PT2851471T

PT2851471T - Estrutura de construção, em particular estrutura subaquátia de um edifício offshore e método para criar a construção offshore

Info

Publication number: PT2851471T
Application number: PT141854752T
Authority: PT
Inventors: Bartminn Daniel; David Quintana Saavedra Jesus
Original assignee: Rwe Innogy Gmbh
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2016-09-01
Also published as: PL2851471T3; DE102013015819A1; ES2588481T3; EP2851471A3; EP2851471A2; EP2851471B1

Description

DESCRIÇÃO

ESTRUTURA DE CONSTRUÇÃO, EM PARTICULAR ESTRUTURA SUBAQUÁTIA DE UM EDIFÍCIO OFFSHORE E MÉTODO PARA CRIAR A CONSTRUÇÃO OFFSHORE A invenção refere-se a uma estrutura de construção, em especial uma estrutura subaquática de uma construção offshore, compreendendo, peio menos, dois elementos de construção mutuamente ligados, pelo menos parcialmente de aço, incluindo pelo menos parcialmente um volume preenchido com um composto de moldagem endurecível peio menos. A invenção refere-se ainda a um método para a criação de uma estrutura offshore, compreendendo uma estrutura submersa com pelo menos uma perna de apoio e/ou pelo menos uma guia de estaca na estrutura subaquática, cujo método compreende a criação de pelo menos uma pilha de fundação no fundo do mar e a ligação da estrutura subaquática com a pilha de fundação, bem com o preenchimento da perna de apoio na pilha de fundação ou o preenchimento de um espaço de anel entre a guia de estaca e a pilha de fundação.

Uma estrutura subaquática de uma estrutura offshore e um método do tipo acima mencionado são conhecidos, por exemplo, a partir da WO 2011/010937 AI e da EP 0204041 AI.

As fundações offshore são .frequentemente concebidas como íunaaçoes ae prlna, que no fundo do mar são tipicamente conduzidas ou lavadas como uma ou mais pilhas. As pilhas são muitas vezes formadas como estacas de aço ocas, que são transportadas ao longo de um comprimento predeterminado no subsoio. Nestas pilhas e colocada uma estruturei submarina ou uma estrutura de ancoragem da construção offshore, por exemplo, sob a forma de uma fundação de jacket. A fundação de jacket acolhe mais tarde uma peça de transição (transition piece) e uma construção conseguida na peça de transição. As pernas de apoio da estrutura podem ser fornecidas, por exemplo, com as chamadas piles sleeves, que se encontram intercaladas na posição cie montagem das pilhas de fundação. Alternativamente, as pernas de apoio podem mergulhar nas pilhas de fundação. Em ambos os casos, é usual que os componentes de construção na região da sua penetração mutua, isto é, com um composto cie moldagem hidraulicamente durável. Como compostos de fundição (argamassa), encontram aplicação os betões de alta viscosidade, que, depois de terem endurecido, transmitem as forças entre as partes mutuarnente envolventes dos componentes.

Em particular, as construções offshore estão expostas a ondas e a cargas cíclicas dinâmicas por ação do vento, de modo que, ao longo da vida da estrutura, são submetidas a tensões de compressão no composto cie moldagem. Ao longo do tempo, o betão é submetido a uma determinada retracção, pelo que a superfície de contacto cio betão com o aço é reduzida sob certas circunstâncias, de raocio que as tensões de tração no betão levam a fissuras e uma resistência menor do material do betão. São conhecidos esforços que melhoram a dutilidade do betão através do preenchimento com fibras de plástico. Além disso, também é conhecido que melhora a resistência à tração do material através do reforço correspondente ou preenchimento de aço.

No entanto, tem-se verificado que a resistência de tais compostos encapsulados não e satisratoria, especialmente sob c a. r g a s d i n âm i c a s .

Problemas similares ocorrem com ligações de flange, em que os elementos de construção de flange, por exemplo na forma de extensões de tubo do tubo de aço, são preenchidos com um composto de moldagem. No caso de ligações asseguradas com parafusos roscados, pode ocorrer uma deterioração correspondente do enchimento de betão, em que a tensão é perdida nas uniões roscadas, de modo que os compostos se possam soltar. A invenção é, portanto, baseada no objetivo de proporcionar uma estrutura de construção e um método do tipo mencionado, em que a resistência à fadiga dos compostos moldados, em especial quando expostos a cargas dinâmicas cíclicas é melhorada. O objetivo é alcançado, em primeiro lagar, por uma estrutura de construção de acordo a reivindicação i.

Isto é conseguido de acordo com a invenção, por um lado, ura encolhimento de outra forma convencional do composto de moldagem e, por outro lado, uma tensão de polarização na area de articulação do molde da estrutura de construção; o que contraria um relaxamento prematuro.

Isto é particularmente útil e vantajoso quando o volume de duas estruturas de construção que se interpenetram é moldado com uma tal massa de presa hidráulica que sofre um aumento de volume após a fixação.

Vantajosamente, este aumento de volume ao longo do tempo e a uma extensão tal é assegurado por os limites de resistência da estrutura de construção não serem excedidos.

Uma estrutura de construção de acordo com a presente invenção pode não ser necessariamente uma estrutura subaquática. Também os compostos que não são subaquáticos, são sujeitos a alterações estruturais, por: exemplo sob a forma de oscilações de secagem. Mesmo em. tais estruturas de construção é útil e oportuno -preencher os volumes fechados com uma massa de configuração hidráulica que sofre um aumento de volume após a sua cura. A estrutura de construção de acordo com a invenção inclui tanto componentes estruturais parcialmente que encerram com, por exemplo, volumes de espaço em forma de anel, bem como com componentes que estão, por exemplo, ligados com ligações de flanges aparafusadas umas às outras. A invenção prevê que, como composto de vedação, esteia previsto um betão, que inclui um aditivo reativo axcáli-silicato. Assim sendo, é produzida uma reação arcalx-sílica-alcalino entre os alcalis do cimento em betão e os aditivos de betão com álcali-sílica-alcalino. Esta reação provoca um desvio ou um aumento do volume do betão; o que torna a estrutura da presente invenção útil para gerar uma tensão de polarização entre cada um dos componentes de envolvimento da estrutura de construção.

Tal reacçãc· não é normalmente desejada com peças de betão que nao estiverem fechadas ou apertadas e, geralmente, conduz a destruição da estrutura em questão. A invenção divulga que um sopro do composto de moldagem como resultado de reações alcalinas em, pelo menos, compostos de moldagem envolvidas por estruturas de construção é inofensivo.

Numa variante vantajosa da estrutura de construção de acordo com a invenção prevê-se que o betão apresente um teor alcalino de equivalente a Na?0 entre 1 kg/nr5 e 5 kg/m3' De acordo com a invenção, o betão tem um teor alcalino > 1 kg/m3, mais preferencialmente > 3 kg/m3' Um valor de 5 kg/m3não deve ser excedido.

Os teores alcalinos do cimento e do betão são tipicamente referidos como equivalente a Na20. 0 equivalente a Na20 é resultado da soma do teor em Na20 e de um teor de K20 com um factor.

Surpreendentemente, verificou-se que o betão experiencia, depois da cura, com um teor alcalino de cerca de 1 kg/nr de equivalente a Na20, um aumento de volume suficiente para conseguir uma pré-carga do composto de moldagem por períodos prolongados. 0 teor alcalino do betão provém, naturalmente, do teor alcalino do cimento e do agregado, assumindo que nenhum aditivo de betão alcalino é adicionado ao cimento. 0 betão é geralmente composto de cimento, se for caso disso de um aditivo de betão, que tem uma consideração volumétrica, um aditivo e uma adição de água. 0 cimento é hidraulicamente reativo e, com a adição de água, faz uma presa hidráulica da mistura.

Numa variante particularmente preferida da estrutura de construção de acordo com a invenção, prevê-se que o cimento tenha ura equivalente de Na20 de > 0,6% em peso.

Em particular, os agregados sensíveis a alcali rios, nomeadament-p ,ν-Γ.Ίη·,-,i ... ,j„ r, - Ί . -« ^ranuiadoo, xevam em ligaçao com cimentos com um nte de NdO de > 0,6¾ era peso, ao desejado aumento do volume de betão.

Plemento e preferivelmente selecionado a. partir d.e um ^ ^ _ ' 0rrPi eendendo siltito, calcário, quart zi to, grau vaque, g^anit^, ^iorxte, gabro, tufo riolítico, clorito ou basalto. ^ aditivo pode compreender mais do que 1& em peso de v.~i^wal~no ou de minerais de silicato amorfos, que são de selecionados de um grupo consistindo de opala, uxistooalxte ou outro vidro vulcânico ou artificial. - or Vidro vulcânico no sentido do presente pedido, entenoe-se um vulcaiito corn elevado teor de siiicato amorfo.

Verificou-se ser particularmente vantajoso se o aumento no volume da composição de betão depois de um ano e sob condições de teste de acordo com a. AS TM C1293 for de 0,06 a 0,24%.

Quando são utilizados agregados reativos alcalinos moderados, pode acontecer, por exemplo, um aumento de volume na gama de 0,06% ou ligeiramente superior a 0,06%.

Quando são utilizados agregados reativos alcalinos e opcxonalmente cimentos altamente alcalinos, o aumento de volume pode ser na ordem de 0,12%. Quando são utilizados agregados extremamente reativos e/ou cimentos extremamenre alcalinos, o aumento de volume pode ser mais do que 0,24% depoi °-de um ano. A adição de água ao betão pronto para vazamento é preferencialmente selecionada de modo que a humidade r^a^iva no interior do betão após dois anos seja de cerca, de qqs-

Numa variante particularmente conveniente e vanf^„„. ^. uiH.dj OSci Ud estrutura de construção de acordo com a invenção est- , prevrsto que seja usado um cimento sem aditivos minerais.

No caso de serem usadas cinzas volantes como j · u àdxtxvo de betão com urna proporção inferior a 8% em peso de Caí), =, -r. L u proporção de aditivo de betão é < 30% em peso. Ao utilizar cinZas volantes com uma proporção de CaO de 8 a 20% em peso, a p-roDo^cão de aditivo de betão deve ser < 35%.

Ao utilizar cinzas volantes com uma proporção de 8 a 20% em peso de CaO como aditivo de betão, a proporção de aditivo de betão deve ser < b0% em peso, no caso de uso de pó de silica < i2% em peso, no caso de uso de escória < 65% em peso e no caso de uso de metacaulino < 20% em peso. Ao utilizar as cinzas volantes como um material de aditivo de betão, a proporção de CaO nas cinzas volantes deve, idealmente, ser superior a 15% em peso.

Numa variante preterida da. estrutura de construção de acordo com a invenção, está prevista uma pilha de fundação no fundo do mar e pelo menos uma perna de apoio ou pelo menos uma guia. de estaca numa estrutura de fundação da construção offshore e o composto de moldagem enche um espaço de anel entre a perna de apoio ou a guia de estaca por um lado, e a pilha, por outro. O ooj etivo da invenção é ainda uru mét O O. O jÓJ cí X cá cá C X íaÇciO de uma estrutura ofrshore, compreendendo uma estrutura submersa com pelo menos uma perna de apoio ou pelo menos uma guia de estaca na estrutura subaquática, cujo método compreende a criação ae peio menos uma pilha de fundação no fundo do mar e a ligação aa estrutura subaquática com a pilha de fundação, bem com a cura da perna ae apoio na pilha de fundação ou a cura de um espaço ae anel entre a guia de estaca e a pilha de fundação, em que, como composto de moldagem, é usado um composto de ligação, que compreende um aumento de volume após a ligação.

Como composto de moldagem é convenientemente aplicar um betão do tipo acima descrito. A invenção é ilustrada abaixo com referência a uma forma de realização mostrada nos desenhos.

Nos desenhos:

Figura 1: uma secção longitudinal através de uma estrutura de construção de acordo com a invenção e Figura 2: uma secção transversal ao longo das linhas ΙΓ--ΙΙ na Figura 1,

Figura. 3: um gráfico para. as linhas-limite como agregado com um tamanho de grão máximo de 8 mm e Figura 4: um gráfico para as linhas-limite com um tamanho de grão máximo de 16 mm.

As Figuras 1 e 2 mostram parte de uma estrutura de ancoragem submersa de uma estrutura offshore. A estrutura de ancoragem compreende uma perna de apoio 1, que é inserida numa pilha de fundação ancorada 2 no leito do mar. A estrutura de ancoragem é proporcionada com uma pluralidade de pernas de apoio 1, por exemplo, como a chamada fundação de jacket, que recebe uma peça de transição (transition piece) e uma construção, por exemplo sob a forma de uma torre com um gerador de e n e r g i a e 61 i c a . A perna de apoio 1 é parte da estrutura de aço da fundação de jacket e mergulha ao longo de um comprimento de leito predeterminado na pilha d.e fundação 2. A pilha de fundação 2 é personificada por exemplo como um tubo de aço, sendo que este é colocado no fundo do mar. A perna de apoio i pode ser vendida por exemplo num recheio dentro da pilha de fundação 2. Alternativamente, esta pode ser suportada na pilha de fundação 2, por exemplo através de um chamado bracket. 0 espaço de anel 3 formado entre a pilha de fundação 2 e a perna de apoio 1 e preenchido de um modo conhecido, ou seja, com um composto de moldagem curável 4.

Apesar de, na. sequência, a invenção com referência à estrutura subaquática de uma construção offshore seja descrita com pelo menos uma perna de apoio, a invenção deve basicamente ser compreendida por a disposição da perna de apoio 1 na pilha de j..uiidação ser representativa para pelo menos dois elementos de aço parcialmente envolventes, gue formam um invólucro externo e interno. Neste caso, a pilha de fundação 2 define o invólucro externo, o invólucro interno contra a perna de apoio 1, que constitui o volume de enchimento entre estes espaços de o. Por meio do composto o_e moldagem 4 inserido no espaço d-.- a.io_L. o, oco.i.r.e ctefiniçao do invólucro interior com resptiLO «o ínvoiuoio exi_.er.ior, em que o composto de moldagem 4 transmite torças entre a perna de apoio 1 e a pilha de fundação no estado cursido. 0 composto de moioagem 4 no interior do espaço de anel pode, adicionalmente, ser intercalado com elementos de reforço. No caso da forma de realização descrita, estão previstas buchas de cisalhamento 5 no interior da pilha de lundaçâo 2, que são incorporadas no composto de moldaoem 4. Sm alternativa, as buchas de cisalhamento 5 podem ser proporcionadas na perna de apoio 1, Em vez de buchas de cisalnamento 5, também podem estar previstos recessos/aberturas na perna de apoio 1 e/ou na pilha de fundação 2, sendo que flui para o composto de moldagem 4, produzindo assim uma ligação positiva. No presente caso, está previsto betão como o composto de moldagem; o qual foi preparado com um aditivo reativo alcalino-silicato e cujo cimento tem um equivalente a Na20 de mais de 0,6% em peso. Como aditivo para o betão, foi selecionado um agregado com um tamanho de grão máximo de 8 mm ou um tamanho de grão máximo de 16 mm, que compreende por exemplo granito, diorito, gabro, basalto, quartzito, pedras grauváquicas ou calcárias, de modo que o teor alcalino do betão, ou seja da mistura final de cimento e do aditivo, apresente um teo alcalino de mais de 1 kg/nr' de equivalente de Na20. Idealmente, o teor alcalino do betão é de mais 3 kg/nr5 de equivalente a Na20. Tal conteúdo alcalino é conseguido, por exemplo, se forem usados calcários siliciosos como aditivos.

Se for usado siltstone ou siltito será como aditiv, o teor alcalino do betão pode ser superior a equivalente a 4 kg/m .

Nas Figuras 3 e 4, são mostradas as linhas-limite para agregados com um tamanho de grão máximo de 8 mm (Figura 3) e um tamanho máximo de grão de 16 mm (Figura 4) , em que se utiliza um agregado com um tamanho de grão máximo de 8, sendo usados aditivos com as linhas-limite A8 ou B8, e uma granulometria máxima de 16 mm e aditivos com linhas-limite AI6 e BI6.

As linhas-limite são determinadas com telas de malha e orifícios quadrados, de acordo com a norma D IN ISO 3310-1 e D IN loG jo1u-2, em que acima de um tamanho de partícula de 2,5 mm são usadas peneiras de furo quadrado.

No caso de aditivos, são preferíveis grãos, que apresentam um e-módulo e uma capacidade de absorção de água menor. Estes são de preferência granito, diorito gabro, basalto, quartzito e calcário, com uma densidade mais elevada. A mistura de betão pj.ef.ei.iaa favorece a presença de água uma reacção aicalr-aiiica, que, após o seu endurecimento, isto é, após a conclusão do processo de ajuste hidráulico, conduz à tufagem do betão. A composição do betão irá ser escolhida de modo que o aumento de volume depois de um ano seja de pelo menos 0,0 6%. 0 aumento o'e volume é preferencialmente determinado num bloco de betão o.e acordo com a norma-teste em conformidade com a AS TM Cl 293. 0 aumento do volume em misturas de betão moderadamente reativas é de cerca de 0,06%, em misturas de betão altamente reativas, o aumento do volume é de cerca de 0, 12%, cruando se utiliza misturas de betão extremamente reativas, sendo o aumento de volume de cerca de 0,24% ou mais.

Eo·1- reativo no sentido cia presente invenção, entende — se a reativida.de de álcali-sílica da mistura. Como reação de axcali-sílica é designada a reação química entre o alcali no cimento e os aditivos de betão com álcali-sílica. Esta reação de axcali-sílica é, também, referida de reação de áicali-agregado.

Lista de números de referência 1 rema de apoio 2 Pilha de fundação -J Espaço de anel 4 Composto de moldagem 5 Buchas de cisaihamento

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, ο IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição * WO 2011010937 AI [0003] * EP 0204041 AI [0003]

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Estrutura de construção,, em especial uma estrutura subaquática de uma construção offshore, compreendendo, pelo menos, dois elementos de construção mutuamente ligados, pelo menos parcialmente de aço, incluindo, pelo menos, um com volume preenchido com composto de moldagem endurecível (4) , pelo menos parcialmente, em que como composto de moldagem (4) está prevista uma massa de fixação hidráulica, que sofre um aumento de volume após a fixação, sendo que está previsto, como composto de moldagem, um betão, que inclui um aditivo reativo alcalino-silicato, caraterizado por o betão ter um teor alcalino de > 1 kg/irr de equivalente de Na20.
2. Estrutura de construção de acordo com a reivindicação 1, caraterizada por o betão apresentar um teor alcalino entre 1 kg/m3 e 5 kg/m3 de equivalente de Na20, de preferência > 2 kg/m3, de preferência > 3 kg/ra3 e de preferência > 4 kg/m3.
3. Estrutura de construção de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caraterizada por o cimento apresentar um equivalente a Na20 de > 0,6% em peso, de preferência um equivalente a Na20 de > 0,7% peso, de preferência um equivalente a Na20 de > 1,1% em peso, e ainda de preferência um equivalente a Na20 de > 2% em peso.
4. Estrutura de construção de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caraterizada por O SQ1.1 ."I. V O S 0 -C selecionado de um grupo compreendendo siltito, calcário, quartzito, grauvaque, granito, diorite, gabro, tufo riolitico, clorito, basalto.
5. Estrutura de construção de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caraterizada por o aditivo conter mais do que 1% em peso de minerais de silicato cristalino ou amorfo, de um modo preferido selecionada a partir de um grupo compreendendo opala, cristobalite, obsidiana ou outro vidro vu 1 cânico ou art.if icia 1.
6. Estrutura de construção de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caraterizada por o aumento do volume da composição de betão conter depois de um. ano sob condições de teste em conformidade com a AS TM Cl 2 93 entre 0,0 6 e 0,2 4 M.-%.
7. Estrutura de construção de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caraterizada por ser aplicado um cimento sem aditivos de betão.
8. Estrutura de construção de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caraterizada por estarem previstos como componentes pelo menos uma pilha de fundação (2), no fundo do mar e peio menos uma perna de apoio (1) ou pelo menos uma guia de estaca com uma estrutura de fundação de uma construção offshore e por o composto de moldagem (4) preencher ura espaço de anel (3) entre a perna de apoio (!) ou a guia de estaca e a pilha de fundação (2).
9. Método para a criação de uma construção offshore, compreendendo uma estrutura de construção de acordo coma reivindicação 1 a 8, em que a estrutura de construção é uma estrutura suomersa com pelo menos uma. perna de apoio (1) ou pelo menos uma guia de estaca na estrutura subaquática, cujo método compreende a criação de pelo menos uma pilhai de fundação (2) no fundo do mar e a ligação da estrutura subaquática com a pilha de fundação (2), bem cora o preenchimento da perna de apoio (1) na pilna oe lundação ou o preenchimento de um espaço de anel (3) entre a guia de estaca e a pilha de fundação (2), em que, como composto ae moldagem (4) , é usado um composto de ligação, que compreende um aumento de volume após a. ligação.