WO2020188127A1 - Método de instalación de estructura marítima offshore y estructura marítima offshore - Google Patents

Método de instalación de estructura marítima offshore y estructura marítima offshore Download PDF

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WO2020188127A1
WO2020188127A1 PCT/ES2019/070175 ES2019070175W WO2020188127A1 WO 2020188127 A1 WO2020188127 A1 WO 2020188127A1 ES 2019070175 W ES2019070175 W ES 2019070175W WO 2020188127 A1 WO2020188127 A1 WO 2020188127A1
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floats
concrete base
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water
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PCT/ES2019/070175
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Ignacio COBIÁN
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Berenguer Ingenieros S.L.
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    • E02D27/52—Submerged foundations, i.e. submerged in open water
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    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B17/02—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor placed by lowering the supporting construction to the bottom, e.g. with subsequent fixing thereto
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    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30—Wind power

Definitions

  • the present invention belongs to the field of marine structures for gravity foundations of buildings and installations in the marine environment. More specifically, the present invention relates to methods of moving, installing, anchoring and refloating marine structures for gravity foundations.
  • Gravity Based Structures are support structures that remain fixed in their place of placement thanks to their own weight. They are generally constructed of concrete reinforced with steel. They usually include cells or empty spaces inside that allow to control the flotation to its place of installation. Traditionally, gravity-supported bottom structures have been used only at shallow depths (ie, down to depths of about 20 meters).
  • the international patent application WO2016 / 042173A1 discloses a maritime structure for gravity foundations for the installation of wind turbines and meteorological towers, based on a self-floating concrete box whose interior is divided into cells. It is closed by an upper slab. In one of the cells, concreted together with the upper slab, a node is arranged that includes connecting elements of a shaft or structure to the box.
  • the international patent application W02018 / 150063A1 discloses a maritime structure for the gravity foundation of buildings, installations or wind turbines, formed by a triangular shaped base, box or plinth and three columns arranged at the vertices of the base.
  • the interior of the base is divided into hollow cells. This structure allows the completely installed wind turbine to be transported.
  • the anchoring process of the structure is carried out by gravity ballasting the cells with seawater.
  • the Spanish patent application ES2378960A1 discloses a procedure for the installation of a substructure inland (offshore), in which a foundation is manufactured dry whose interior is divided into hollow cells and one or more sections of a shaft and they join the previous elements in such a way that they assume their intended relative position in installed condition. The assembly is then moved in a self-floating manner to the place of installation, transporting overlapping sections on its surface for its final installation at the destination location; and the cells of the foundation are filled with ballast so that it sinks until it rests at the bottom. The final assembly of the shaft is carried out after the anchoring of the previous set.
  • the naval stability of the structure is highly compromised during transport and anchoring. For this reason, to anchor it, auxiliary floating structures are required that remain on the surface and that are attached to the part to be submerged, for example by means of articulated bars.
  • French patent application FR2887900A1 discloses another example of a construction and installation procedure of a gravity structure to support a wind power installation, intended to rest on the seabed.
  • the base and a first column section are built dry.
  • several removable floating drawers are attached to the base.
  • the base is loaded with solid ballast and the rest of the wind installation is installed.
  • the assembly is then moved by flotation to the final installation site, where the structure is submerged, by ballasting the flotation boxes, until it rests on the seabed.
  • Supplementary ballast (sea water) can be added to the base.
  • the structure is fixed to the seabed by means of anchoring.
  • the present disclosure provides a new method of offshore installation of a marine gravity structure, a new method of refloating the marine gravity structure and a new marine gravity structure, which try to solve the drawbacks of the methods and structures described in the state of the art.
  • building is used to refer to any installation or building, such as wind turbines, lattices (jackets), monopiles, substations, energy prospecting structures, platforms, meteorological towers, etc., that may be installed or deploy offshore.
  • the method may include manufacturing and relocation stages, in addition to installation or deployment, including anchoring, properly said offshore.
  • a method of offshore installation of a building founded by gravity on the seabed comprising:
  • each metallic float of said plurality of metallic floats is formed by a column with a circular or polygonal base
  • the concrete base is reinforced concrete. For simplicity, from now on it is simply referred to as “concrete”.
  • the concrete base can have a height that varies between 7 and 13 meters, such as between 8 and 12 meters, or between 9 and 11 meters, for example about 10 meters.
  • the metal floats should be as hollow as possible. In fact, they can be considered hollow, since preferably the solid parts are not more than those defined by the perimeter wall itself and some internal solid parts formed by separating partitions, if any, for example an internal partition that can be located at the bottom of the float, which delimits a compartment that houses the elements destined to connect each float with the cover of the concrete base.
  • Most of the cells are preferably hollow. Some cells can be solidified, at least partially, with concrete, to ensure the embedment of the building or part of the building to be installed.
  • At least three floats are used, which must be located at points on the deck of the concrete base, as far as possible from the center of gravity of the concrete base.
  • the deck (and bottom slab) of the concrete base is triangular or circular, three floats are preferably used.
  • the deck (and bottom slab) of the concrete base is square or rectangular, preferably four floats are used.
  • the concrete base Shortly after the cells under the floats begin to fill, that is, when these cells are partially filled with water, the concrete base, together with the metal floats, is completely submerged, supporting the concrete base on the seabed. Once supported, the cells under the floats continue to fill with water until they are completely full, thus increasing the stability of the assembly.
  • the step of introducing seawater into the cells of the concrete base that are located under the roof comprises: first introducing seawater into the outer cells, and then introducing seawater into the inner cells . This makes it easier to some extent for air to escape from inside the cells as they fill up. Alternatively, it is possible to start the filling of water from the inner cells.
  • the step of towing the assembly formed by the concrete base and the plurality of metal floats to the building's offshore service location is carried out with the base and metal floats completely empty of ballast.
  • the step of towing the assembly formed by the concrete base and the plurality of metal floats to the offshore service location of the building also comprises towing the building, or part of it, that has been previously installed. on the deck of the concrete base.
  • the towing is done without the building, which is installed at the final offshore destination.
  • the building is preferably installed after the concrete base has been anchored.
  • the assembly is towed to the building's offshore service location, the assembly, be it the complete or partial building, or just the concrete base with the floats connected, is positioned at the destination location. To achieve correct positioning, preferably at least three tugs should be used. In addition, its positioning on the seabed does not require any type of additional means, nor special auxiliary vessels of large capacities (heavy lift vessels), nor flotation elements outside the structure.
  • the metal floats are designed to meet the following relationship:
  • the "Volume floats” represents the volume occupied by all the floats, that is, the volume of seawater dislodged when they are completely submerged
  • the “Total empty structure weight” refers to the weight of the floats, of the concrete base and of the building or part of it that has been transported, in the case that at least part of it has been transported, but without any ballast (such as water ballast)
  • 1, 025 represents the density of seawater
  • the "Volume of the cells under the roof” refers to the volume of the cells that are not under the columns
  • the “External volume of the concrete base” refers to the volume of water that dislodges the concrete base when it is completely submerged.
  • the step of introducing seawater into the cells of the concrete base that are located under the deck, keeping the cells that are located under the metal floats unfilled is carried out as follows:
  • a system comprising: a first conduit -access conduit- that connects the exterior of the concrete base with a central conduit -or an internal distribution ring-, a plurality of distribution conduits communicated with a plurality of groups of cells exteriors, and some perforations located in the vertical walls that separate the cells, fill with water from the central part of the interior of the concrete base the exterior cells that are under the roof,
  • the step of introducing seawater into the outer cells is carried out as follows:
  • each group of exterior cells introduce the water between the cells through perforations in the vertical walls that separate adjacent cells, As the cells in each group of outer cells fill, drain the cells of air.
  • the step of introducing seawater into the interior cells is performed as follows:
  • the air that occupied the cells before filling with water is released through perforations in the walls that separate the cells and through a plurality of air conduits.
  • the perforations of the walls are preferably located in the upper part of them.
  • the step of removing the plurality of metal floats is performed by remote control.
  • the step of removing the plurality of metal floats comprises introducing water from the outside to the inside of the metal floats, until the upward thrust is only slightly greater than its own weight, thus better controlling the speed of the ascent of the same.
  • the uplift is only slightly more than your own weight when the floats are partially filled with water.
  • the floats are raised one by one, but more than one can do it simultaneously. Once on the surface, the floats will be emptied to be towed more easily for later use.
  • a method of refloating a building founded by gravity on the seabed comprises introducing compressed air into the concrete base through a plurality of air lines. These pipes are preferably the same through which the air that occupied the cells exited during the anchoring stage.
  • a maritime structure for the offshore gravity foundation of a building comprising:
  • a concrete base that comprises a slab or lower surface, an upper or covered surface and a perimeter wall that delimits the concrete base from its lower slab to its cover, the interior of the concrete base comprising a plurality of vertical faces that form or delimit cells,
  • each metal float of said plurality of metal floats is formed by a column with a circular or polygonal base
  • the concrete base can have a height that varies between 7 and 13 meters, such as between 8 and 12 meters, or between 9 and 11 meters, for example about 10 meters.
  • Floats should be as hollow as possible. In fact, they can be considered hollow, since preferably the solid parts are not more than those defined by the perimeter wall itself and some internal solid parts formed by partition walls, if any, for example an internal partition that separates the elements intended to connect each float with concrete base cover.
  • At least three floats are used, which must be located at points on the deck of the concrete base, as far as possible from the center of gravity of the concrete base.
  • the bottom slab and base deck cover concrete are square or rectangular, in which case the number of metal floats is 4, being located in the corners of the deck.
  • the lower slab and the concrete base deck are triangular, preferably in the shape of an equilateral triangle with truncated vertices, in which case the number of metal floats is 3, being located at the corners of the cover.
  • the lower slab and the concrete base deck are circular, in which case the number of metal floats is at least 3, being located equidistant from each other in the outermost part of the deck.
  • the structure further comprises a water filling system comprising:
  • At least one access conduit that connects the exterior of the concrete base with at least one internal distribution conduit in a ring, that is, with the interior of the concrete base
  • a first plurality of distribution pipes that start from the at least one internal ring distribution pipe, communicated with a plurality of groups of outer cells, so that, together with perforations located in the vertical walls that separate the cells, in use of the structure, fill with water from the central part of the concrete base (that is, from the at least one internal distribution pipe in a ring) the external cells that remain under the roof,
  • a second plurality of distribution pipes starting from the at least one internal ring distribution pipe and communicating with at least one group of interior cells, the second plurality of distribution pipes being configured to, in use of the structure, fill of water from the at least one internal distribution pipe in a ring the interior cells that remain under the cover of the concrete base,
  • a third plurality of distribution pipes communicating with at least one group of cells under floats for, in use of the structure, filling the cells under floats with water from the at least one internal ring distribution pipe.
  • the structure further comprises a plurality of air ducts configured to evacuate the air from the cells during immersion of the structure as they fill with water, and during refloating of the structure, introduce compressed air into the cells.
  • the proposed structure and the installation method allow it to be anchored at great depths, especially at depths between 30 and 60 meters.
  • Figure 1A shows a side view of a marine gravity structure formed by a square-section concrete base and four metal columns, according to a possible embodiment of the invention.
  • Figure 1B shows a side view of a maritime gravity structure, formed by a concrete base with a circular section and three metal columns, according to another possible embodiment of the invention.
  • Figure 1C shows a side view of a marine gravity structure, formed by a concrete base with a triangular section and three metal columns, according to another possible embodiment of the invention.
  • Figure 1D shows a side view of a marine gravity structure formed by a concrete base with a rectangular section and four metal columns, according to a possible embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows an exploded view of the structure of Figure 1A, in which the uncovered base can be seen, to see its interior arrangement, its cover and the four metal columns that can be connected to the cover.
  • Figure 3 shows a plan view of the base of Figure 1A, uncovered.
  • Figure 4 shows a longitudinal section of the base of Figure 1A.
  • Figure 5 illustrates a detail of a possible manufacturing method of the base of Figure 1A.
  • Figure 6 illustrates a detail of a possible non-permanent connection between a base and a metal column, according to a possible embodiment of the invention.
  • Figure 7 shows a plan view of the base of Figure 1A, in which it is highlighted that during the installation method of the offshore structure, the cells below the deck are completely filled before they begin to fill the cells below the metal columns.
  • Figure 8 shows an example of how the installation of a building on the roof of a structure is completed, according to a possible embodiment of the invention.
  • Figure 9 shows how the gravity structure can be towed to the offshore installation site, according to a possible embodiment of the invention.
  • Figure 10 shows how the gravity structure can be precisely positioned at the offshore installation site, according to a possible embodiment of the invention.
  • Figures 11A-11B show diagrams of the filling system of the external cells under the cover of the base of Figure 1A, according to a possible embodiment of the invention.
  • Figures 11C-11 D schematically illustrate a possible configuration of the conduits for water and air.
  • Figures 12A-12B show diagrams of the filling system of the internal cells under the cover of the base of Figure 1A, according to a possible embodiment of the invention.
  • Figures 13A-13B show diagrams of the filling system of the cells of the base, which remain under the metal columns arranged on the cover of the base of Figure 1A, according to a possible embodiment of the invention.
  • Figures 1A, 1B, 1C and 1D show possible embodiments of a maritime structure of gravity formed by a concrete base, plinth or box 1 and several metal columns 3 that act as floats.
  • the concrete base 1 is externally formed by a lower surface or slab 8, an upper surface or slab or deck 2, in the same way as the lower slab, and a wall or perimeter wall 5 that closes the concrete base 1, joining the lower slab to the roof, forming a plinth or box.
  • the lower slab 8 and the deck 2 of the concrete base can take any polygonal or circular shape.
  • the lower slab 8 is very thick, for example between 0.50 and 1 meter.
  • the lower slab is responsible for transmitting the loads to the seabed.
  • the thickness of the cover 2 preferably varies between 0.20 and 0.75 meters.
  • the perimeter wall 5 that is arranged vertically between the lower slab 8 and the deck 2 of the concrete base, is very resistant, to cope with the energy of the waves and the hydrostatic pressure. Its thickness preferably varies between 0.30 and 0.80 meters.
  • a concrete base 1 is selected whose height varies between 7 and 13 meters, such as between 8 and 12 meters, or between 9 and 11 meters, for example about 10 meters. The height has been calculated to optimize its draft, buoyancy, navigability and anchoring. Its value has to be adjusted to suit the specific conditions of each specific application. At the chosen height, the structure offers very low resistance to waves, this resistance is also reduced because the floats are removed in the service phase.
  • metal columns 3 are also called metal floats because of their function as floats.
  • the floats 3 must be located at points on the deck 2 of the concrete base 1, as far as possible from the center of gravity of the concrete base, for example at the vertices when the concrete base 1 is polygonal in shape.
  • the deck 2 (and lower slab 8) of the concrete base 1 is triangular or circular, as is the case in Figures 1B and 1C, three floats are preferably used.
  • the deck 2 (and lower slab 8) of the concrete base 1 is square or rectangular, as is the case in Figures 1A and 1D, four floats are preferably used.
  • each metal column 3 is made can be, without limitation, steel, an aluminum alloy with one or more light metals, or others. Steel is preferably used. It is also possible to cover each metal column 3 with a plastic jacket, for example made of polyethylene. The plastic jacket can be filled with some material, such as polystyrene foam. This coating can increase the volume of displacement.
  • the metal columns 3 are rigidly connected, usually in port, to the cover 2 of the concrete base 1 by means of connection means 4 located on the cover, which allow their connection and disconnection.
  • the columns 3 connected or connectable to the concrete base 1 are preferably equal to each other.
  • Their section can be circular (that is, a cylindrical column) or polygonal (that is, the column has the shape of a prism with a polygonal base), as they are designed to withstand significant hydrostatic pressures.
  • the columns of the concrete bases in Figures 1A-1C are cylindrical, while those in Figure 1D have a parallelepiped shape.
  • the metal floats (columns) 3 must be as hollow as possible.
  • the columns 3 shown in Figures 1A and 1C are composed of two large concentric metal tubular structures joined by metal faces arranged radially, and two metal closing caps at their ends.
  • the radial walls which can be lightened, for example by hollow areas (areas without metal), transmit part of the pressures to the inner core and stiffen the structure, making it possible to reduce the thickness of the outer metal sheets of the float.
  • the columns are made up of the same two tubular structures, but without radial partitions, which is why they require an outer tube of greater thickness or reinforced by a series of horizontal rings welded on their inner face that act as stiffening frames.
  • the parallelepipedic columns in Figure 1D are made up of a metal box, stiffened inside by walls, which may or may not be lightened, and which constitute a grid that allows it to resist the pressures to which it will be subjected.
  • each column 3 has a watertight compartment that houses the active connection and disconnection mechanisms 11, connectable to the connection means 4 of the cover 2.
  • Figure 6 shows a possible form of non-permanent connection between a column or float 3 and a concrete base 1 (cover of the concrete base not shown).
  • the connection and disconnection mechanisms 11 can be activated wirelessly from an operations control center, or activated by ROVs (remotely operated vehicles).
  • ROVs remotely operated vehicles
  • These mechanisms 11 can be several bolts, for example made of steel, which move horizontally to enter or exit the connection means 4 (for example connectors) arranged on the cover 2.
  • the mechanisms 11 can be hydraulic cylinders , like the one shown in figure 6, or any other semi-automatic or even manual system.
  • Figure 2 shows an exploded view of the structure of Figure 1A, in which the exposed concrete base can be seen, that is, the cover 2 has been separated from the rest of the concrete base 1, to illustrate the interior arrangement of the base of concrete 1.
  • the four metal columns 3 connectable to cover 2 are also shown, as well as possible connection points 4 between cover 2 and columns 3.
  • the interior of the concrete base 1 comprises a plurality of vertical walls 6, in this case arranged perpendicular to the four walls that define the perimeter 5 of the concrete base between the lower slab 8 and the roof 2. These vertical walls 6 form hollow cells 7.
  • the interior of the bases of Concrete 1 illustrated in Figures IB-ID is similar, that is, it is formed by vertical walls that define hollow cells.
  • Some cells can be solidified, at least partially, with concrete, to facilitate the embedment of the building or part of the building to be installed.
  • the cells that allow the union with the building are chosen for this purpose. For example, in the case of a jacket, those that are under the legs of the jacket.
  • Figure 3 shows a plan view of the concrete base 1 of Figure 1A, uncovered (cover 2 has been removed).
  • the vertical faces 6 are located perpendicular to the four walls -or perimeter wall- 5 that define the height of the concrete base 1, the cells 7 that define are cube-shaped, that is, section square.
  • the vertical faces 6 can be arranged non-perpendicularly to the wall or walls that define the height of the concrete base 1. This can be a common case in concrete bases 1 with a circular or triangular roof or, in general , polygonal different from square or rectangle.
  • the cells defined by the vertical faces can have a triangular, hexagonal, or other polygonal section.
  • the framework of vertical walls 6 forms multiple cells that are square, rectangular, triangular, hexagonal or of another polygonal section, according to the shape of the concrete base 1 and, more specifically, of its perimeter wall 5.
  • Figure 4 shows a longitudinal section of the base of figure 1A.
  • the concrete base 1 forms a very robust and monolithic structure to be able to withstand the important actions to which it will be subjected in the marine environment. It can be built by concreting “in situ” at least the lower slab 8 and the perimeter walls 5. The lower slab 8 and the perimeter walls 5 can be built without any type of joints. If necessary, the interior walls 6 can be prefabricated.
  • reinforced walls 6 ' those that delimit and / or form the cells arranged under the floats 3 are reinforced walls 6 ', as shown in figures 3 and 4. That is, the reinforced walls 6' separate the volume of the interior of the concrete base 1 that is under the floats 3, of the same volume that is not. These reinforced walls 6 'can also be concreted "in situ", together with the lower slab 8 and the perimeter wall 5. Their thickness preferably varies between 0.25 and 0.75 meters.
  • the rest of the walls 6 are normally of less thickness, such as between 0.15 and 0.35 meters.
  • Some walls 6, 6 ' may have perforations both in their lower part and in the upper part, arranged for filling and emptying the cells they form, with seawater.
  • the cells and walls that define them can be traversed by pipes designed to allow the entry of water during the anchoring of the structure. This is explained later, in relation to the procedure for anchoring and refloating the structure.
  • the number of cells 7 defined inside the concrete base 1 depends on its size, and is selected to adequately support the superstructure (base, floats and building) that it will support.
  • the separation between consecutive vertical walls 6, 6 ' can vary between 4 and 8 m, such as between 5 and 7 meters, depending on the installation depth, among other aspects.
  • the concrete base 1 may present some alteration in the regular mesh of cells 7 that form the walls 6, 6 ', to constitute a rigid connection with the upper building.
  • the construction of the concrete base 1 It can be done using a “cajonero” (common system for manufacturing boxes for docks and dikes), if the dimensions can be adapted to its use, or on the contrary it can be done with both conventional formwork, climbing or sliding, on a dock, dam floating or dry dock. It can be done through an industrial process based on production and assembly lines, processes being carried out simultaneously in different manufacturing areas (precast, formwork, concreting, floating, assembly of elements, assembly of floats, superstructures, etc.). This system allows shorten lead times and increase production at lower cost.
  • the roof 2 can be formed by a series of concrete slabs 9, as illustrated in figure 5.
  • figure 5 which shows a possible manufacturing method next to a pier, of a concrete base like the one in figure 1A
  • the uncovered base lower slab 8, perimeter wall 5 and vertical walls 6, 6 '
  • This set is covered with concrete pre-slabs 9, so that the pre-slabs form, for example, half of the roof 2.
  • the rest of the slab is concreted, achieving a set of great robustness and monolithism. That is, the rest of the roof 2 is made by pouring concrete over the pre-slabs, to join them and give them resistance.
  • FIG 7 which is similar to figure 3, and represents a plan view of a possible implementation of concrete base 1 of figure 1A, the cells 12 that are below the cover 2 stand out on the one hand, but not below columns 3, cells 22 that are below columns 3.
  • Columns or floats 3 are designed to withstand high hydrostatic pressures, as they must provide great stability, both during transport or towing, as well as in all the phases of anchoring in the final destination. Once connected to the cover of the concrete base 1, the floats 3 follow integrally to the concrete base 1, so that if it is submerged, the floats 3 do so with it.
  • the floats or columns 3 are hollow, being composed either of a single outer wall with stiffening frames, or of a framework of inner walls, for example concentric, that allow to withstand the outer pressures. This second possibility is represented in figure 6. In any case, the possible interior walls define hollow space. Furthermore, each column 3 houses the aforementioned connection and disconnection mechanisms 11 in a sealed space.
  • the floats 3 can also have a system of valves that allow the entry of water from the outside to, in due course, facilitate the uncoupling of the concrete base 1, for the subsequent reuse of the floats 3.
  • the volume of the columns or floats 3, and therefore their height and diameter, must be chosen in such a way as to provide great safety in the transport, anchoring and refloating of offshore structures at high depths, such as at depths of up to 60 meters, such as between 30 and 60 meters, or between 40 and 60 meters, or between 50 and 60 meters.
  • the section (and therefore, diameter) of the floats 3 has been defined in plan, in order to adapt as best as possible to the building 13 to be anchored, its height is obtained from the following formula that establishes the volume for its optimal performance:
  • the "Float volume” represents the volume occupied by all floats (for example, four in figure 1A and three in figures 1 B and 1 C), that is, the volume of seawater dislodged when the floats are completely submerged
  • the “Total empty structure weight” refers to the weight of the floats 3, of the concrete base 1 and of the building 13 or part of it transported, in the case that it is transported to the less part of the building 13, but without any water ballast
  • 1,025 represents the density of seawater
  • the “Volume of cells under the cover” refers to the volume of cells 12 that are not under columns 3
  • “Concrete base exterior volume” refers to the volume of water displaced by the concrete base 1 when it is completely submerged.
  • the method for offshore installation of a gravity-based building on the seabed is described below. Due to the characteristics of the structure (concrete base and floats) and the installation method, the assembly can be installed at high depths, such as depths of up to 60 meters, such as between 30 and 60 meters, or between 40 and 60 meters, or between 50 and 60 meters.
  • the objective of the entire procedure is that operations are carried out in a reliable and safe way, ensuring the stability of the structure at all times, minimizing risks, enlarging the operating windows and all at a very low cost.
  • each metal float 3 is formed by a column with a circular or polygonal base and is substantially hollow (that is, except with regard to the thickness of its perimeter wall, which provides resistance to hydrostatic pressure, and to elements necessary for installation and anchoring, such as connection mechanisms 11 and / or valves that can facilitate the refloating stage).
  • the floats 3 are placed at vertices of the deck, preferably one float per vertex.
  • the floats 3 are placed at points on its perimeter, that is, as far from the center as possible, preferably equidistant from each other.
  • the set formed by the concrete base 1 and the plurality of metal floats 3 is towed to the building's service offshore location 13.
  • the structure can be moved to its service location by means of conventional tugs 14, with high availability. , as illustrated for example in figure 9.
  • it can be carried either completely installed, or partially installed, or not carried at all.
  • the choice of where to install the building depends on the type of building and the size of the concrete base that you want to make. In the particular case that the partially installed building is carried, the concrete base, the floats and a part of the building are installed in the port, and later in the offshore destination the rest of the building is installed.
  • the concrete base 1 is preferably completely empty, so that the naval stability is excellent and its freeboard is high.
  • the floats 3 attached to the concrete base 1 provide a very wide stability at high heel, a circumstance that is crucial to minimize risks and increase operational windows.
  • the structure can finish positioning, for example by tugboats.
  • figure 10 shows a structure being positioned by three tugs that are arranged approximately 120 degrees from each other, in order to correct any deviation from the exact location.
  • This process does not require any type of additional means, nor special auxiliary vessels of large capacities (heavy lift vessels), nor flotation elements outside the structure.
  • a boat is used from which the control operations of the anchoring process are carried out, such as opening of valves, checks of the level of cells, etc.
  • An inspection ROV can also be used, and is sometimes convenient, to secure underwater maneuvers.
  • seawater is introduced into the cells 12 of the concrete base that are located under the cover 2 of the concrete base 1, keeping the cells 22 that are located unfilled (empty) under the metal floats 3, so that when the cells 12 located under the deck are completely filled, both the concrete base 1 and the metal floats 3 are submerged. That is, the assembly is submerged approximately at the height of the top of the floats 3, these being submerged just below the sea surface.
  • seawater is introduced into the cells 22 that are located under the metal floats 3, so that it is completed the immersion of the whole, leaving the concrete base 1 resting on the seabed.
  • the concrete base 1 is supported on the seabed shortly after starting to fill the cells 22 located under the floats, which complete their filling once the concrete base 1 has rested on the seabed to give more stability to the whole.
  • the cell filling process is carried out by means of a set of conduits, such as: access conduit from the outside to the inside, internal ring conduction and preferably radial conduits that distribute the water to groups of cells from the internal ring conduction; and auxiliary elements such as access valves, pumping systems and perforations for the passage of water.
  • a set of conduits such as: access conduit from the outside to the inside, internal ring conduction and preferably radial conduits that distribute the water to groups of cells from the internal ring conduction; and auxiliary elements such as access valves, pumping systems and perforations for the passage of water.
  • auxiliary elements such as access valves, pumping systems and perforations for the passage of water.
  • This stage can be divided into two phases: First, introducing seawater into the outer cells of the set of cells 12 under cover 2; and secondly, introducing water into the interior cells of said set of cells 12. Filling cells 12 in the aforementioned order can facilitate the exit of air contained in the empty cells 12 as they fill up. Alternatively the filling of cells can be done in another order.
  • FIG. 11A and 11 B A possible way of introducing water into the exterior cells under cover is illustrated in Figures 11A and 11 B.
  • the concrete base 1 For the introduction of water, the concrete base 1, and specifically for example its cells, vertical walls separating the cells and slab bottom, have a series of elements.
  • a water intake 15 located in the perimeter wall 5 and a conduit 15A that connects the intake 15 with an internal distribution conduit 17, preferably located in a central cell, the water from the outside reaches the central conduit (internal distribution conduit) 17.
  • the central conduit 17 is ring-shaped, either circular or polygonal, and may be semi-open (through at least the connection point with conduit 15A).
  • the water intake 15 is preferably located in the lower part of the perimeter wall 5.
  • the intake 15 can carry filters necessary so that particles or elements that could damage the installation do not enter.
  • the ring-shaped conduction 17 distributes the flow of water through a plurality of distribution conduits 18, such as radial conduits, which start from different points - derivations - of the internal conduit 17 towards the outer cells of the cells. 12 below deck.
  • Figures 11C and 11D show details of the lines 15A, 17, 18 and the pumping means 16.
  • each distribution line 18 distributes water to a group of outer cells 12A of cells 12 under cover.
  • a valve is installed, such as a remote control valve, to direct the water from the ring pipe 17 towards the outer cells 12A.
  • the distribution pipes 18 go either through the bottom of the concrete base 1, crossing the cells that are in their path, or embedded in the lower slab 8.
  • some perforations 20 preferably located in the upper part of the vertical walls allow the air to escape as the cells fill with water.
  • another conduit is arranged, preferably in its upper part, such as a radial conduit, which leads to another internal conduction ring 21 similar to the water inlet ring 17, which allows the air to escape to the outside.
  • This air duct 21, illustrated in Figures 11C and 11D, also allows, during the refloating stage, the entry of compressed air from the outside in order to empty the cells in a controlled manner.
  • each group of cells 12A may have a different number of rows of cells. Preferably no more than three rows of cells are arranged in each group, to reduce the instability caused by the water-free surfaces. In sectors or groups of cells 12A with a large number of cells, such as between 3 and 9 cells, a zigzag circuit can be made through them. In each group of cells 12A, the water is introduced into the cell furthest from the circuit so that the air can go from one to the other through the perforations 20, preferably through the upper part, until it reaches the internal conduit 21.
  • the cell groups corresponding to the central zone 12B are filled, as illustrated in Figures 12A and 12B, for example following the path indicated by the arrows in Figure 12A .
  • the filling of the outer cells 12A under cover from the central conduit 17 in a ring the flow of water is distributed through a plurality of distribution conduits 28 that start from different points - derivations - of the central conduit 17, in this case towards the interior cells 12B under cover.
  • a valve is installed, such as a remote control valve, to direct the water from the ring pipe 17 towards the cells 12B.
  • the distribution lines 28 are either through the bottom of the concrete base 1, crossing the cells that are in their path, or embedded in the lower slab 8.
  • perforations 19 preferably located In the lower part of the vertical walls that form the cells, they allow the passage of water from some cells of the group to other cells of the group.
  • perforations 20 preferably located in the upper part of the vertical walls, allow the air to escape as the cells are filled with water.
  • the air is extracted through the upper part of the last cell in each series, which is also connected to the air extraction ring 21 described above, so that the whole process can be reversed.
  • another conduit is arranged, preferably in its upper part, which leads to said conduction ring 21, similar to the water inlet ring 17, which allows the air to escape to the outside.
  • This air duct also allows, during the refloating stage, the entry of compressed air from the outside to empty the cells in a controlled manner. As the cells are being filled, the metacentric height increases from 0.5 to 1.5 meters to 2 to 4 meters.
  • each distribution line 38 distributes water to a group of cells 22.
  • a valve is installed, such as a remote control valve, to conduct the water from the ring conduction towards the cells 22.
  • the distribution conduits 38 go either through the bottom of the concrete base 1, passing through the cells that are on their way, or embedded in the lower slab 8.
  • perforations 19 preferably located in the lower part of the vertical walls that form the cells, allow the passage of water from some cells of the group to other cells of the group.
  • perforations 20 preferably located in the upper part of the vertical walls, allow the air to escape as the cells are filled with water, so that the air is extracted by the last cell. of each series, which is also connected to the air extraction ring 21 described above, so that the whole process can be reversed.
  • another conduit is arranged, preferably in its upper part, which leads to the conduit ring 21 for the outlet of the air to the outside, previously described.
  • the structure is already perfectly stabilized on the bottom and the floats 3 can be removed to be reused with another structure.
  • the decoupling can be carried out from the control center, remotely actuating the connection and disconnection mechanisms 11. It can also be done by actuation of the ROV, which serves to monitor the process.
  • the floats 3 can have their own valve system, which allow the entry of water from the outside to reduce the vertical thrust of the float and thus better control the rise of the float.
  • the structure described in this text has the additional advantage that it allows a simple and safe refloating in case it is necessary.
  • the refloating method of the structure, and in general of the building supported by it, cemented by gravity on the bed following the method described, it is carried out by introducing compressed air from the outside to the inside of the concrete base, through a plurality of air conduits.
  • the same pipes that were used during the anchoring are used to release the air from the cells as they are filled with water. That is to say, refloating involves carrying out the reverse process to anchoring, but instead of pumping water, introducing compressed air, for example from an outside boat, preferably using the same ducts through which the air left during anchoring.
  • This system has two great advantages: the first is that it significantly reduces the number of pipes to be installed in the concrete base; and the second is that the pumps used in the conventional refloating method can deteriorate and stop working with the passage of time, so that the proposed method simplifies and ensures the success of the refloating process.
  • a possible configuration of the structure of the invention is the following:
  • the concrete base is made with a "box", so the maximum beam of the concrete base must be less than 32 m , which is the maximum that can be done by the "drawer” method.
  • a load of 850 tons with a center of gravity can be carried 26 m from the deck, which corresponds, for example, approximately to the weight of a 60 m high jacket structure.
  • the possible dimensions are:
  • the proposed structure, and its offshore installation procedure, has great advantages over other conventional installation structures and procedures:
  • the structure For installation, the structure is towed to its service position, exhibiting great naval stability due to the high initial metacentric height, and the perimeter floats that provide excellent stability at high heels, notably improving safety in adverse conditions.
  • Anchoring can be carried out at high depths, up to 60 m with the same concrete base structure, since the maximum pressure during the critical moment has been foreseen in its design, which is why it is a very economical form of foundation. to these great depths.
  • the anchoring process of the structure is carried out by ballasting its cells exclusively with seawater, without the need for any additional means, or special auxiliary vessels of large capacities, or flotation elements unrelated to the structure since Due to its design, it meets the requirements demanded during all phases of the anchoring process.
  • the structure offers very low resistance to waves since it is only about 7-13 meters high and the floats are removed in the service phase.
  • the large support surface allows it to support the largest wind turbines (8 MW, 10 MW or higher).
  • the configuration of the foundation and the absence of solid ballast favor low pressures on the seabed despite its great total weight, and this solves a large number of geotechnical problems that other foundations have to solve.
  • the term “approximately” and terms of its family should be interpreted as indicating values very close to those that accompany said term. That is, a deviation within reasonable limits from an exact value should be accepted, because a person skilled in the art will understand that such a deviation from the indicated values may be unavoidable due to measurement inaccuracies, etc. The same applies to the terms “about”, “about” and “substantially”.

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Abstract

Un método de instalación offshore de una edificación cimentada por gravedad sobre el lecho marino, que comprende:proporcionar una base de hormigón (1) delimitada por una losa inferior (8), una cubierta (2) y un muro perimetral (5), cuyo interior comprende paramentos verticales (6, 6') que forman celdas (7, 12, 22), conectar en la periferia de la cubierta (2), una pluralidad de flotadores metálicos (3) huecos, formados por una columna de base circular o poligonal, remolcar el conjunto hasta la ubicación offshore de servicio de la edificación, introducir agua de mar en las celdas (12) que están situadas bajo la cubierta (2), manteniendo sin llenar las celdas (22) que están situadas bajo los flotadores metálicos (3), de forma que cuando las celdas (12) situadas bajo la cubierta (2) están totalmente llenas, tanto la base como los flotadores metálicos (3) quedan sumergidos, una vez que las celdas (12) situadas bajo la cubierta (2), pero no bajo los flotadores metálicos (3), están llenas de agua introducir agua en las celdas (22) situadas bajo los flotadores metálicos (3), de forma que se completa la inmersión del conjunto, quedando la base apoyada en el lecho marino, retirar los flotadores metálicos (3). Estructura de gravedad que comprende una base de hormigón (1) y una pluralidad de flotadores metálicos (3) huecos conectables a la misma.

Description

MÉTODO DE INSTALACIÓN DE ESTRUCTURA MARÍTIMA OFFSHORE Y
ESTRUCTURA MARÍTIMA OFFSHORE
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece al campo de las estructuras marinas para cimentación por gravedad de edificaciones e instalaciones en el medio marino. Más concretamente, la presente invención se refiere a métodos de traslado, instalación, fondeo y reflotación de estructuras marinas para cimentación por gravedad.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Es indudable la importancia de alcance mundial que está tomando el desarrollo de la energía eólica marina, en consonancia con los objetivos globales de producción de energías renovables y de paulatina reducción de energías contaminantes. El despliegue en el mar de aerogeneradores para la obtención de energía eólica requiere de la instalación previa o simultánea de las correspondientes estructuras que los soporten, que a su vez deben ir debidamente cimentadas o ancladas al fondo marino.
Normalmente, las cimentaciones para estructuras apoyadas en el fondo marino, tales como aerogeneradores, plataformas de investigación o sondeo u otros elementos para obtención de energías marinas, o bien se apoyan directamente en el fondo por gravedad, o bien se fijan al fondo mediante monopilotes, trípodes o celosías (jackets). Las estructuras de gravedad (GBS, del inglés Gravity Based Structures) son estructuras de soporte que se mantienen fijas en su lugar de colocación gracias a su propio peso. Generalmente están construidas de hormigón reforzado con acero. Suelen incluir en su interior celdas o espacios vacíos que permiten controlar la flotación hasta su lugar de instalación. Tradicionalmente, las estructuras apoyadas en el fondo por gravedad se han usado solamente a bajas profundidades (es decir, hasta profundidades de unos 20 metros). Por encima de estas profundidades han solido usarse soluciones tipo monopilote, aunque al límite de sus posibilidades, y trípodes o celosías para profundidades de hasta unos 50 metros. Sin embargo, su despliegue presenta diversos inconvenientes, ya que requieren para su instalación heavy lift vesssels (embarcaciones especiales con grúas de gran capacidad de carga), que son aún mayores de los empleados en profundidades inferiores, por lo que son más caros y, lo que es peor, más escasos. Además, debido a la profundidad a la que debe realizarse el proceso de conexión de los pilotes con la jacket, la ejecución y supervisión de este proceso presenta enormes dificultades.
En la actualidad, con el aumento de potencia de los aerogeneradores y las mayores profundidades a las que se pretende cimentar, existe una tendencia a usar bases de gravedad en profundidades intermedias, de unos 30-60 metros, debido al menor coste de instalación y mantenimiento y su mayor durabilidad. Por ejemplo, la solicitud de patente internacional WO2016/042173A1 divulga una estructura marítima para cimentación por gravedad para instalación de aerogeneradores y torres meteorológicas, basada en un cajón autoflotante de hormigón cuyo interior se divide en celdas. Lo cierra una losa superior. En una de las celdas se dispone, hormigonado conjuntamente con la losa superior, un nudo que incluye elementos de conexión de un fuste o estructura, al cajón. Asimismo, la solicitud de patente internacional W02018/150063A1 divulga una estructura marítima para cimentación por gravedad de edificaciones, instalaciones o aerogeneradores, formada por una base, cajón o zócalo de forma triangular y tres columnas dispuestas en los vértices de la base. El interior de la base se divide en celdas huecas. Esta estructura permite transportar el aerogenerador completamente instalado. El proceso de fondeo de la estructura se realiza mediante el lastrado por gravedad de las celdas con agua de mar.
A su vez, la solicitud de patente española ES2378960A1 divulga un procedimiento de instalación de una subestructura aguas adentro (offshore), en el que se fabrica en seco un cimiento cuyo interior se divide en celdas huecas y uno o más tramos de un fuste y se unen los elementos anteriores de forma que asuman su posición relativa prevista en condición instalada. A continuación se desplaza el conjunto de forma autoflotante hasta el lugar de instalación, transportando sobre su superficie tramos de superposición para su instalación definitiva en la ubicación de destino; y se llena con lastre las celdas del cimiento para que éste se hunda hasta reposar en el fondo. El montaje definitivo del fuste se realiza tras el fondeo del conjunto anterior. Sin embargo, la estabilidad naval de la estructura se ve muy comprometida durante el transporte y fondeo. Por ello, para fondearla, son precisas unas estructuras flotantes auxiliares que permanecen en la superficie y que se unen a la parte que debe sumergirse por ejemplo mediante barras articuladas.
La solicitud de patente francesa FR2887900A1 divulga otro ejemplo de procedimiento de construcción e instalación de una estructura de gravedad para soportar una instalación de energía eólica, destinada a apoyarse sobre el fondo marino. Como en el caso de ES2378960A1 , se construye en seco la base y un primer tramo de columna. A continuación se fijan varios cajones de flotación -desmontables- a la base. Se carga la base con lastre sólido y se instala el resto de instalación eólica. A continuación el conjunto se traslada por flotación hasta el lugar de instalación definitiva, en donde se sumerge la estructura, mediante el lastrado de los cajones de flotación, hasta que repose sobre el fondo marino. A la base se le puede añadir lastre complementario (agua de mar). La estructura se fija al fondo marino mediante medios de anclaje. Finalmente, submarinistas deben desconectar los cajones de flotación para que sean vaciados mediante bombeo y llevados a flotación para su recuperación y reúso posterior. Un inconveniente destacable de este proceso de instalación es que, debido a la gran altura de los cajones de flotación, que sobresalen considerablemente durante el remolque y quedan a ras de superficie marina una vez apoyada la estructura en el fondo, la estructura tiene un elevado peso, que a su vez eleva notablemente el centro de gravedad del conjunto y, por tanto, disminuye la estabilidad naval en el remolque. Por ello, su aplicación a profundidades mayores de 20-30 metros es inviable, pues requeriría cajones de flotación de peso desmesurado. Además, cuando la estructura llega al fondo, la base no se ha llenado completamente de agua, por lo que tiene que soportar grandísimas presiones, lo cual limita adicionalmente el límite de profundidad al que puede instalarse. Por otra parte, para el lastrado de la estructura, los cajones de flotación deben llenarse de agua de mar. Esto complica la maniobra de lastrado, pues la inmersión debe ser controlada con gran precisión debido a que el llenado de los cajones de flotación debe ser muy equilibrado.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente divulgación proporciona un nuevo método de instalación offshore de una estructura marítima de gravedad, un nuevo método de reflotación de la estructura marítima de gravedad y una nueva estructura marítima de gravedad, que tratan de resolver los inconvenientes de los métodos y estructuras descritos en el estado de la técnica.
En la presente divulgación, se utiliza el término “edificación” para referirse a cualquier instalación o edificación, tal como aerogeneradores, celosías (jackets), monopilotes, subestaciones, estructuras de prospección energética, plataformas, torres meteorológicas, etc., que puedan instalarse o desplegarse offshore.
Asimismo, cuando en el presente texto se alude a un método de instalación, el método puede incluir etapas de fabricación y traslado, además de la instalación o despliegue, incluido el fondeo, propiamente dichos offshore.
En un primer aspecto de la invención, se proporciona un método de instalación offshore de una edificación cimentada por gravedad sobre el lecho marino, que comprende:
proporcionar una base de hormigón delimitada por una superficie o losa inferior, una superficie superior o cubierta y un muro perimetral, donde el interior de la base de hormigón comprende una pluralidad de paramentos verticales que forman celdas,
conectar en la periferia de la cubierta de dicha base de hormigón, una pluralidad de flotadores metálicos huecos, donde cada flotador metálico de dicha pluralidad de flotadores metálicos está formado por una columna de base circular o poligonal,
remolcar el conjunto formado por la base de hormigón y la pluralidad de flotadores metálicos hasta la ubicación offshore de servicio, introducir agua de mar en las celdas de la base de hormigón que están situadas bajo la cubierta de la base de hormigón, manteniendo sin llenar las celdas que están situadas bajo los flotadores metálicos, de forma que cuando las celdas situadas bajo la cubierta están totalmente llenas, tanto la base de hormigón como los flotadores metálicos quedan sumergidos,
una vez que las celdas situadas bajo la cubierta, pero no bajo los flotadores metálicos, están llenas de agua de mar, introducir agua de mar en las celdas que están situadas bajo los flotadores metálicos, de forma que se completa la inmersión del conjunto, quedando la base de hormigón apoyada en el lecho marino,
retirar dicha pluralidad de flotadores metálicos.
La base de hormigón es de hormigón armado. Por simplicidad, a partir de ahora se denomina simplemente“hormigón”. La base de hormigón puede tener una altura que varía entre 7 y 13 metros, tal como entre 8 y 12 metros, o entre 9 y 11 metros, por ejemplo de unos 10 metros.
Los flotadores metálicos deben ser lo más huecos posible. De hecho, pueden considerarse huecos, ya que preferentemente las partes sólidas no son más que las definidas por la propia pared perimetral y algunas partes sólidas internas formadas por tabiques separadores, si los hubiera, por ejemplo un tabique interno que puede situarse en la parte inferior del flotador, que delimite un compartimento que alberga los elementos destinados a conectar cada flotador con la cubierta de la base de hormigón.
La mayor parte de las celdas son preferentemente huecas. Algunas celdas pueden macizarse, al menos parcialmente, con hormigón, para asegurar el empotramiento de la edificación o parte de la edificación a instalar.
Preferentemente se utilizan al menos tres flotadores, que deben estar situados en puntos de la cubierta de la base de hormigón, lo más alejados posible del centro de gravedad de la base de hormigón. Cuando la cubierta (y losa inferior) de la base de hormigón es triangular o circular, se usan preferentemente tres flotadores. Cuando la cubierta (y losa inferior) de la base de hormigón es cuadrada o rectangular, se usan preferentemente cuatro flotadores.
Cuando se ha terminado el llenado de las celdas de la base de hormigón que están situadas bajo la cubierta, pero todavía no se ha empezado el llenado de las celdas de la base de hormigón que están situadas bajo los flotadores metálicos, tanto la base de hormigón como los flotadores metálicos quedan sumergidos. Concretamente, el conjunto queda sumergido de forma que la superficie superior de los flotadores quede casi a ras de superficie marina, ligeramente sumergidos. Así por ejemplo, considerando una base de hormigón de unos 10 metros de altura, aproximadamente a los 12 metros de profundidad las celdas bajo la cubierta de la base de hormigón ya están llenas de agua, por lo que ésta es la mayor presión hidrostática que ha de soportar la cubierta de la base. Este es, por tanto, un momento crítico.
Al poco tiempo de empezar a llenarse las celdas que quedan bajo los flotadores, es decir, cuando estas celdas están parcialmente llenas de agua, la base de hormigón, junto con los flotadores metálicos, se sumerge del todo, apoyándose la base de hormigón sobre el lecho marino. Una vez apoyada, las celdas que quedan bajo los flotadores siguen llenándose de agua hasta quedar totalmente llenas, aumentando así la estabilidad del conjunto.
En realizaciones de la invención, la etapa de introducir agua de mar en las celdas de la base de hormigón que están situadas bajo la cubierta, comprende: introducir primero agua de mar en las celdas exteriores, e introducir después agua de mar en las celdas interiores. Esto facilita en cierta medida la salida de aire del interior de las celdas a medida que éstas se van llenando. Alternativamente, es posible empezar el llenado de agua por las celdas interiores.
Preferentemente, la etapa de remolcar el conjunto formado por la base de hormigón y la pluralidad de flotadores metálicos hasta la ubicación offshore de servicio de la edificación, se realiza con la base y flotadores metálicos completamente vacíos de lastre.
En realizaciones de la invención, la etapa de remolcar el conjunto formado por la base de hormigón y la pluralidad de flotadores metálicos hasta la ubicación offshore de servicio de la edificación, comprende también remolcar la edificación, o parte de ella, que ha sido previamente instalada sobre la cubierta de la base de hormigón. Alternativamente, el remolcado se realiza sin la edificación, que se instala en el destino final offshore. En este caso, la edificación se instala preferentemente después de ser fondeada la base de hormigón.
Una vez remolcado el conjunto hasta la ubicación offshore de servicio de la edificación, el conjunto, ya sea la edificación completa, parcial, o solamente la base de hormigón con los flotadores conectados, se posiciona en la ubicación de destino. Para conseguir el correcto posicionado deben usarse preferentemente al menos tres remolcadores. Además, su posicionamiento en el fondo marino no requiere ningún tipo de medio adicional, ni embarcaciones auxiliares especiales de grandes capacidades ( heavy lift vessels), ni de elementos de flotación ajenos a la estructura.
En realizaciones de la invención, los flotadores metálicos se diseñan para que cumplan la siguiente relación:
Peso total Volumen de las Volumen
Volumen estructura celdas bajo la exterior base flotadores vacía/1,025 cubierta hormigón donde el“Volumen flotadores” representa el volumen ocupado por todos los flotadores, es decir, el volumen de agua de mar desalojado cuando están completamente sumergidos, el “Peso total estructura vacía” se refiere al peso de los flotadores, de la base de hormigón y de la edificación o parte de la misma que se haya transportado, en el caso de se haya transportado al menos parte de la misma, pero sin ningún lastre (tal como lastre de agua), 1 ,025 representa la densidad del agua de mar, el“Volumen de las celdas bajo la cubierta” se refiere al volumen de las celdas que no quedan bajo las columnas, y el“Volumen exterior de la base hormigón” se refiere al volumen de agua que desaloja la base de hormigón cuando está completamente sumergida.
Preferentemente se debe cumplir además:
Volumen de las Peso total
celdas bajo la > estructura x 0,5
cubierta vacía/1,025
Con ello se trata de que, en el momento crítico, haya suficiente estabilidad naval.
En realizaciones de la invención, la etapa de introducir agua de mar en las celdas de la base de hormigón que están situadas bajo la cubierta, manteniendo sin llenar las celdas que están situadas bajo los flotadores metálicos, se realiza como sigue:
mediante un sistema que comprende: una primera conducción -conducción de acceso- que conecta el exterior de la base de hormigón con una conducción central -o un anillo de distribución interior-, una pluralidad de conducciones de distribución comunicadas con una pluralidad de grupos de celdas exteriores, y unas perforaciones situadas en los paramentos verticales que separan las celdas, llenar de agua desde la parte central del interior de la base de hormigón las celdas exteriores que quedan bajo la cubierta,
a continuación, llenar de agua las celdas interiores que quedan bajo la cubierta.
En realizaciones de la invención, la etapa de introducir agua de mar en las celdas exteriores (de las celdas bajo cubierta) se realiza como sigue:
introducir agua de mar desde el exterior de la base de hormigón, a través de una toma y de una conducción de acceso que conecta la toma con una conducción central,
desde la conducción central, distribuir el agua hacia una primera pluralidad de conducciones de distribución hacia un correspondiente grupo de celdas exteriores,
en cada grupo de celdas exteriores, introducir el agua entre las celdas a través de unas perforaciones en los paramentos verticales que separan celdas adyacentes, a medida que se van llenando las celdas de cada grupo de celdas exteriores, vaciar de aire las celdas.
En realizaciones de la invención, la etapa de introducir agua de mar en las celdas interiores se realiza como sigue:
introducir agua de mar desde el exterior de la base de hormigón, a través de la toma y de la conducción de acceso a la conducción central,
desde la conducción central, distribuir el agua hacia una segunda pluralidad de conducciones de distribución hacia al menos un grupo de celdas interiores,
en el al menos un grupo de celdas interiores, introducir el agua entre las celdas a través de unas perforaciones en los paramentos verticales que separan celdas adyacentes, a medida que se van llenando las celdas de cada grupo de celdas exteriores, vaciar de aire las celdas.
En realizaciones de la invención, a medida que las celdas se van llenando, el aire que ocupaba las celdas antes del llenado de agua se libera a través de unas perforaciones de los paramentos que separan las celdas y de una pluralidad de conducciones para aire. Las perforaciones de los paramentos se sitúan preferentemente en la parte superior de los mismos.
Cuando las celdas exteriores e interiores se han llenado, pero todavía no las celdas que quedan por debajo de los flotadores metálicos, se ha alcanzado el punto crítico de estabilidad del fondeo, quedando en ese momento los flotadores metálicos completamente sumergidos.
En realizaciones de la invención, la etapa de retirar la pluralidad de flotadores metálicos se realiza mediante control remoto.
En realizaciones de la invención, la etapa de retirar la pluralidad de flotadores metálicos comprende introducir agua desde el exterior hacia el interior de los flotadores metálicos, hasta que el empuje ascensional sea tan sólo un poco superior al propio peso, controlando así mejor la velocidad del ascenso de los mismos. El empuje ascensional es tan solo un poco superior al propio peso cuando los flotadores están parcialmente llenos de agua. Preferentemente los flotadores se suben uno a uno, pero pueden hacerlo más de uno simultáneamente. Una vez en la superficie, los flotadores se vaciarán para ser remolcados más fácilmente para un posterior uso.
En un segundo aspecto de la invención, se proporciona un método de reflotación de una edificación cimentada por gravedad sobre el lecho marino, que ha sido instalada siguiendo el método anterior. El método de reflotación comprende introducir aire comprimido hacia el interior de la base de hormigón a través de una pluralidad de conducciones para aire. Estas conducciones son preferentemente las mismas por las que salió el aire que ocupaba las celdas durante la etapa de fondeo.
En un tercer aspecto de la invención, se proporciona una estructura marítima para la cimentación por gravedad offshore de una edificación, que comprende:
una base de hormigón que comprende una losa o superficie inferior, una superficie superior o cubierta y un muro perimetral que delimita la base de hormigón desde su losa inferior hasta su cubierta, comprendiendo el interior de la base de hormigón una pluralidad de paramentos verticales que forman o delimitan celdas,
una pluralidad de flotadores metálicos huecos configurados para conectarse y desconectarse de la cubierta de la base de hormigón, donde cada flotador metálico de dicha pluralidad de flotadores metálicos está formado por una columna de base circular o poligonal,
en la que los flotadores metálicos se diseñan para que cumplan la siguiente relación:
Peso total Volumen de las Volumen
Volumen estructura + celdas bajo la exterior base flotadores vacía/1,025 cubierta hormigón
Preferentemente se debe cumplir además:
Volumen de las Peso total
celdas bajo la > estructura x 0,5
cubierta vacía/1,025
La base de hormigón puede tener una altura que varía entre 7 y 13 metros, tal como entre 8 y 12 metros, o entre 9 y 11 metros, por ejemplo de unos 10 metros.
Los flotadores deben ser lo más huecos posible. De hecho, pueden considerarse huecos, ya que preferentemente las partes sólidas no son más que las definidas por la propia pared perimetral y algunas partes sólidas internas formadas por tabiques separadores, si los hubiera, por ejemplo un tabique interno que separe los elementos destinados a conectar cada flotador con la cubierta de la base de hormigón.
Preferentemente se utilizan al menos tres flotadores, que deben estar situados en puntos de la cubierta de la base de hormigón, lo más alejados posible del centro de gravedad de la base de hormigón.
En algunas realizaciones de la invención, la losa inferior y la cubierta de la base de hormigón son cuadradas o rectangulares, en cuyo caso el número de flotadores metálicos es 4, estando situados en las esquinas de la cubierta.
En algunas realizaciones de la invención, la losa inferior y la cubierta de la base de hormigón son triangulares, preferentemente en forma de triángulo equilátero con los vértices truncados, en cuyo caso el número de flotadores metálicos es 3, estando situados en las esquinas de la cubierta.
En algunas realizaciones de la invención, la losa inferior y la cubierta de la base de hormigón son circulares, en cuyo caso el número de flotadores metálicos es al menos 3, estando situados equidistantes entre sí en la parte más externa de la cubierta.
En realizaciones de la invención, la estructura comprende además un sistema de llenado de agua que comprende:
al menos una conducción de acceso que conecta el exterior de la base de hormigón con al menos una conducción de distribución interna en anillo, es decir, con el interior de la base de hormigón,
una primera pluralidad de conducciones de distribución que parten de la al menos una conducción de distribución interna en anillo, comunicadas con una pluralidad de grupos de celdas exteriores, de forma que, junto con unas perforaciones situadas en los paramentos verticales que separan las celdas, en uso de la estructura, llenar de agua desde la parte central de la base de hormigón (es decir, desde la al menos una conducción de distribución interna en anillo) las celdas exteriores que quedan bajo la cubierta,
una segunda pluralidad de conducciones de distribución que parten de la al menos una conducción de distribución interna en anillo y se comunican con al menos un grupo de celdas interiores, estando la segunda pluralidad de conducciones de distribución configuradas para, en uso de la estructura, llenar de agua desde la al menos una conducción de distribución interna en anillo las celdas interiores que quedan bajo la cubierta de la base de hormigón,
una tercera pluralidad de conducciones de distribución comunicadas con al menos un grupo de celdas bajo flotadores para, en uso de la estructura, llenar de agua desde la al menos una conducción de distribución interna en anillo las celdas bajo flotadores.
En realizaciones de la invención, la estructura comprende además una pluralidad de conductos para aire configurados para, durante la inmersión de la estructura, evacuar el aire de las celdas a medida que éstas se van llenando de agua, y durante la reflotación de la estructura, introducir aire comprimido en las celdas. Gracias a la estructura marítima para la cimentación por gravedad offshore y al método de instalación de la estructura y, en general, de una edificación dispuesta sobre la estructura, de la presente invención, se consigue mantener una elevada altura metacéntrica tanto durante el remolque como durante las distintas etapas de lastrado y fondeo, sin necesidad de utilizar medios auxiliares especiales. Además, durante el transporte y remolque la estructura tiene bajo calado, por ejemplo no superior a unos 10 metros, por lo que no se necesitan dársenas muy profundas para su construcción.
Es de destacar especialmente que la estructura propuesta y el método de instalación permiten su fondeo a grandes profundidades, en especial a profundidades de entre 30 y 60 metros.
Además se consigue reducir el coste de fabricación e instalación, debido a la sencilla geometría de la base de hormigón, de fácil construcción mediante cajonero, encofrados deslizantes o prefabricado. Destaca asimismo su capacidad de reflotación sencilla y segura.
Ventajas y características adicionales de la invención serán evidentes a partir de la descripción en detalle que sigue y se señalarán en particular en las reivindicaciones adjuntas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de la descripción, un juego de figuras en el que con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1A muestra una vista lateral de una estructura marítima de gravedad formada por una base de hormigón de sección cuadrada y cuatro columnas metálicas, de acuerdo con una posible realización de la invención. La figura 1 B muestra una vista lateral de una estructura marítima de gravedad, formada por una base de hormigón de sección circular y tres columnas metálicas, de acuerdo con otra posible realización de la invención. La figura 1C muestra una vista lateral de una estructura marítima de gravedad, formada por una base de hormigón de sección triangular y tres columnas metálicas, de acuerdo con otra posible realización de la invención. La figura 1 D muestra una vista lateral de una estructura marítima de gravedad formada por una base de hormigón de sección rectangular y cuatro columnas metálicas, de acuerdo con una posible realización de la invención.
La figura 2 muestra un despiece de la estructura de la figura 1A, en la que se aprecian la base descubierta, para ver su disposición interior, la cubierta de la misma y las cuatro columnas metálicas conectables a la cubierta. La figura 3 muestra una vista en planta de la base de la figura 1A, descubierta.
La figura 4 muestra un corte longitudinal de la base de la figura 1A.
La figura 5 ilustra un detalle de un posible procedimiento de fabricación de la base de la figura 1A.
La figura 6 ilustra un detalle de una posible unión no permanente entre una base y una columna metálica, de acuerdo con una posible realización de la invención.
La figura 7 muestra una vista en planta de la base de la figura 1A, en la que se destaca que durante el método de instalación de la estructura offshore, las celdas que están por debajo de la cubierta se llenan por completo antes de que empiecen a llenarse las celdas que están por debajo de las columnas metálicas.
La figura 8 muestra un ejemplo de cómo se completa la instalación de una edificación sobre la cubierta de una estructura, de acuerdo con una posible realización de la invención.
La figura 9 muestra cómo la estructura de gravedad puede ser remolcada hasta el lugar de instalación offshore, de acuerdo con una posible realización de la invención.
La figura 10 muestra cómo la estructura de gravedad puede ser colocada con precisión en el lugar de instalación offshore, de acuerdo con una posible realización de la invención.
Las figuras 11A-11 B muestran esquemas del sistema de llenado de las celdas externas bajo la cubierta de la base de la figura 1A, de acuerdo con una posible realización de la invención. Las figuras 11C-11 D ilustran esquemáticamente una posible configuración de los conductos para agua y aire.
Las figuras 12A-12B muestran esquemas del sistema de llenado de las celdas internas bajo la cubierta de la base de la figura 1A, de acuerdo con una posible realización de la invención.
Las figuras 13A-13B muestran esquemas del sistema de llenado de las celdas de la base, que quedan bajo las columnas metálicas dispuestas sobre la cubierta de la base de la figura 1A, de acuerdo con una posible realización de la invención.
DESCRIPCIÓN DE UNA FORMA DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN
La descripción que sigue no debe tomarse en un sentido limitado, sino que se proporcionan solamente con el propósito de describir principios amplios de la invención. Las siguientes realizaciones de la invención se describirán a modo de ejemplo, con referencia a las figuras arriba citadas, que muestran aparatos y resultados de acuerdo con la invención.
Las figuras 1A, 1 B, 1C y 1 D muestran posibles realizaciones de una estructura marítima de gravedad formada por una base, zócalo o cajón de hormigón 1 y varias columnas metálicas 3 que actúan como flotadores. Como se ilustra en la figura 2, que a modo de ejemplo se refiere a la estructura de la figura 1A, en cada caso, la base de hormigón 1 está formada exteriormente por una superficie o losa inferior 8, una superficie o losa superior o cubierta 2, de la misma forma que la losa inferior, y una pared o muro perimetral 5 que cierra la base de hormigón 1 , uniendo la losa inferior a la cubierta, formando un zócalo o cajón. La losa inferior 8 y la cubierta 2 de la base de hormigón puede adoptar cualquier forma poligonal o circular. En la figura 1A la losa inferior y la cubierta tienen forma cuadrada, mientras que en la figura 1 B tienen forma circular, en la figura 1C tienen forma triangular, concretamente de triángulo equilátero truncado en sus vértices, y en la figura 1 D tienen forma rectangular. Otras formas poligonales también son posibles. En las figuras 1 E3-1 D la losa superior se ha retirado para mostrar la disposición interna de la base de hormigón.
La losa inferior 8 es de gran espesor, por ejemplo de entre 0,50 y 1 metros. La losa inferior es la encargada de transmitir las cargas al fondo marino. El espesor de la cubierta 2 varía preferentemente entre 0,20 y 0,75 metros. El muro perimetral 5 que se dispone verticalmente entre la losa inferior 8 y la cubierta 2 de la base de hormigón, es muy resistente, para hacer frente a la energía del oleaje y la presión hidrostática. Su espesor varía preferentemente entre 0,30 y 0,80 metros. Preferentemente se selecciona una base de hormigón 1 cuya altura varía entre 7 y 13 metros, tal como entre 8 y 12 metros, o entre 9 y 11 metros, por ejemplo de unos 10 metros. La altura ha sido calculada para optimizar su calado, flotabilidad, navegabilidad y fondeo. Su valor ha de ajustarse para adaptarse a las condiciones específicas de cada aplicación concreta. A la altura elegida, la estructura ofrece muy baja resistencia al oleaje, reducida esta resistencia además porque los flotadores son retirados en la fase de servicio.
A lo largo de este texto, a las columnas metálicas 3 se les llama también flotadores metálicos debido a su función como flotadores. Los flotadores 3 deben estar situados en puntos de la cubierta 2 de la base de hormigón 1 , lo más alejados posible del centro de gravedad de la base de hormigón, por ejemplo en los vértices cuando la base de hormigón 1 es de forma poligonal. Cuando la cubierta 2 (y losa inferior 8) de la base de hormigón 1 es triangular o circular, como es el caso de las figuras 1 B y 1 C, se usan preferentemente tres flotadores. Cuando la cubierta 2 (y losa inferior 8) de la base de hormigón 1 es cuadrada o rectangular, como es el caso de las figuras 1A y 1 D, se usan preferentemente cuatro flotadores. Como se explica más adelante, los flotadores metálicos 3 están diseñados para resistir grandes presiones hidrostáticas y son fundamentales para conseguir estabilidad, tanto durante el traslado o remolque, como en todas las fases del fondeo en el destino final. El metal del que está fabricada cada columna metálica 3 puede ser, de forma no limitativa, acero, una aleación de aluminio con uno o más metales ligeros, u otros. Preferentemente se usa acero. También es posible revestir cada columna metálica 3 con una camisa plástica, por ejemplo de polietileno. La camisa plástica puede estar rellena de algún material, como por ejemplo espuma de poliestireno. Este revestimiento puede aumentar el volumen de desplazamiento.
Las columnas metálicas 3 se conectan rígidamente, normalmente en puerto, a la cubierta 2 de la base de hormigón 1 mediante medios de conexión 4 situados en la cubierta, que permiten su conexión y desconexión. Las columnas 3 conectadas o conectables a la base de hormigón 1 son preferentemente iguales entre sí. Su sección puede ser circular (es decir, columna cilindrica) o poligonal (es decir, la columna tiene forma de prisma de base poligonal), pues se diseñan para soportar importantes presiones hidrostáticas. Por ejemplo las columnas de las bases de hormigón de las figuras 1A-1C son cilindricas, mientras que las de la figura 1 D tiene forma de paralelepípedo. Los flotadores metálicos (columnas) 3 deben ser lo más huecos posible. Sus partes sólidas no son más que las definidas por la propia pared perimetral y opcionalmente por tabiques separadores, por ejemplo un tabique interno que puede situarse en la parte inferior del flotador, que delimite un compartimento que alberga los elementos destinados a conectar cada flotador con la cubierta de la base de hormigón. A modo de ejemplo, las columnas 3 mostradas en las figura 1A y 1C están compuestas por dos grandes estructuras tubulares metálicas concéntricas unidas por unos paramentos metálicos dispuestos de forma radial, y dos tapas metálicas de cierre en sus extremos. Los paramentos radiales, que pueden estar aligerados, por ejemplo mediante zonas huecas (zonas sin metal), transmiten parte de las presiones al núcleo interior y rigidizan la estructura, permitiendo reducir el espesor de las chapas metálicas exteriores del flotador. A su vez, en la figura 1 B, las columnas están compuestas por las dos mismas estructuras tubulares, pero sin tabiques radiales, por lo que requieren un tubo exterior de mayor grosor o reforzado por una serie de anillos horizontales soldados en su cara interior que actúen como cuadernas rigidizadoras. Por último, las columnas paralelepipédicas de la figura 1 D están compuestas por un cajón metálico, rigidizado en su interior por unos paramentos, que pueden ir o no aligerados, y que constituyen una retícula que permite resistir las presiones a las que será sometido.
Preferentemente en su parte inferior, cada columna 3 dispone de un compartimento estanco que alberge los mecanismos 11 activos de conexión y desconexión, conectables a los medios de conexión 4 de la cubierta 2. En la figura 6 se muestra una posible forma de unión no permanente entre una columna o flotador 3 y una base de hormigón 1 (no se ha ilustrado la cubierta de la base de hormigón). Los mecanismos 11 de conexión y desconexión pueden accionarse inalámbricamente desde un centro de control de operaciones, o bien activarse por ROVs (vehículos operados remotamente, del inglés remóte operated vehicles). Estos mecanismos 11 pueden ser varios bulones, por ejemplo de acero, que se desplazan horizontalmente para entrar o salir de los medios de conexión 4 (por ejemplo conectores) dispuestos sobre la cubierta 2. A modo de ejemplo, los mecanismos 11 pueden ser cilindros hidráulicos, como el mostrado en la figura 6, o cualquier otro sistema semiautomático o incluso manual.
La figura 2 muestra un despiece de la estructura de la figura 1A, en la que se aprecian la base de hormigón descubierta, es decir, se ha separado la cubierta 2 del resto de base de hormigón 1 , para ilustrar la disposición interior de la base de hormigón 1. Las cuatro columnas metálicas 3 conectables a la cubierta 2 también se muestran, así como posibles puntos de conexión 4 entre la cubierta 2 y las columnas 3. Como puede apreciarse, el interior de la base de hormigón 1 comprende una pluralidad de paramentos verticales 6, en este caso dispuestos de forma perpendicular a las cuatro paredes que definen el perímetro 5 de la base de hormigón entre la losa inferior 8 y la cubierta 2. Estos paramentos verticales 6 forman celdas huecas 7. El interior de las bases de hormigón 1 ilustradas en las figuras I B- I D es similar, es decir, está formado por paramentos verticales que definen celdas huecas. Algunas celdas pueden macizarse, al menos parcialmente, con hormigón, para facilitar el empotramiento de la edificación o parte de la edificación a instalar. En caso de macización, se eligen para tal fin las celdas que permitan la unión con la edificación. Por ejemplo, en el caso de un jacket, las que quedan debajo de las patas del mismo.
La figura 3 muestra una vista en planta de la base de hormigón 1 de la figura 1A, descubierta (se ha retirado la cubierta 2). En este caso, puesto que los paramentos verticales 6 están situados de forma perpendicular a las cuatro paredes -o muro perimetral- 5 que definen la altura de la base de hormigón 1 , las celdas 7 que definen tienen forma de cubo, es decir, sección cuadrada. Por el contrario, los paramentos verticales 6 pueden disponerse de forma no perpendicular a la pared o paredes que definen la altura de la base de hormigón 1. Este puede ser un caso habitual en bases de hormigón 1 de cubierta circular o triangular o, en general, poligonal diferente del cuadrado o rectángulo. En ese caso, las celdas definidas por los paramentos verticales pueden tener sección triangular, hexagonal, u otra sección poligonal. En suma, el entramado de paramentos verticales 6 forma múltiples celdas cuadradas, rectangulares, triangulares, hexagonales o de otra sección poligonal, según la forma de la base de hormigón 1 y, más concretamente, de su muro perimetral 5. La figura 4 muestra un corte longitudinal de la base de la figura 1A.
La base de hormigón 1 forma una estructura muy robusta y monolítica para poder soportar las importantes acciones a las que estará sometido en el medio marino. Puede construirse hormigonando“in situ” al menos la losa inferior 8 y los muros perimetrales 5. La losa inferior 8 y los muros perimetrales 5 pueden construirse sin ningún tipo de juntas. Si fuese necesario, los paramentos interiores 6 pueden ser prefabricados.
De los paramentos verticales 6, aquellos que delimitan y/o forman las celdas dispuestas bajo los flotadores 3 son paramentos reforzados 6’, como se muestran en las figuras 3 y 4. Es decir, los paramentos reforzados 6’ separan el volumen del interior de la base de hormigón 1 que se encuentra bajo los flotadores 3, del volumen del mismo que no lo está. Estos paramentos reforzados 6’ pueden también ser hormigonados“in situ”, junto con la losa inferior 8 y el muro perimetral 5. Su espesor varía preferentemente entre 0,25 y 0,75 metros.
El resto de paramentos 6 son normalmente de menor espesor, tal como de entre 0,15 y 0,35 metros. Algunos paramentos 6, 6’ pueden tener unas perforaciones tanto en su parte inferior, como en la superior, dispuestas para el llenado y vaciado de las celdas que forman, con agua de mar. Además, las celdas y paramentos que las definen pueden estar atravesados por conducciones destinadas a permitir la entrada de agua durante el fondeo de la estructura. Esto se explica más adelante, en relación con el procedimiento de fondeo y reflotación de la estructura.
El número de celdas 7 definidas en el interior de la base de hormigón 1 depende del tamaño de la misma, y se selecciona para soportar adecuadamente la superestructura (base, flotadores y edificación) que va a soportar. A modo de ejemplo, la separación entre paramentos verticales 6, 6’ consecutivos puede variar entre 4 y 8 m, tal como entre 5 y 7 metros, según la profundidad de instalación, entre otros aspectos. Además, la base de hormigón 1 puede presentar alguna alteración en la malla regular de celdas 7 que forman los paramentos 6, 6’, para constituir una unión rígida con la edificación superior.
Puesto que la altura de la base de hormigón 1 se ha elegido de entre 7 y 13 metros, tal como entre 8 y 12 metros, o entre 9 y 11 metros, por ejemplo de unos 10 metros, la construcción de la base de hormigón 1 puede realizarse mediante “cajonero” (sistema habitual de fabricación de cajones para muelles y diques), si las dimensiones se pueden adaptar a su uso, o por el contrario se puede realizar tanto con encofrados convencionales como trepantes o deslizantes, sobre un muelle, dique flotante o dique seco. Se puede realizar mediante un proceso industrial basado en líneas de producción y ensamblaje, realizándose procesos simultáneamente en diferentes zonas de fabricación (prefabricados, encofrados, hormigonados, puestas en flotación, ensamblajes de elementos, montaje de flotadores, superestructuras, etc.) Este sistema permite acortar los plazos de ejecución y aumentar la producción a menor coste.
La cubierta 2 puede estar formada por una serie de prelosas de hormigón 9, como se ilustran en la figura 5. En la figura 5, que muestra un posible procedimiento de fabricación junto a un muelle, de una base de hormigón como la de la figura 1A, la base descubierta (losa inferior 8, muro perimetral 5 y paramentos verticales 6, 6’) ha sido puesto a flote junto al muelle. Este conjunto se va cubriendo con prelosas de hormigón 9, de forma que las prelosas forman, por ejemplo, la mitad de la cubierta 2. Posteriormente se hormigona el resto de la losa, consiguiendo un conjunto de gran robustez y monolitismo. Es decir, el resto de cubierta 2 se hace vertiendo hormigón sobre las prelosas, para unirlas y darles resistencia. Durante este hormigonado posterior, que da lugar a la cubierta 2 final, si fuera necesario para el empotramiento de la edificación que se vaya a instalar sobre la base de hormigón 1 , se pueden respetar unos huecos 10 en el lugar adecuado para cada caso, a través de los cuales se pueda establecer la conexión necesaria con los elementos de la edificación. Por ejemplo, en la figura 8 se esquematiza una porción de instalación, edificación o elemento para obtención de energía, empotrada en la base de hormigón 1. En la figura 9 se observa la edificación completa. Esta edificación debe estar firmemente unida a la base de hormigón 1 para que todos los esfuerzos a los que está sometido el conjunto, sean transmitidos directamente al fondo marino. Por ello, la base de hormigón 1 puede presentar alguna alteración en su configuración, para adecuarla a las características de la edificación a instalar. Los conectores 4 que unen los flotadores 3 con la base de hormigón 1 van situados en la cubierta 2, sobre -a la altura de- los paramentos interiores reforzados 6’, transmitiendo así toda la tracción que ejerce el flotador 3 a su armadura.
En la figura 7, que es similar a la figura 3, y representa una vista en planta de una posible implementación de base de hormigón 1de la figura 1A, se destacan por una parte las celdas 12 que están por debajo de la cubierta 2, pero no debajo de las columnas 3, de las celdas 22 que quedan por debajo de las columnas 3. Las columnas o flotadores 3 se diseñan para resistir grandes presiones hidrostáticas, ya que deben proporcionar gran estabilidad, tanto durante el traslado o remolque, como en todas las fases del fondeo en el destino final. Una vez conectados a la cubierta de la base de hormigón 1 , los flotadores 3 siguen solidariamente a la base de hormigón 1 , de forma que si ésta se sumerge, los flotadores 3 lo hacen con ella. Los flotadores o columnas 3 son huecos, estando compuestos o bien por una única pared exterior con cuadernas rigidizadoras, o bien por un entramado de paredes interiores, por ejemplo concéntricas, que permitan soportar las presiones exteriores. Esta segunda posibilidad se representa en la figura 6. En cualquier caso, las posibles paredes interiores definen espacio hueco. Además, cada columna 3 alberga los citados mecanismos de conexión y desconexión 11 en un espacio estanco. Los flotadores 3 pueden tener además un sistema de válvulas que permitan la entrada de agua desde el exterior para, en su momento, facilitar el desacoplado de la base de hormigón 1 , para la posterior reutilización de los flotadores 3. El volumen de las columnas o flotadores 3, y por tanto su altura y diámetro, debe elegirse de forma que proporcione gran seguridad en el transporte, fondeo y reflotación de estructuras offshore a altas profundidades, tales como a profundidades de hasta 60 metros, tales como de entre 30 y 60 metros, o de entre 40 y 60 metros, o de entre 50 y 60 metros. Además, para una estabilidad naval determinada, cuanta menor altura tengan las columnas 3, la estructura es menos costosa y tiene el centro de gravedad más bajo, lo que implica a su vez una base de hormigón 1 de menor tamaño para igual resultado. Así, una vez definida la sección (y por tanto, diámetro) en planta de los flotadores 3, para adaptarse lo mejor posible a la edificación 13 a fondear, su altura se obtiene a partir de la siguiente fórmula que establece el volumen para para su funcionamiento óptimo:
Peso total Volumen de las Volumen
Volumen estructura + celdas bajo la exterior base
flotadores vacía/1,025 cubierta hormigón donde el“Volumen flotadores” representa el volumen ocupado por todos los flotadores (por ejemplo, cuatro en la figura 1A y tres en las figuras 1 B y 1 C), es decir, el volumen de agua de mar desalojado cuando los flotadores están completamente sumergidos, el“Peso total estructura vacía” se refiere al peso de los flotadores 3, de la base de hormigón 1 y de la edificación 13 o parte de la misma transportada, en el caso de que se transporte al menos parte de la edificación 13, pero sin ningún lastre de agua, 1 ,025 representa la densidad del agua de mar, el“Volumen de las celdas bajo la cubierta” se refiere al volumen de las celdas 12 que no quedan bajo las columnas 3, y el“Volumen exterior base hormigón” se refiere al volumen de agua que desaloja la base de hormigón 1 cuando está completamente sumergida.
Preferentemente se debe cumplir además:
Volumen de las Peso total
celdas bajo la > estructura x 0,5
cubierta vacía/1,025
Estas dos condiciones minimizan el volumen de los flotadores aportando las siguientes propiedades al conjunto: (1) La presión máxima a la que está sometida la cubierta de la base de hormigón 1 es igual a la de una columna de agua de la altura de los flotadores 3. (2) El fondeo y el reflotado se puede realizar sin ningún tipo de medio auxiliar puesto que queda asegurado que en el momento crítico, que es cuando las columnas 3 se sumergen completamente, el centro de flotación queda al menos medio metro por encima del centro de gravedad del conjunto, tal y como exige la normativa correspondiente sobre estabilidad naval. Es decir, las condiciones anteriores garantizan el cumplimiento de la normativa.
A continuación se describe el método de instalación offshore de una edificación cimentada por gravedad sobre el lecho marino. Debido a las características de la estructura (base de hormigón y flotadores) y del método de instalación, el conjunto puede instalarse a altas profundidades, tales como a profundidades de hasta 60 metros, tales como de entre 30 y 60 metros, o de entre 40 y 60 metros, o de entre 50 y 60 metros. El objetivo de todo el procedimiento es que se realicen las operaciones de un modo fiable y seguro, asegurando la estabilidad de la estructura en todo momento, minimizando los riesgos, agrandando las ventanas de operatividad y todo ello con un costo muy reducido.
En primer lugar, a partir de una base de hormigón 1 como la descrita a lo largo de este texto, es decir, delimitada por una losa inferior 8, una cubierta 2 y un muro perimetral 5, y cuyo interior comprende una pluralidad de paramentos verticales 6, 6’ que forman celdas 7, se conecta en la periferia de la cubierta 8 una pluralidad de flotadores metálicos 3 como los descritos a lo largo de este texto. Es decir, cada flotador metálico 3 está formado por una columna de base circular o poligonal y es sustancialmente hueco (es decir, excepto en lo que respecta al espesor de su pared perimetral, que da resistencia frente a la presión hidrostática, y a elementos necesarios para la instalación y fondeo, como los mecanismos de conexión 11 y/o válvulas que puedan facilitar la etapa de reflotación). Cuando la base de hormigón 1 tiene sección poligonal, los flotadores 3 se colocan en vértices de la cubierta, preferentemente un flotador por vértice. Cuando la base de hormigón 1 tiene sección circular, los flotadores 3 se colocan en puntos de su perímetro, es decir, lo más alejados posible del centro, preferentemente equidistantes entre sí.
El conjunto formado por la base de hormigón 1 y la pluralidad de flotadores metálicos 3 se remolca hasta la ubicación offshore de servicio de la edificación 13. El traslado de la estructura hasta su ubicación de servicio se puede realizar mediante remolcadores 14 convencionales, de alta disponibilidad, como se ilustra por ejemplo en la figura 9. En cuanto a la edificación 13, ésta puede llevarse o bien completamente instalada, o bien parcialmente instalada, o bien no llevarse en absoluto. La elección de dónde instalar la edificación depende del tipo de edificación y del tamaño de la base de hormigón que interese hacer. En el caso particular de que se lleve la edificación parcialmente instalada, se instala en puerto la base de hormigón, los flotadores y una parte de la edificación, y posteriormente en el destino offshore se instala el resto de la edificación. Este caso se ilustra, por ejemplo, en las figuras 9 y 10, donde se remolca la base de hormigón y flotadores con una jacket (celosía) instalada sobre la cubierta. Esta jacket es la parte inferior de un aerogenerador. Posteriormente, en el destino offshore, se instala el resto del aerogenerador (fuste, nacelle y palas).
En esta etapa de traslado de la estructura, la base de hormigón 1 va preferentemente completamente vacía, por lo que la estabilidad naval es excelente y su francobordo elevado. Por otra parte, los flotadores 3 unidos a la base de hormigón 1 aportan una amplísima estabilidad a grandes escoras, circunstancia que es crucial para minimizar los riesgos y aumentar las ventanas operativas.
Una vez en el lugar de instalación offshore, si es necesario, la estructura puede terminar de posicionarse, por ejemplo mendiante remolcadores. A modo de ejemplo, en la figura 10 se muestra una estructura que está siendo posicionada por tres remolcadores que se disponen aproximadamente a 120 grados entre sí, para poder corregir cualquier desviación del lugar exacto. Este proceso no requiere ningún tipo de medio adicional, ni embarcaciones auxiliares especiales de grandes capacidades ( heavy lift vessels), ni de elementos de flotación ajenos a la estructura. Normalmente se utiliza una embarcación desde la que se realizan las operaciones de control del proceso de fondeo, tales como apertura de válvulas, comprobaciones del nivel de las celdas, etc. También puede usarse, y en ocasiones es conveniente, un ROV de inspección para asegurar las maniobras submarinas.
A continuación, para empezar el fondeo propiamente dicho, se introduce agua de mar en las celdas 12 de la base de hormigón que están situadas bajo la cubierta 2 de la base de hormigón 1 , manteniendo sin llenar (vacías) las celdas 22 que están situadas bajo los flotadores metálicos 3, de forma que cuando las celdas 12 situadas bajo la cubierta están totalmente llenas, tanto la base de hormigón 1 como los flotadores metálicos 3 quedan sumergidos. Es decir, el conjunto queda sumergido aproximadamente a la altura de la parte superior de los flotadores 3, quedando estos sumergidos justo bajo la superficie marina.
Una vez que las celdas 12 situadas bajo la cubierta 2, pero no bajo los flotadores metálicos 3, están llenas de agua de mar, se introduce agua de mar en las celdas 22 que están situadas bajo los flotadores metálicos 3, de forma que se completa la inmersión del conjunto, quedando la base de hormigón 1 apoyada en el lecho marino. De hecho, la base de hormigón 1 queda apoyada en el lecho marino al poco tiempo de empezar a llenar las celdas 22 situadas bajo los flotadores, que completan su llenado una vez que la base de hormigón 1 se ha apoyado sobre el lecho marino para dar más estabilidad al conjunto. El proceso de llenado de celdas se realiza mediante un conjunto de conducciones, tales como: conducción de acceso desde el exterior hacia el interior, conducción interna en anillo y conducciones preferentemente radiales que distribuyen el agua a grupos de celdas desde la conducción interna en anillo; y elementos auxiliares como válvulas de acceso, sistemas de bombeo y perforaciones para el paso de agua. Por último, se retiran los flotadores metálicos 3. En la figura 7, las celdas 12, sombreadas, indican que ya se han llenado con agua de mar, mientras que las celdas 22, sin sombrear, indican que todavía están vacías. Las etapas de fondeo se explican en detalle a continuación. La introducción de agua puede controlarse desde una estación de control de la maniobra de fondeo.
En cuanto a la introducción de agua de mar en las celdas 12 de la base de hormigón que están situadas bajo la cubierta 2 de la base de hormigón 1 , manteniendo sin llenar (vacías) las celdas 22 que están situadas bajo los flotadores metálicos 3, esta etapa se puede dividir en dos fases: En primer lugar, introducir agua de mar en las celdas exteriores del conjunto de celdas 12 bajo la cubierta 2; y en segundo lugar, introducir agua en las celdas interiores de dicho conjunto de celdas 12. El llenado de celdas 12 en el orden citado puede facilitar la salida de aire contenido en las celdas 12 vacías a medida que se van llenando. Alternativamente el llenado de celdas puede realizarse en otro orden.
Una posible forma de introducción de agua en las celdas exteriores bajo cubierta se ilustra en las figuras 11A y 11 B. Para la introducción de agua, la base de hormigón 1 , y concretamente por ejemplo sus celdas, paramentos verticales separadores de las celdas y losa inferior, disponen de una serie de elementos. A través de una toma de agua 15 situada en el muro perimetral 5 y de una conducción 15A que conecta la toma 15 con una conducción de distribución interna 17, situada preferentemente en una celda central, se hace llegar el agua del exterior hasta la conducción central (conducción de distribución interna) 17. La conducción central 17 tiene forma de anillo, ya sea circular o poligonal, y puede estar semi-abierto (por al menos el punto de conexión con la conducción 15A). La toma de agua 15 se sitúa preferentemente en la parte inferior del muro perimetral 5. La toma 15 puede llevar filtros necesarios para que no entren partículas o elementos que puedan dañar la instalación. Preferentemente en la parte central de la base de hormigón 1 , por ejemplo en la celda en la que se encuentra la conducción 17, hay también una pluralidad de medios de bombeo 16 que permiten la impulsión de agua hacia las diferentes celdas. Así, la conducción 17 en forma de anillo reparte el flujo de agua a través de una pluralidad de conducciones de distribución 18, tal como conducciones radiales, que parten de distintos puntos -derivaciones- de la conducción interna 17 hacia las celdas exteriores de las celdas 12 bajo cubierta. Las figuras 11C y 11 D muestran detalles de las conducciones 15A, 17, 18 y de los medios de bombeo 16.
Una vez que el agua llega a las celdas exteriores 12A de las celdas 12 bajo cubierta, mediante también unas perforaciones 19 situadas en los paramentos verticales que separan las celdas, preferente en su parte inferior, el agua va pasando de unas celdas a otras, de forma que las celdas exteriores que quedan bajo la cubierta se van llenando de agua desde las conducciones de distribución 18. En el caso ilustrado en la figura 11 A, cada conducción de distribución 18 reparte agua a un grupo de celdas exteriores 12A de las celdas 12 bajo cubierta. Para ello, en cada derivación del anillo de distribución interna 17 hacia las conducciones radiales 18 se instala una válvula, tal como una válvula de control remoto, para conducir el agua desde la conducción 17 en anillo hacia las celdas exteriores 12A. Preferentemente las conducciones de distribución 18 van o bien por el fondo de la base de hormigón 1 , atravesando las celdas que encuentran en su camino, o bien embebidas en la losa inferior 8. Por último, unas perforaciones 20 situadas preferentemente en la parte superior de los paramentos verticales, permiten la salida del aire a medida que las celdas se van llenando de agua. En la última celda de cada grupo (en la figura 11 B las flechas indican un posible orden de llenado de agua), se dispone otra conducción, preferentemente en su parte superior, tal como una conducción radial, que lleva a otro anillo de conducción interna 21 similar al anillo 17 de entrada agua, que permita la salida del aire al exterior. Este conducto para el aire 21 , ilustrado en las figuras 11C y 11 D, permite además, durante la etapa de reflotado, la entrada de aire comprimido desde el exterior para vaciar controladamente las celdas.
Aunque en la figura 11A se muestran dos filas de celdas en cada grupo de celdas 12A, cada grupo de celdas 12A puede tener un número diferente de filas de celdas. Preferentemente no se disponen más de tres filas de celdas en cada grupo, para disminuir la inestabilidad producida por las superficies libres de agua. En sectores o grupos de celdas 12A con un número elevado de celdas, tales como entre 3 y 9 celdas, puede realizarse un circuito en zigzag a través de ellas. En cada grupo de celdas 12A, el agua se introduce en la celda más alejada del circuito para que el aire pueda ir saliendo de unas a otras a través de las perforaciones 20, preferentemente por su parte superior, hasta llegar a la conducción interna 21.
Cuando ya están llenas las celdas de los grupos de celdas exteriores 12A, se llenan los grupos de celdas correspondientes a la zona central 12B, como se ilustra en las figuras 12A y 12B, por ejemplo siguiendo la trayectoria que indican las flechas en la figura 12A. Como para el llenado de las celdas exteriores 12A bajo cubierta, desde la conducción central 17 en anillo se reparte el flujo de agua a través de una pluralidad de conducciones de distribución 28 que parten de distintos puntos -derivaciones- de la conducción central 17, en este caso hacia las celdas interiores 12B bajo cubierta. En el caso ilustrado en la figura 12A, hay dos conducciones de distribución 28 que reparten agua a celdas del grupo de celdas interiores 12B. Para ello, en cada derivación del anillo 17 hacia las conducciones 28 se instala una válvula, tal como una válvula de control remoto, para conducir el agua desde la conducción 17 en anillo hacia las celdas 12B. Preferentemente las conducciones de distribución 28 van o bien por el fondo de la base de hormigón 1 , atravesando las celdas que encuentran en su camino, o bien embebidas en la losa inferior 8. Como se muestra en la figura 12B, en el grupo de celdas 12B, unas perforaciones 19 situadas preferentemente en la parte inferior de los paramentos verticales que forman las celdas, permiten el paso de agua de unas celdas del grupo a otras celdas del grupo. Por último, unas perforaciones 20 situadas preferentemente en la parte superior de los paramentos verticales, permiten la salida del aire a medida que las celdas se van llenando de agua. Es decir, el aire es extraído por la parte superior de la última celda de cada serie, que también se conecta al anillo de extracción de aire 21 descrito anteriormente, para que pueda ser invertido todo el proceso. En una o más celdas del grupo, se dispone otra conducción, preferentemente en su parte superior, que lleva al mencionado anillo 21 de conducciones, similar al anillo 17 de entrada agua, que permita la salida del aire al exterior. Este conducto para el aire permite además, durante la etapa de reflotado, la entrada de aire comprimido desde el exterior para vaciar controladamente las celdas. Mientras se llenan las celdas, la altura metacéntrica va aumentando desde entre 0,5 y 1 ,5 metros, hasta entre 2 y 4 metros.
Cuando toda la zona central 12B se llena, se alcanza el punto crítico de estabilidad del fondeo, puesto que en este momento los flotadores 3 quedan completamente sumergidos y la inercia de la superficie de flotación disminuye drásticamente quedando la estabilidad muy comprometida. Por esta razón, los cajones o bases de hormigón convencionales, por ejemplo aquellas que tienen tan sólo 10 m de puntal, requieren habitualmente algún medio auxiliar que los estabilice. Por el contrario, en la base de hormigón 1 de la presente invención, debido principalmente al diseño de volúmenes propuesto para el cálculo de los flotadores 3, ocurre lo siguiente: (1) El centro de flotación de la superficie sumergida está a más de medio metro sobre el centro de gravedad de todo el conjunto una vez llenadas las celdas que quedan bajo cubierta, como se explica a continuación. Esto supone la recuperación de la estabilidad que permite continuar el fondeo con total seguridad. A partir de este momento esta distancia va incluso aumentando aún más. (2) En el momento crítico de estabilidad del fondeo, no existen superficies libres puesto que no hay celdas a medio llenar. Esto supone una gran optimización de recursos para conseguir máxima estabilidad con mínima estructura. (3) Todas las celdas 12 que están bajo la cubierta 2 de la base de hormigón 1 están completamente llenas de agua, por lo que al tener que soportar mucha menos presión, se consigue un gran abaratamiento de la estructura para cimentar a grandes profundidades.
A continuación se introduce agua de mar en las celdas 22 situadas bajo los flotadores 3, como se muestra por ejemplo en las figuras 13A y 13B. Como para el llenado de las celdas exteriores bajo cubierta, desde la conducción central 17 en anillo, o desde otra conducción en anillo similar, se reparte el flujo de agua a través de una pluralidad de conducciones de distribución 38, tales como radiales, que parten de distintos puntos -derivaciones- de la conducción, en este caso hacia las celdas 22 bajo los flotadores. En el caso ilustrado en la figura 13A, cada conducción de distribución 38 reparte agua a un grupo de celdas 22. Para ello, en cada derivación del anillo hacia las conducciones 38 se instala una válvula, tal como una válvula de control remoto, para conducir el agua desde la conducción en anillo hacia las celdas 22. Preferentemente las conducciones de distribución 38 van o bien por el fondo de la base de hormigón 1 , atravesando las celdas que encuentran en su camino, o bien embebidas en la losa inferior 8. Como se muestra en la figura 13B, en cada grupo de celdas 22, unas perforaciones 19 situadas preferentemente en la parte inferior de los paramentos verticales que forman las celdas, permiten el paso de agua de unas celdas del grupo a otras celdas del grupo. Por último, como en los casos anteriores, unas perforaciones 20 situadas preferentemente en la parte superior de los paramentos verticales, permiten la salida del aire a medida que las celdas se van llenando de agua, de forma que el aire es extraído por la última celda de cada serie, que también se conecta al anillo de extracción de aire 21 descrito anteriormente, para que pueda ser invertido todo el proceso. En la última celda de cada grupo (en la figura 13A las flechas indican un posible orden de llenado de agua), se dispone otra conducción, preferentemente en su parte superior, que lleva al anillo de conducciones 21 para la salida del aire al exterior, descrito anteriormente.
A medida que se realiza el llenado de las celdas 22, la base de hormigón 1 va descendiendo hasta que se completa la inmersión del conjunto, quedando la base de hormigón 1 apoyada en el lecho marino. Cuando esto ocurre las celdas 22 bajo los flotadores 3 todavía no se han llenado totalmente. Estas celdas 22 completan su llenado una vez que la base de hormigón 1 está apoyada sobre el lecho marino. Es de destacar que no se ha introducido agua (ni lastre, en general) en los flotadores 3, que llegan vacíos hasta el fondo.
Una vez que la base de hormigón 1 está completamente llena de agua, la estructura ya está perfectamente estabilizada en el fondo y se pueden retirar los flotadores 3 para volver a ser reutilizados con otra estructura. El desacoplamiento puede realizarse desde el centro de control, accionando a distancia los mecanismos 11 de conexión y desconexión. También puede realizarse por accionamiento del ROV, que sirve para supervisar el proceso. Para facilitar el proceso de desconexión, los flotadores 3 pueden tener un sistema de válvulas propio, que permitan la entrada de agua desde el exterior para disminuir el empuje vertical del flotador y así controlar mejor el ascenso del mismo.
La estructura descrita en este texto tiene la ventaja adicional de que permite un sencillo y seguro reflotado en el caso de que sea necesario. El método de reflotación de la estructura, y en general de la edificación soportada por ésta, cimentada por gravedad sobre el lecho marino siguiendo el método descrito, se realiza introduciendo aire comprimido desde el exterior hacia el interior de la base de hormigón, a través de una pluralidad de conducciones para aire. Preferentemente se aprovechan las mismas conducciones que se usaron durante el fondeo para ir liberando el aire de las celdas a medida que éstas se llenaban de agua. Es decir, el reflotado supone realizar el proceso inverso al fondeo, pero en vez de bombeando agua, introduciendo aire comprimido, por ejemplo desde una embarcación exterior, empleando preferentemente los mismos conductos por los que durante el fondeo salía el aire. Este sistema tiene dos grandes ventajas: la primera es que reduce notablemente el número de conducciones a instalar en la base de hormigón; y la segunda es que las bombas utilizadas en método de reflotado convencionales pueden deteriorarse y dejar de funcionar con el paso del tiempo, por lo que el método propuesto simplifica y asegura el éxito del proceso de reflotado.
A modo de ejemplo, y sin carácter limitativo, una posible configuración de la estructura de la invención es la siguiente: La base de hormigón se realiza con“cajonero” por lo que la manga máxima de la base de hormigón debe ser inferior a 32 m, que es el máximo que se puede realizar por el método con“cajonero”. Con esta dimensión de partida, se puede llevar una carga de 850 toneladas con centro de gravedad a 26 m de la cubierta, lo que corresponde, por ejemplo, aproximadamente, al peso de una estructura jacket de 60 m de altura. Las posibles dimensiones son:
- Dimensiones de la base de hormigón: 32 x 32 x 10 m
- Dimensiones de las celdas: 4,50 x 4,50 m
- Espesor de paramentos exteriores (muro perimetral): 0,50 m
- Espesor de paramentos interiores: 0,25 m
- Espesor de paramentos reforzados: 0,50 m
- Espesor de la losa inferior: 0,80 m
- Ancho del tacón de la losa inferior: 0,30 m
- Espesor de la losa superior (cubierta): 0,40 m
- Peso del cajón (base de hormigón): 7.930 t
- Número de flotadores: 4
- Diámetro de los flotadores: 8,90 m
- Altura de los flotadores: 12,65 m
- Peso total de los flotadores: 380 t
- Volumen de celdas bajo cubierta: 4.470 m3
- Ocupación de fondo marino: 1.063 m2 La estructura marítima a instalar (edificación, instalación o elemento para la obtención de energía 13) sobre la base de hormigón, debe estar firmemente unida al cajón (base de hormigón) para que todos los esfuerzos a los que está sometido el conjunto, sean transmitidos directamente al fondo marino. Por ello, el cajón puede presentar alguna alteración en su configuración y por tanto producir algún cambio en los valores anteriormente indicados, que no suelen ser significativos, pero que deben revisarse.
La estructura propuesta, y el procedimiento de instalación offshore de la misma, tiene grandes ventajas sobre otras estructuras y procedimientos de instalación convencionales:
(1) Es el único sistema de remolque, fondeo y reflotado que, sin requerir medios auxiliares especiales, tiene bajo calado y se puede construir junto a muelles con tan solo unos 10 m de profundidad, lo cual aumenta notablemente la disponibilidad de puntos de fabricación cercanos al lugar de implantación. Esta característica es muy importante porque abarata el proceso y aumenta las posibilidades de suministro simultáneo para grandes implantaciones.
(2) Para su instalación, la estructura se remolca hasta su posición de servicio, presentando una gran estabilidad naval debida a la elevada altura metacéntrica inicial, y a los flotadores perimetrales que aportan una excelente estabilidad a grandes escoras mejorando notablemente la seguridad en condiciones adversas.
(3) El fondeo se puede realizar a elevadas profundidades, de hasta 60 m con la misma estructura de base de hormigón, pues la máxima presión durante el momento crítico se ha previsto en su diseño, por lo que resulta una forma muy económica de cimentación a estas grandes profundidades.
(4) Es un sistema de cimentación que no hace ruidos que afecten a los mamíferos y otros animales marinos y que se puede realizar en prácticamente todo tipo de fondos. Por ello, es un sistema muy adecuado para cimentar jackets o monopilotes puesto que elimina los grandes inconvenientes de estos.
(5) El proceso de fondeo de la estructura se realiza mediante el lastrado de sus celdas exclusivamente con agua de mar, sin necesidad de ningún medio adicional, ni embarcaciones auxiliares especiales de grandes capacidades, ni de elementos de flotación ajenos a la estructura ya que, por su diseño, cumple con los requisitos exigidos durante todas las fases del proceso de fondeo.
(6) La estructura ofrece muy baja resistencia al oleaje ya que tiene tan sólo unos 7-13 metros de altura y los flotadores son retirados en la fase de servicio.
(7) Para su desmantelamiento, puede ser reflotada y trasladada de nuevo íntegra a puerto sin la necesidad de medios auxiliares para su desmontaje. (8) Por otra parte, en el momento en que los flotadores se sumergen, las celdas situadas bajo la cubierta ya están completamente lastradas con agua. Esto supone que la máxima presión hidrostática que sufren las paredes y losas de la base es la correspondiente a esta profundidad. Esta característica permite mantener los espesores de estos paramentos dimensionados a esta presión, independientemente de la profundidad a la que se apoye en el fondo marino.
(9) La gran superficie de apoyo permite soportar los más grandes aerogeneradores (8 Mw,10 Mw o superiores). La configuración de la cimentación y la ausencia de lastre sólido favorece bajas presiones sobre el fondo marino a pesar de su gran peso total, y esto resuelve gran cantidad de problemas geotécnicos que han de resolver otras cimentaciones.
(10) Al evitar la necesidad de empleo de embarcaciones especiales, de difícil disponibilidad en el mercado, y de medios auxiliares para el remolque y fondeo, se reducen los tiempos de maniobra y se permite ajustar el calendario de ejecución a las ventanas de buen tiempo disponibles, optimizando de esta manera el proceso de ejecución en su conjunto.
(11) Se trata de una estructura de hormigón armado, con una geometría sencilla compuesta únicamente por paramentos verticales y horizontales (losas superior e inferior) no inclinados, lo cual permite emplear en su sistema constructivo, los conocimientos y la experiencia de la tecnología para la ejecución de cajones portuarios, ampliamente desarrollados, que permite simplificar, abaratar y optimizar este tipo de estructuras.
(12) El hormigón aporta un mejor comportamiento frente a los impactos que las estructuras metálicas. Dado el carácter cíclico de las cargas a las que están sometidas este tipo de construcciones (oleaje y viento), también presenta grandes ventajas, respecto a la resistencia por fatiga. Todo ello, unido a su mejor durabilidad en un medio salino, implica una vida útil muy superior a la mayor parte de las estructuras existentes.
(13) La larga vida útil de la estructura que puede superar los 50 años y su gran capacidad para absorber grandes solicitaciones podría permitir la sustitución del aerogenerador a los 20-25 años (aproximadamente su vida útil) por otro de mayor potencia. Esta repotenciación puede realizarse con seguridad en puerto, debido a su eficaz sistema de reflotación, y de este modo, dar una rentabilidad muy superior al coste de la cimentación.
Como ha quedado de manifiesto a lo largo del presente texto, la estructura y método de instalación y de reflotado de la presente divulgación, proporcionan varios factores diferenciales respecto a estructuras y procedimientos convencionales de instalación y reflotación de estructuras marítimas de gravedad.
En este texto, el término“comprende” y sus derivaciones (tal como“comprendiendo”, etc.) no deben entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deben ser interpretados como que excluyen la posibilidad de que lo que se describe y se define pueda incluir elementos, etapas adicionales, etc.
En el contexto de la presente invención, el término“aproximadamente” y términos de su familia (como“aproximado”, etc.) deben interpretarse como indicando valores muy cercanos a aquellos que acompañan a dicho término. Es decir, una desviación dentro de límites razonables con respecto a un valor exacto deberían aceptarse, porque un experto en la materia entenderá que tal desviación con respecto a los valores indicados puede ser inevitable debido a imprecisiones de medida, etc. Lo mismo aplica a los términos“unos”, “alrededor de” y“sustancialmente”.
La invención no se limita obviamente a la(s) realización(es) específica(s) descrita(s), sino que abarca también cualquier variación que pueda ser considerada por cualquier experto en la materia (por ejemplo, con relación a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención como se define en las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un método de instalación offshore de una edificación cimentada por gravedad sobre el lecho marino, que comprende:
proporcionar una base de hormigón (1) delimitada por una losa inferior (8), una cubierta (2) y un muro perimetral (5), donde el interior de la base de hormigón (1) comprende una pluralidad de paramentos verticales (6, 6’) que forman celdas (7, 12, 22), conectar en la periferia de la cubierta (2) de dicha base de hormigón (1), una pluralidad de flotadores metálicos (3) huecos, donde cada flotador metálico de dicha pluralidad de flotadores metálicos (3) está formado por una columna de base circular o poligonal,
remolcar el conjunto formado por la base de hormigón (1) y la pluralidad de flotadores metálicos (3) hasta la ubicación offshore de servicio,
introducir agua de mar en las celdas (12, 12A, 12B) que están situadas bajo la cubierta (2), manteniendo sin llenar las celdas (22) que están situadas bajo los flotadores metálicos (3), de forma que cuando las celdas (12, 12A, 12B) situadas bajo la cubierta (2) están totalmente llenas, tanto la base de hormigón (1) como los flotadores metálicos (3) quedan sumergidos,
una vez que las celdas (12, 12A, 12B) situadas bajo la cubierta (2), pero no bajo los flotadores metálicos (3), están llenas de agua de mar, introducir agua de mar en las celdas (22) que están situadas bajo los flotadores metálicos (3), de forma que se completa la inmersión del conjunto, quedando la base de hormigón (1) apoyada en el lecho marino, retirar dicha pluralidad de flotadores metálicos (3).
2. El método de la reivindicación 1 , en el que la etapa de introducir agua de mar en las celdas (12, 12A, 12B) de la base de hormigón (1), que están situadas bajo la cubierta (2), comprende:
introducir primero agua de mar en las celdas exteriores (12A), e
introducir después agua de mar en las celdas interiores (12B).
3. El método de la reivindicación 2, en el que la etapa de introducir agua de mar en las celdas exteriores (12A) se realiza como sigue:
introducir agua de mar desde el exterior de la base de hormigón (1), a través de una toma (15) y de una conducción de acceso (15A) que conecta la toma (15) con una conducción central (17),
desde la conducción central (17), distribuir el agua hacia una primera pluralidad de conducciones de distribución (18) hacia un correspondiente grupo de celdas exteriores (12A),
en cada grupo de celdas exteriores (12A), introducir el agua entre las celdas a través de unas perforaciones (19) en los paramentos verticales que separan celdas adyacentes, a medida que se van llenando las celdas de cada grupo de celdas exteriores (12A), vaciar de aire las celdas.
4. El método de la reivindicación 3, en el que la etapa de introducir agua de mar en las celdas interiores (12B) se realiza como sigue:
introducir agua de mar desde el exterior de la base de hormigón (1), a través de la toma (15) y de la conducción de acceso (15A) a la conducción central (17),
desde la conducción central (17), distribuir el agua hacia una segunda pluralidad de conducciones de distribución (28) hacia al menos un grupo de celdas interiores (12B),
en el al menos un grupo de celdas interiores (12B), introducir el agua entre las celdas a través de unas perforaciones (19) en los paramentos verticales que separan celdas adyacentes,
a medida que se van llenando las celdas de cada grupo de celdas interiores (12B), vaciar de aire las celdas.
5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de introducir agua de mar en las celdas (22) que están situadas bajo los flotadores metálicos (3), se realiza como sigue:
introducir agua de mar desde el exterior de la base de hormigón (1), a través de una toma (15) y de una conducción de acceso (15A) que conecta la toma (15) con una conducción central (17),
desde la conducción central (17), distribuir el agua hacia una tercera pluralidad de conducciones de distribución (38) hacia un correspondiente grupo de celdas bajo flotadores (22),
en cada grupo de celdas bajo flotadores (22), introducir el agua entre las celdas a través de unas perforaciones (19) en los paramentos verticales que separan celdas adyacentes,
a medida que se van llenando las celdas de cada grupo de celdas (22), vaciar de aire las celdas. 6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de remolcar el conjunto formado por la base de hormigón (1) y la pluralidad de flotadores metálicos (3) hasta la ubicación offshore de servicio de la edificación, se realiza con la base de hormigón (1) y flotadores metálicos (3) completamente vacíos de lastre.
7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de remolcar el conjunto formado por la base de hormigón (1) y la pluralidad de flotadores metálicos (3) hasta la ubicación offshore de servicio de la edificación, comprende también remolcar la edificación (13) o una parte de la misma, que ha sido previamente instalada sobre la base de hormigón (1).
8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los flotadores metálicos (3) se diseñan para que cumplan la siguiente relación:
Peso total Volumen de las Volumen
Volumen estructura + celdas bajo la exterior base flotadores vacía/1,025 cubierta hormigón
donde el“Volumen flotadores” representa el volumen ocupado por todos los flotadores (3), es decir, el volumen de agua de mar desalojado cuando los flotadores están completamente sumergidos, el“Peso total estructura vacía” se refiere al peso de los flotadores (3), de la base de hormigón (1) y de la edificación (13) o parte de la misma que se haya transportado, en el caso de se haya transportado al menos parte de la misma, pero sin ningún lastre de agua, 1 ,025 representa la densidad del agua de mar, el“Volumen de las celdas bajo la cubierta” se refiere al volumen de las celdas (12) que no quedan bajo los flotadores (3), y el “Volumen exterior base hormigón” se refiere al volumen de agua que desaloja la base de hormigón (1) cuando está completamente sumergida.
9. El método de la reivindicación 8, en el que los flotadores metálicos (3) se diseñan para que el volumen de cada uno de ellos cumpla además la siguiente relación:
Volumen de las Peso total
celdas bajo la > estructura x 0,5
cubierta vacía/1,025
10. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que a medida que las celdas se van llenando de agua, el aire que ocupaba las celdas antes del llenado de agua se libera a través de unas perforaciones (20) en los paramentos (6, 6’) que separan las celdas y de unas conducciones para aire (21).
11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cuando las celdas exteriores e interiores bajo la cubierta se han llenado, pero todavía no las celdas que quedan por debajo de los flotadores metálicos, se ha alcanzado el punto crítico de estabilidad del fondeo, quedando en ese momento los flotadores metálicos (3) completamente sumergidos.
12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de retirar dicha pluralidad de flotadores metálicos (3) se realiza mediante control remoto.
13. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de retirar dicha pluralidad de flotadores metálicos (3) comprende introducir agua desde el exterior hacia el interior de los flotadores metálicos (3) para disminuir el empuje vertical de los flotadores (3) y controlar así mejor el ascenso de los mismos (3).
14. Un método de reflotación de una edificación cimentada por gravedad sobre el lecho marino, que ha sido instalada siguiendo el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, que comprende:
introducir aire comprimido desde el exterior hacia el interior de la base de hormigón
(1) a través de unas conducciones para aire (21).
15. Una estructura marítima para la cimentación por gravedad offshore de una edificación, que comprende:
una base de hormigón (1) que comprende una losa inferior (8), una cubierta superior
(2) y un muro perimetral (5) que delimita la base de hormigón (1) desde su losa inferior (8) hasta su cubierta superior (2), comprendiendo el interior de la base de hormigón (1) una pluralidad de paramentos verticales (6, 6’) que forman o delimitan celdas (7, 12, 22),
una pluralidad de flotadores metálicos (3) huecos configurados para conectarse y desconectarse de la cubierta (2), donde cada flotador metálico de dicha pluralidad de flotadores metálicos (3) está formado por una columna de base circular o poligonal, en la que los flotadores metálicos (3) se diseñan para que el volumen de cada uno de ellos cumpla la siguiente relación: Peso total Volumen de las Volumen
Volumen estructura + celdas bajo la exterior base flotadores vacía/1,025 cubierta hormigón donde el“Volumen flotadores” representa el volumen ocupado por todos los flotadores (3), es decir, el volumen de agua de mar desalojado cuando los flotadores están completamente sumergidos, el“Peso total estructura vacía” se refiere al peso de los flotadores (3), de la base de hormigón (1) y de la edificación (13) o parte de la misma que se haya transportado, en el caso de se haya transportado al menos parte de la misma, pero sin ningún lastre de agua, 1 ,025 representa la densidad del agua de mar, el“Volumen de las celdas bajo la cubierta” se refiere al volumen de las celdas (12) que no quedan bajo los flotadores (3), y el “Volumen exterior base hormigón” se refiere a al volumen de agua que desaloja la base de hormigón (1) cuando está completamente sumergida.
16. La estructura de la reivindicación 15, en la que los flotadores metálicos (3) se diseñan para que el volumen de cada uno de ellos cumpla además la siguiente relación:
Volumen de las Peso total
celdas bajo la > estructura x 0,5
cubierta vacía/1,025
17. La estructura de una cualquiera de las reivindicaciones 15-16, en la que la losa inferior (8) y la cubierta superior (2) de la base de hormigón (1) son cuadradas o rectangulares, en cuyo caso el número de flotadores metálicos (3) es 4, estando situados en las esquinas de la cubierta (2).
18. La estructura de una cualquiera de las reivindicaciones 15-16, en la que la losa inferior (8) y la cubierta superior (2) de la base de hormigón (1) son triangulares, en cuyo caso el número de flotadores metálicos (3) es 3, estando situados en las esquinas de la cubierta (2).
19. La estructura de una cualquiera de las reivindicaciones 15-16, en la que la losa inferior (8) y la cubierta superior (2) de la base de hormigón (1) son circulares, en cuyo caso el número de flotadores metálicos (3) es al menos 3, estando situados de equidistantes entre sí en la parte más externa de cubierta (2).
20. La estructura de una cualquiera de las reivindicaciones 15-19, que comprende además un sistema de llenado de agua que comprende: al menos una conducción de acceso (15A) que conecta el exterior de la base de hormigón (1) con el interior de la base de hormigón (1),
al menos una conducción interna (17) conectada a dicha al menos una conducción de acceso (15A), de la que parten:
una primera pluralidad de conducciones de distribución (18) comunicadas con una pluralidad de grupos de celdas exteriores (12A) para, en uso de la estructura, llenar de agua desde la al menos una conducción interna (17) las celdas exteriores (12A) que quedan bajo la cubierta (2),
una segunda pluralidad de conducciones de distribución (28) comunicadas con al menos un grupo de de celdas interiores (12B) para, en uso de la estructura, llenar de agua desde la al menos una conducción interna (17) las celdas interiores (12B) que quedan bajo la cubierta (2),
una tercera pluralidad de conducciones de distribución (38) comunicadas con al menos un grupo de celdas bajo flotadores (22) para, en uso de la estructura, llenar de agua desde la al menos una conducción interna (17) las celdas bajo flotadores
(22).
21. La estructura de una cualquiera de las reivindicaciones 15-20, que comprende además una pluralidad de conductos para aire (21) configurados para, durante la inmersión de la estructura, evacuar el aire de las celdas a medida que éstas se van llenando de agua, y durante la reflotación de la estructura, introducir aire comprimido en las celdas.
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