular de gran diámetro, típicamente de alrededor de 7 a 8 m de diámetro, que se encuentra encajado a unos treinta metros de profundidad en un fondo marino rocoso.
Generalmente, la instalación de un pilote de este tipo consiste esencialmente en perforar un agujero de un diámetro y profundidad determinados en el fondo marino rocoso para instalar el pilote. Esta perforación se realiza desde una barcaza que sustenta un taller de perforación y cementación. Luego se vierte cemento en el agujero para sellar el pilote en el agujero. Cuando la capacidad de carga del pilote de esta forma instalado esté asegurada por la adherencia del cemento, el pilote se suelta para poder desplazar la barcaza que transporta el taller de perforación y cementación hasta la ubicación del siguiente aerogenerador.
Sin embargo, esta técnica de colocación de las cimentaciones de un parque eólico costa afuera presenta numerosos inconvenientes. En particular, la perforación del agujero y la colocación del pilote en él implica un riesgo de inestabilidad de las paredes del agujero. Asimismo, esta técnica provoca un consumo excesivo de cemento durante el sellado el pilote en el fondo marino. Además, las propiedades del cemento tienden a deteriorarse en un medio marino y bajo las condiciones cíclicas de las fuerzas de las olas y el viento en el pilote. Por otro lado, esta técnica requiere asegurar la verticalidad y la adherencia del pilote durante su sellado, lo que requiere importantes herramientas y tiempo.
Objeto de la invención
Por tanto, el objetivo principal de la presente invención es proponer un método de instalación de un pilote metálico que no presente tales inconvenientes.
Conforme a la invención, este objetivo se consigue gracias a un método de instalación de un pilote metálico tubular en un suelo rocoso, que comprende la perforación del suelo rocoso para formar una cavidad de diámetro y profundidad predeterminados, y después el llenado de la cavidad con un material granular, luego la disposición del material granular presente en la cavidad mediante vibración y la instalación del pilote en la cavidad.
El método de instalación según la invención se destaca porque prevé la sustitución del suelo rocoso por un material granular (por ejemplo, arena) cuyas características mecánicas se mejoran luego durante la etapa de disposición. A continuación, se instala el pilote en la cavidad rellena con este material granular. En el método ilustrado en el documento EP 2650446 A, el material de relleno se inyecta a medida que el pilote avanza en la cavidad.
El método según la invención presenta, de esta forma, numerosas ventajas. En particular:
- el control del riesgo de inestabilidad de las paredes del agujero por el llenado de este último con un material granular cuyas características mecánicas son entonces mejoradas;
- la eliminación del sellado del pilote con cemento, lo que elimina los inconvenientes inherentes a este tipo de sellado (en particular, la eliminación del tiempo de fraguado y los riesgos de deterioro de las características del cemento con el tiempo);
Por tanto, el método según la invención tiene una mayor fiabilidad, un importante ahorro de tiempo respecto a los métodos de instalación de la técnica anterior y la flexibilidad de varios talleres de instalación simultáneamente.
El método según la invención se puede utilizar en suelos rocosos, ya sea en un medio acuático (por ejemplo, para la instalación de cimentaciones de aerogeneradores costa afuera), ya sea en un medio terrestre (por ejemplo, para la instalación de postes de telecomunicaciones, aerogeneradores terrestres, soporte/poste de red eléctrica, poste del teleférico, etc.).
La disposición del material granular en la cavidad se puede realizar durante la instalación del pilote. Alternativamente, la disposición del material granular en la cavidad se puede realizar antes de la instalación del pilote. En ese caso, la disposición del material granular en la cavidad se realiza mediante vibrocompactación o mediante compactación dinámica.
El pilote se puede instalar mediante vibroinserción en la cavidad llena con el material granular. Alternativamente, el pilote se puede instalar mediante batido en la cavidad llena con el material granular.
Preferentemente, la instalación del pilote en la cavidad comprende sucesivamente la colocación de una guía, la inserción vertical del pilote a través de esta guía y la colocación del pilote en la cavidad.
Igualmente de manera preferente, el material granular proviene del material obtenido de la perforación del suelo rocoso.
Descripción de las figuras
Otras características y ventajas de la presente invención surgirán de la descripción realizada más abajo, con referencia a los dibujos adjuntos que ilustran un ejemplo de realización desprovisto de carácter limitativo. En las figuras:
- las figuras 1A a 1F ilustran de forma esquemática diferentes etapas sucesivas de la fase de perforación según el método de acuerdo con la invención;
- las figuras 2A a 2F ilustran de forma esquemática diferentes etapas sucesivas de las fases de llenado y de disposición del material granular según el método de acuerdo con la invención; y
- las figuras 3A a 3D ilustran de forma esquemática diferentes etapas sucesivas de la fase de instalación del pilote según el método de acuerdo con la invención.
Descripción detallada de la invención
El método según la invención comprende tres etapas principales, es decir, una etapa principal de perforación de una cavidad, una etapa principal de llenado y de disposición de la cavidad y una etapa principal de instalación realmente dicha del pilote en la cavidad.
Las figuras 1A a 1F representan de forma esquemática diferentes secuencias sucesivas de un ejemplo de implementación de la etapa principal de perforación de una cavidad.
En este ejemplo de realización, el pilote metálico tubular está instalado en el mar, en un fondo marino rocoso (puede ser, por ejemplo, un pilote de cimentación para un aerogenerador costa afuera). Evidentemente, las etapas del método según la invención se aplican igualmente a la instalación terrestre de un pilote metálico tubular en un suelo rocoso.
Durante una primera secuencia (figura 1A), una plataforma 2 que soporta un taller 4 de perforación se lleva verticalmente al fondo 6 marino rocoso.
La plataforma 2 es del tipo elevable ("jack-up", en inglés), es decir, que comprende unas patas 8 que se apoyan en el fondo 6 marino rocoso para permitir elevar la plataforma 2 sobre el nivel del mar. A continuación se baja una torre 10 del taller de perforación (figura 1B).
Luego se baja un cabezal 12 de perforación dentro de la torre 10 y comienza la perforación del fondo 6 marino rocoso para formar una cavidad 14 de diámetro y profundidad predeterminados (etapa 1C).
La figura 1D representa el final de la operación de perforación propiamente dicha: la cavidad 14 tiene sus dimensiones finales (diámetro y profundidad), es decir, que el diámetro y la profundidad de la cavidad que se perfora son superiores respectivamente al diámetro y la profundidad finales de enterramiento del pilote. Por ejemplo, en el caso de una aplicación para la instalación de una cimentación de un monopilote de un aerogenerador costa afuera, la cavidad puede tener un diámetro de 7 a 8 m y una profundidad de 25 a 35 m.
Durante la siguiente secuencia (figura 1E), el cabezal 12 de perforación se eleva a bordo de la plataforma y se monta una guía anular 16 en el extremo superior de la cavidad 14. Una guía de este tipo es un equipo funcional que tendrá la función de estabilizar la parte superior de la cavidad si es necesario y guiar las operaciones de llenado y colocación del pilote.
Finalmente, la torre 10 del taller de perforación se puede volver a montar, las patas 8 se levantan (figura 1F) y la plataforma 2 se transporta a otro lugar de instalación de un pilote.
Las figuras 2A a 2F representan de forma esquemática diferentes secuencias sucesivas de un ejemplo de implementación de la etapa principal de llenado y de disposición de la cavidad previamente formada.
Esta etapa requiere la colocación sobre la cavidad 14 de un buque 17 para transportar material granular 18. Este material granular puede ser, por ejemplo, arena importada o provenir directamente del material resultante de la perforación del suelo rocoso, en cuyo caso puede haber sido sometido a un tratamiento previo.
Durante una primera secuencia (figura 2A), el buque 17 descarga el material granular 18 transportado (o reacondicionado y almacenado en el buque 17 si se trata del material de perforación) en el interior de la cavidad 14. Esta operación se realiza, por ejemplo, mediante un conducto 19 que conecta el fondo de la cavidad con el buque.
Una vez que la cavidad esté casi completamente llena con el material granular, se vuelve a llevar el conducto 19 a bordo del buque y se procede a la disposición de este material granular (figura 2B). Por ejemplo, esta disposición se realiza por vibrocompactación o compactación dinámica del material granular.
La vibrocompactación es una técnica conocida para generar una disposición del material granular que ha llenado la cavidad. Este método es un tratamiento en masa que consiste en introducir un vibrador 20 (o aguja vibratoria) en la cavidad llena de material granular para emitir vibraciones con el fin de reordenar los granos con el objetivo de densificar el material que llena la cavidad.
La compactación dinámica (no representada en las figuras) es otra técnica conocida para generar la compactación del material granular presente en la cavidad bajo el efecto de la entrada de altas energías. Típicamente, para crear ondas de alta energía en la cavidad, una masa de varias toneladas que se deja caer varias veces sobre el material granular.
Una vez completada la operación de disposición, la altura del material granular presente en la cavidad 14 es menor que antes de esta operación.
Durante la siguiente secuencia (figura 2C), se instala un embudo 22 en el extremo superior de la cavidad 14 para ayudar a llenar el resto de la misma con otro material granular, por ejemplo, grava 24 (figura 2D).
Luego, la grava 24 sufre una operación de disposición como se ha descrito anteriormente (vibrocompactación o compactación dinámica), por ejemplo, mediante un vibrador 20 como se representa en la figura 2E. La grava de la parte superior de la cavidad es un material más drenante para permitir que el agua circule más fácilmente por "efecto de drenaje". Al final de esta secuencia, la altura de la grava 24 presente en la parte superior de la cavidad 14 es menor que antes de esta operación y el buque 17 se puede trasladar a continuación a otro lugar de instalación de un pilote (figura 2F).
Se debe tener en cuenta que la secuencia de disposición del material granular en la cavidad se puede realizar antes (como se describe anteriormente) o durante la etapa de instalación del pilote que se describe a continuación.
Las figuras 3A a 3D representan de forma esquemática diferentes secuencias sucesivas de un ejemplo de implementación de la etapa principal de instalación propiamente dicha del pilote en la cavidad previamente formada y dispuesta.
Esta etapa requiere la colocación sobre la cavidad 14 de un buque 26 de instalación del pilote 28 metálico, tubular y hueco (habiendo sido previamente transportado el buque de transporte de material granular a otro lugar).
Una primera secuencia puede consistir en instalar una guía 30 en el nivel del extremo superior de la cavidad 14 (figura 3A). Esta guía 30 sirve para guiar el pilote durante su instalación.
A continuación se inserta el pilote 28 metálico, tubular y hueco en la cavidad (figura 3B) y se guía verticalmente (figura 3C) para penetrar en esta hasta una profundidad predeterminada. Estando el pilote hueco, el material granular presente en la cavidad queda alojado a la vez tanto entre el pilote y la cavidad como en el interior del pilote.
La inserción del pilote en la cavidad rellena con material granular dispuesto se realiza mediante vibroinserción o mediante batido. La vibroinserción es una técnica conocida en el campo de la edificación y las obras públicas para clavar pilotes por vibración de alta frecuencia y baja amplitud. En cuanto al batido, se trata de otra técnica conocida que consiste en clavar un pilote en el suelo por efecto dinámico de choques o de vibraciones. Los choques se obtienen generalmente por la caída del martillo sobre un casco de batido y las vibraciones mediante un dispositivo llamado vibrador o disparador.
A continuación se detiene la inserción del pilote una vez que se alcanza la profundidad de inserción deseada y el buque 26 se traslada a otro lugar de instalación de un pilote (figura 3D).
Claims (11)
1. Método de instalación de un pilote (28) metálico tubular en un suelo rocoso, que comprende:
la perforación del suelo rocoso (6) para formar una cavidad (14) de diámetro y profundidad predeterminados; y después el llenado de la cavidad con un material granular (18);
luego la disposición del material granular presente en la cavidad mediante vibración; y
la instalación del pilote en la cavidad.
2. Método según la reivindicación 1, en el que el pilote se instala mar adentro en un fondo marino rocoso.
3. Método según la reivindicación 1, en el que el pilote se instala en tierra en un suelo rocoso.
4. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la disposición del material granular en la cavidad se realiza durante la instalación del pilote.
5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la disposición del material granular en la cavidad se realiza antes de la instalación del pilote.
6. Método según la reivindicación 5, en el que la disposición del material granular en la cavidad se realiza mediante vibrocompactación.
7. Método según la reivindicación 5, en el que la disposición del material granular en la cavidad se realiza mediante compactación dinámica.
8. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el pilote se instala mediante vibroinserción en la cavidad rellena con el material granular.
9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el pilote se instala mediante batido en la cavidad rellena con el material granular.
10. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la instalación del pilote en la cavidad comprende sucesivamente la colocación de una guía (30), la inserción vertical del pilote a través de esta guía y la colocación del pilote en la cavidad.
11. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el material granular proviene del material obtenido de la perforación del suelo rocoso.
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