ES3040409T3 - A method of driving a pile into a seabed floor - Google Patents

Abstract

Una guía para instalar un pilote en un lecho marino que comprende: un cuerpo alargado que se extiende longitudinalmente a lo largo de un primer eje en una primera dirección desde un extremo superior hasta un extremo inferior y configurado para recibir un pilote orientado en la primera dirección; y un pie de indexación de la guía unido al extremo inferior del cuerpo alargado y desplazado lateralmente con respecto al primer eje. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un método para hincar un pilote en un suelo de lecho marino

Sector de la técnica

Esta invención se refiere a un método para la construcción de estructuras de cimentación submarinas. Este tipo de estructura puede tener la forma de pilotes tubulares de enclavamiento, pilotes de plancha o de pared combinada, o cualquier otro tipo de cimentación que requiere alta precisión de elemento a elemento. Estos elementos se pueden impulsar usando un martinete de impacto, un martinete vibratorio, o perforar en su sitio usando una variedad de herramientas.

Antecedentes de la invención

Un método común para construir una estructura de paredes de lecho marino es usar una estructura o andamiaje de plantilla temporal para situar y alinear los pilotes antes y durante la instalación. Sin embargo, los sistemas existentes para la instalación de paredes submarinas requieren típicamente el uso de sistemas de andamiaje amplios o el uso de andamiaje que se extiende por debajo de la línea de agua para proporcionar soporte a los pilotes durante la instalación. A menudo, se usan submarinistas, junto con andamiaje, para confirmar la alineación y/o el enclavamiento exitoso de pilote a pilote.

Un método alternativo de instalación es extender la longitud del pilote hasta la línea de agua, lo que simplifica la construcción, y recortar los extremos de los pilotes una vez que se ha completado la instalación. Se pueden encontrar métodos de construcción relacionados en el documento US 2015/0218765, que divulga un aparato y un método de construcción de muelles marinos, el documento US 7585 136, que divulga un método y un equipo para hacer un diafragma impermeable de pilotes secantes, los documentos NL 1033368 C2 y US 2011/170956 A1. Un ejemplo adicional de un método de construcción, donde una estructura de cimentación se hinca en el lecho marino, junto con el pilote, se muestra en el documento EP 0059648 A.

Varias limitaciones provienen de los métodos comunes para construir una estructura de paredes de lecho marino. En primer lugar, el ritmo de construcción está limitado típicamente por el movimiento y el tiempo de establecimiento del andamiaje; en segundo lugar, el coste del andamiaje puede ser significativo, dependiendo de la forma geométrica de los pilotes, la profundidad del agua y la precisión requerida; en tercer lugar, en muchos casos, la instalación se debe llevar a cabo durante momentos del día, o tener un ritmo de producción limitado por la noche; y en cuarto lugar, el método que recorta los extremos de los pilotes requiere operaciones y material adicionales, lo que afecta a la productividad y el coste.

Por lo tanto, el objeto de la presente invención es resolver los problemas anteriormente descritos y proporcionar un aparato y un método de construcción mejorados para la construcción de estructuras submarinas, que son capaces de ubicar con exactitud pilotes bajo el agua, con precisión muy alta desde un sistema de base terrestre sin un andamiaje amplio.

Explicación de la invención

Según la invención, se prevé un método para hincar un pilote en un suelo de lecho marino adyacente a una estructura de cimentación existente. El método comprende bajar una guía orientada longitudinalmente en una primera dirección hacia el suelo submarino; acoplar un pie de orientación de guías de la guía con la estructura de cimentación existente; y hacer avanzar el pilote, a lo largo de la guía, en la primera dirección hacia dentro del suelo submarino.

En esta configuración, el pie de orientación de guías permite que la guía se alinee con la estructura de cimentación existente. Puesto que la guía está orientada con respecto a la estructura de cimentación existente, es posible instalar el pilote durante momentos con baja viabilidad, por ejemplo, con aguas turbulentas o de noche.

En ciertos aspectos, el método puede comprender además insertar un enclavamiento del pilote en un enclavamiento de la estructura de cimentación existente.

En esta configuración, el enclavamiento asegura que el pilote está alineado apropiadamente, mientras se está hincando el pilote en el suelo de lecho marino.

En ciertos aspectos, el método puede comprender además determinar si el enclavamiento del pilote se ha acoplado al enclavamiento de la estructura de cimentación existente adyacente.

Determinar si los enclavamientos respectivos están acoplados apropiadamente antes de hincar el pilote en el suelo de lecho marino impide el daño al pilote, el daño a la estructura de cimentación existente y la colocación inadecuada del pilote.

En ciertos aspectos, el método puede comprender además fijar la guía a una plantilla que está adaptada para moverse en una segunda dirección que es perpendicular a la primera dirección.

Tener una plantilla desmontable permite que la plantilla sea desplazada simultáneamente con un pilote que se está cargando hacia dentro de la guía.

En ciertos aspectos, el método puede comprender además ajustar la ubicación de la guía desplazando la plantilla sobre al menos un carril.

El beneficio de proporcionar una plantilla que está conectada de modo deslizable a un carril permite una instalación eficiente de múltiples pilotes en ubicaciones diferentes.

En ciertos aspectos, el método puede comprender además cargar el pilote sobre la guía antes de la etapa de bajar la guía en la primera dirección.

Este método puede ser preferible, por ejemplo, mientras se realiza una instalación en aguas turbulentas, de manera que la guía no permanece sumergida durante más tiempo que el requerido.

En ciertos aspectos, el método puede comprender además cargar el pilote sobre la guía después de la etapa de bajar la guía.

Este método puede ser preferible, por ejemplo, mientras se realiza una instalación en aguas tranquilas. Este método reduce el tiempo de instalación, puesto que toda la guía se puede ajustar a la vez con la plantilla en lugar de ser desconectada de la misma.

Se pretende que puedan hacerse combinaciones de los elementos anteriormente descritos y los que están dentro de la memoria descriptiva, excepto en caso de que sea de otro modo contradictorio.

Las figuras que se acompañan, que están incorporadas en esta memoria descriptiva y constituyen una parte de la misma, ilustran realizaciones de la divulgación y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la misma.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una visión de conjunto, en perspectiva, de un aparato para instalar elementos de cimentación submarina;

la Fig. 2 es una vista, en perspectiva, de un aparato mostrado en la Fig. 1, que muestra un ejemplo de una compuerta de pilote;

la Fig. 3 es una vista, en perspectiva, de un aparato mostrado en la Fig. 1, que muestra un ejemplo de un pie de orientación;

la Fig. 4 es otra vista, en perspectiva, de un aparato mostrado en la Fig. 1, que muestra un ejemplo de una conexión desplazable de plantilla y guía;

la Fig. 5 es un diagrama de metodología que muestra cómo se construye una pared submarina; y

la Fig. 6 es una vista, en perspectiva, de un elemento de cimentación que se está instalando.

Realización preferente de la invención

A continuación, se hará referencia con detalle a realizaciones a modo de ejemplo de la divulgación, cuyos ejemplos se ilustran en las figuras que se acompañan. Donde sea posible, los mismos números de referencia se usarán en todas las figuras para referirse a las partes iguales o semejantes.

La Fig. 1 muestra un aparato para instalar una pared de lecho marino 1. El aparato puede incluir una guía 10, una plantilla 20, unos carriles 30 y un dispositivo de inserción de pilotes 40.

La guía 10 comprende una columna estructural larga que se extiende a lo largo de un eje Y1 desde un extremo superior 10a hasta un extremo inferior 10b; el extremo superior 10a tiene una elevación mayor que el extremo inferior 10b.

La guía 10 es un sistema autoportante que usa cabrestantes integrados o cabrestantes de grúa para controlar el levantamiento y la elevación de la guía, el levantamiento y la elevación de la herramienta (p. ej., martinete de pilotes) y el levantamiento y la elevación del pilote. La guía 10 está equipada también con una corredera 12 integrada (mostrada en la Fig. 4) que tiene un enclavamiento incorporado con la plantilla 20 y un intervalo de movimiento (movimiento vertical) adecuado para un proyecto específico. La energía hidráulica que acciona los sistemas integrados en la guía 10 (cabrestantes, compuertas de guiado y herramientas de hincado/perforación) la proporciona el dispositivo hidráulico de grúa de apoyo o el sistema de control de válvulas adicional con una unidad independiente de bloque de alimentación o una combinación de ambos (no mostrada).

Como se muestra en la FIG. 2, la guía 10 puede tener una o varias compuertas 14 que están configuradas para situar y alinear un elemento de cimentación, por ejemplo, un pilote 50, con relación a la guía 10. La compuerta 14 puede incluir al menos un brazo de compuerta 14a, que puede estar configurado para bascular entre las posiciones abierta y cerrada. Cualquier medio adecuado, por ejemplo, un dispositivo hidráulico, puede controlar la apertura y el cierre del brazo de compuerta 14a.

La guía 10 comprende además un pie de orientación de guías 16 que se extiende a lo largo de un eje Y2 que está desplazado lateralmente respecto al eje Y1 de la guía. El pie de orientación de guías 16 está fijado al extremo inferior 10b de la guía. El pie de orientación de guías 16 puede estar unido al extremo inferior 10b de la guía mediante, por ejemplo, soldadura o el pie de orientación de guías 16 puede estar completamente integrado con la guía 10 como una pieza unitaria.

Como se muestra en la FIG. 3, el pie de orientación de guías 16 puede formar una parte de punta 16a que está configurada para alinearse con una abertura de una estructura de cimentación existente 60, por ejemplo, un pilote, un grupo de pilotes, unas planchas, unos soportes sumergidos que reposan sobre el lecho marino, previamente instalados, etc. El pie de orientación de guías 16 comprende además una parte 16b ajustada que está configurada para contactar, al menos parcialmente, con una superficie interior de la abertura de la estructura de cimentación existente 60. El pie de orientación de guías 16 comprende además una parte de base 16c que está configurada para interconectarse con un extremo superior 60a de la estructura de cimentación existente 60.

La distancia radial ra desde el eje Y2 de la parte de punta 16a puede ser menor que una distancia radial rb desde el eje Y2 de la parte 16b ajustada. Una superficie que se extiende entre la parte de punta 16a y la parte 16b ajustada del pie de orientación de guías 16 puede estrecharse gradualmente.

La guía 10 puede comprender además un segundo pie de orientación de guías 18 que está configurado para alinearse e interconectarse con otra parte de la estructura de cimentación existente 60, por ejemplo, un pilote contiguo previamente instalado. El segundo pie de orientación de guías 18 puede extenderse a lo largo de un tercer eje Y3 que está desplazado lateralmente respecto al eje Y1 de la guía y al eje Y2 del primer pie de orientación. Este segundo pie de orientación se puede usar para proporcionar una alineación adicional de la guía y el pilote.

Como se ve en la FIG. 4, la plantilla 20 a nivel del suelo consiste en un armazón estructural que está instalado sobre unos carriles 30, que ayudan a la alineación y el movimiento de la plantilla 20. La plantilla 20 y los carriles 30 pueden estar hechos de cualquier material adecuado, por ejemplo, acero, hierro, aluminio, etc.

La posición de la plantilla 20 se puede fijar o desplazar a una ubicación predeterminada basándose en la separación requerida de la cimentación. La plantilla 20 está configurada para ser conectada de modo desmontable a la guía 10. La plantilla 20 puede tener una conexión pivotable 22 con la guía 10. Por ejemplo, la conexión pivotable 22 de la plantilla 20 puede estar configurada para hacer pivotar la guía 10 alrededor de un primer eje de pivotamiento de manera que un operario puede considerar cualquier desviación de construcción en los pilotes y la guía se puede ajustar para dirigir la posición del pilote a fin de mantener la construcción dentro de una tolerancia especificada. La conexión pivotable 22 puede estar configurada además para hacer pivotar la guía alrededor de un segundo o un tercer eje de pivotamiento. La conexión pivotable 22 puede ser bloqueable de manera que la guía 10 puede bloquearse en su sitio después de pivotar alrededor de un eje de pivotamiento primero, segundo y/o tercero.

El dispositivo de inserción de pilotes 40 se puede fijar a la guía 10 por cualquier medio adecuado, por ejemplo, unos elementos de sujeción. El dispositivo de inserción de pilotes 40 se puede fijar próximo al extremo superior 10a de la guía 10. El dispositivo de inserción de pilotes 40 puede ser cualquier medio apropiado para insertar un pilote en un suelo de lecho marino F, por ejemplo, un martinete vibratorio o de impacto de pilotes.

En funcionamiento, la plantilla 20 está instalada sobre carriles 30 o rodillos que están nivelados y alineados con un emparrillado de pilotes submarinos a lo largo de la pared a construir. Después del montaje de la guía 10 y la colocación apropiada de la plantilla 20, la guía 10 se sujeta verticalmente con el pie de orientación de guías 16 que toca el terreno o está conectado a un pedestal suministrado que limita el movimiento durante el levantamiento y la carga del pilote 50.

Como se muestra en la FIG. 5, se abre la compuerta hidráulica 14 y, entonces, se conecta el pilote 50 a la línea de pilotes y se levanta verticalmente usando una grúa o unos cabrestantes de levantamiento integrados. La compuerta hidráulica 14 se cierra posteriormente de manera que los enclavamientos 50f, 50m del pilote 50 están ya alineados con la línea de pilotes. Los enclavamientos 50f, 50m se describirán con más detalle con referencia a la FIG. 6. La guía 10, que tiene el pilote 50 en su interior, se levanta, se desplaza y, entonces, se baja para ser conectada a la plantilla 20. El conjunto de guía se puede levantar usando una grúa. La corredera integrada en la guía se acopla a la plantilla 20 bloqueándose a la misma. Los elementos de bloqueo previstos, que tienen una rotación bloqueable en los 3 ejes, se acoplan para mantener la alineación apropiada en las direcciones horizontal y vertical, así como para impedir cualquier movimiento no deseado.

La guía 10 se baja entonces hacia el suelo de lecho marino F. La guía 10 se mantiene en una posición vertical, que se puede monitorizar con, por ejemplo, inclinómetros, sistemas de plomada o herramientas de nivelación manuales. A medida que se baja la guía 10, la parte de punta 16a de la guía 16 se insertará inicialmente en la abertura de una estructura de cimentación existente 60, p. ej., un pilote previamente instalado. La superficie estrechada gradualmente entre la parte de punta 16a y la parte 16b ajustada conduce el pie de orientación de guías 16 hasta que la estructura de cimentación existente contacta con la parte de base 16c del pie de orientación de guías 16. Así, el pie de orientación de guías 16 se inserta en la estructura de cimentación existente 60 y está soportado por la misma. En esta configuración, la guía 10 está sustancialmente conectada al pie de orientación de guías 16.

Como se puede ver en la FIG. 3, se prevé que la guía 10 pueda tener un segundo pie de orientación de guías 18 que está configurado para acoplarse a otra parte de la estructura de cimentación existente 60 de manera similar al primer pie de orientación de guías 16 previamente descrito. El segundo pie de orientación de guías 18 puede extenderse a lo largo de un eje Y3 que está desplazado lateralmente respecto a los ejes Y1 e Y2. El segundo pie de orientación de guías 18 puede tener una forma similar al primer pie de orientación de guías 16 y estar dispuesto sobre el segundo extremo 10b de la guía 10.

Volviendo a las FIGS. 5 y 6, después de que al menos un pie de orientación de guías 16 está insertado completamente en la estructura de cimentación existente 60, el pilote 50, que está cargado en la guía 10, está en la alineación apropiada y se puede bajar.

El pilote 50 tiene unos enclavamientos 50m, 50f que están adaptados para acoplarse a unos enclavamientos 60m, 60f de la estructura de cimentación existente 60. Por ejemplo, al menos una parte del pilote 50 puede tener un enclavamiento de tipo macho 50m que se extiende por una longitud del pilote 50, paralela al eje Y1. La estructura de cimentación existente 60, que puede ser un pilote existente, puede tener un enclavamiento de tipo hembra 60f que se extiende por una longitud de la estructura de cimentación existente 60, paralela al eje Y2. Por lo tanto, cuando el pilote 50 se está bajando hacia el suelo de lecho marino F, los enclavamientos 50m, 60f respectivos se acoplan entre sí. Se puede implementar cualquier medio de enclavamiento adecuado, por ejemplo, un saliente en forma de T y un canal correspondiente. Se pueden usar cámaras y/o sensores para asegurar que los enclavamientos 50m, 60f respectivos están acoplados apropiadamente.

Después de determinar que los enclavamientos 50m, 60f respectivos están acoplados apropiadamente, se abren las compuertas 14 permitiendo que el pilote 50 se baje al suelo de lecho marino F. Una vez que el pilote contacta con el suelo de lecho marino F, el dispositivo de inserción de pilotes 40 hinca el pilote 50 en el mismo. El dispositivo de inserción de pilotes 40 puede ser un martinete de impacto, un martinete vibratorio o unos medios para introducir por perforación el pilote 50 en el suelo de lecho marino F. Se pueden usar con las compuertas 14 unos medios de realimentación, por ejemplo, unos indicadores hidráulicos configurados para proporcionar una realimentación visual sobre la posición de la compuerta (abierta/cerrada), incluso cuando la turbidez del agua impide la confirmación visual o durante una instalación nocturna.

Una vez que el pilote 50 se ha instalado dentro del suelo de lecho marino F, se eleva verticalmente la guía 10, lejos del suelo de lecho marino F. La guía 10 vuelve a ser desplazada hasta su posición inicial y, después de ello, desconectada de la plantilla 20. En este punto, se puede cargar un nuevo pilote hacia dentro de la guía 10. Esto se puede hacer simultáneamente con el movimiento de la plantilla 20 hasta la siguiente posición. La plantilla 20 se puede hacer avanzar usando un cable metálico, unos cabrestantes o unos cilindros accionados hidráulicamente.

Los beneficios de realizar este método de operación usando la guía 10 que tiene al menos un pie de orientación de guías 16 son que bajar el pie de orientación de guías 16 hacia dentro de la estructura de cimentación existente 60, p. ej., unos pilotes previamente instalados, realiza un ajuste fino de la alineación de la guía 10 en elevaciones de lecho marino y permite que la guía 10 se oriente usando la estructura de cimentación existente 60. Además, puesto que la guía 10 está orientada con respecto a la estructura de cimentación existente 60 y a la plantilla 20, es posible determinar la posición y la alineación de la estructura de cimentación existente 60 por la revisión o la exploración instrumental sobre la guía 10. Esto permite la instalación de una pared de lecho marino durante momentos con baja viabilidad, por ejemplo, aguas turbulentas o de noche.

Un método alternativo para instalar un pilote 50 dentro del suelo de lecho marino F es similar al método previo, excepto en que el pilote 10 se conecta a la plantilla 20 sin tener un pilote 50 cargado en su interior. La guía 10 se baja entonces hacia el suelo de lecho marino F. Similar al método previo a modo de ejemplo, el pie de orientación de guías 16 se inserta en la estructura de cimentación existente 60 y está soportado por la misma. Similar también al método previo, se prevé que la guía 10 pueda tener un segundo pie de orientación de guías 18 que está configurado para acoplarse a otra parte de la estructura de cimentación existente 60.

Después de que al menos un pie de orientación de guías 16 está insertado completamente en la estructura de cimentación existente 60, el pilote 50 se carga hacia dentro de la guía 10 o sobre la misma y se asegura con una compuerta 14 desplazable. El pilote 50 se baja entonces hacia el suelo de lecho marino F.

Similar al método previo, después de que los enclavamientos 50m, 60f respectivos del pilote 50 y la estructura de cimentación existente 60 están acoplados apropiadamente, se abren las compuertas 14 permitiendo que el pilote 50 se baje al suelo de lecho marino F y el dispositivo de inserción de pilotes 40 hinca el pilote 50 en el mismo.

Después de que el pilote 50 se ha instalado dentro del suelo de lecho marino F, se eleva verticalmente la guía 10, lejos del suelo de lecho marino F y hasta su posición inicial. Después de ello, la guía 10 puede ser desplazada simultáneamente con la plantilla 20 hasta la siguiente posición. El conjunto de guía 10 y plantilla 20 se puede hacer avanzar usando un cable metálico, unos cabrestantes o unos cilindros accionados hidráulicamente.

Los beneficios de realizar este método de operación usando la guía 10 que tiene al menos un pie de orientación de guías 16 son que bajar el pie de orientación de guías 16 hacia dentro de la estructura de cimentación existente 60 sigue igual que el método previo porque el pie de orientación de guías 16 realiza un ajuste fino de la alineación de la guía 10 en elevaciones de lecho marino y permite que la guía 10 se oriente usando la estructura de cimentación existente 60. Sin embargo, si la instalación está produciéndose en aguas tranquilas o en calma, absteniéndose de desconectar de la plantilla 20 la guía 10 después de que se hinca cada pilote 50, y ajustando la guía 10 con la plantilla 20, se facilita el proceso de instalación.

Por toda la descripción, incluyendo las reivindicaciones, la expresión “que comprende un” se debe entender que es sinónimo de “que comprende al menos un”, a no ser que se indique de otro modo.

Aunque la presente invención en este documento se ha descrito con referencia a realizaciones particulares, se ha de entender que estas realizaciones son meramente ilustrativas de los principios y las aplicaciones de la presente divulgación.

Se pretende que la memoria descriptiva y los ejemplos se consideren solamente a modo de ejemplo, estando el verdadero alcance de la invención indicado por las siguientes reivindicaciones.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Un método para hincar un pilote (50) en un suelo de lecho marino (F) adyacente a una estructura de cimentación existente (60), comprendiendo el método:

bajar una guía (10) orientada longitudinalmente en una primera dirección hacia el suelo de lecho marino (F); acoplar un pie de orientación de guías (16) de la guía (10) con la estructura de cimentación existente (60); y hacer avanzar el pilote (50), a lo largo de la guía (10), en la primera dirección hacia dentro del suelo de lecho marino (F).

2. El método de la reivindicación 1, que comprende además insertar un enclavamiento (50m) del pilote (50) en un enclavamiento (60f) de la estructura de cimentación existente (60).

3. El método de la reivindicación 2, que comprende además determinar si el enclavamiento (50m) del pilote (50) se ha acoplado al enclavamiento (60f) de la estructura de cimentación existente (60) adyacente.

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además fijar la guía (10) a una plantilla (20) que está adaptada para moverse en una segunda dirección que es perpendicular a la primera dirección.

5. El método de la reivindicación 4, que comprende además ajustar la ubicación de la guía (10) desplazando la plantilla (20) sobre al menos un carril.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además cargar el pilote (50) sobre la guía (10) antes de la etapa de bajar la guía (10) en la primera dirección.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además cargar el pilote (50) sobre la guía (10) después de la etapa de bajar la guía (10).