PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN DE DICHA CIMENTACIÓN

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se engloba en el campo de las cimentaciones para torres, como pueden ser las eólicas o de aerogeneradores, así como a su procedimiento de construcción .

La aplicación de la invención se centra en el sector de la construcción Y en el de la generación de energía, en particular el de la energía eólica, donde es posible emplear torres de hormigón, de celosía, hibridas o metálicas para aerogeneradores terrestres u "on-shore" .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad las cimentaciones de torres "on-shore" se basan principalmente en dos mecanismos : por un lado, las cimentaciones superficiales que se dimensionan teniendo en cuenta la tensión admisible del terreno y, por otro lado, las cimentaciones profundas .

En ambos casos, dichas tipologías de cimentación se podrían describir como cimentaciones de gravedad, ya que el equilibrio del sistema de cimentación depende en gran medida del peso propio de la cimentación y del relleno, aunque en el caso de las cimentaciones profundas hay más mecanismos implicados en dicho equilibrio (capacidad lateral del terreno, fricción, etc . ) .

La problemática de estas soluciones por gravedad es que requieren grandes volúmenes de hormigón y de acero .

Recientemente se han propuesto soluciones que reducen el volumen de hormigón mediante el empleo de losas armadas rigidizadas mediante elementos radiales, tal y como se recoge en las patentes WO2010/138978, US2011/0061321,

ES2361358 Y US9534405. Dichas soluciones consisten en sustituir hormigón de la losa por nervios, más eficientes estructuralmente, y conseguir más peso de relleno .

También existen soluciones que emplean elementos tipo puntal (o jabalcón) para rigidizar la losa inferior tal y como se hace referencia en las patentes WO2015185770A1,

ES2548297B9, ES2369304 y EP2444663, que consiguen separar las reacciones a la losa, con lo que ésta puede ser de menor dimensión .

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención queda establecida y caracterizada en las reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma .

El objeto de la invención es una cimentación para torres de aerogeneradores y su procedimiento de construcción . El problema técnico a resolver es configurar la cimentación para que su estructura sea eficiente, con un correcto comportamiento estructural, reduciendo el volumen de material necesario de los elementos que la componen, sustituyendo el peso de los elementos estructurales por más material de relleno, Y establecer las etapas del procedimiento para que sea eficiente y rápido, lo cual redunda en un menor coste .

A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a una cimentación para torres de aerogeneradores que comprende una losa inferior con perímetro en circunferencia o poliedro, Y un fuste cilindrico o poligonal que queda dispuesto sobre la losa inferior, como es conocido en el estado de la técnica .

Caracteriza a la cimentación el que además comprende una lámina superior en forma de tronco de cono o de pirámide que queda dispuesta sobre la losa inferior y el fuste, material de relleno que queda dispuesto en el espacio entre la losa inferior, el fuste y la lámina superior llenándolo total o parcialmente, unos primeros medios de unión para unir la losa inferior, el fuste y la lámina superior que discurren por el interior del fuste .

La cimentación expuesta es adecuada para torres de aerogeneradores, pero igualmente para cualquier otro tipo de construcción, normalmente vertical, que requiera de una cimentación de base .

Una ventaja de la cimentación es que permite una distribución de esfuerzos más constante que en las cimentaciones conocidas, al tener elementos de configuración de tipo laminar, con lo que se evitan las concentraciones de tensiones debidas a los nervios y puntales . Además, ofrece una excelente distribución de cargas y una alta resistencia a tracción, lo que la hace ideal para construcciones de aerogeneradores que requieren cimentaciones de grandes dimensiones, substituyendo parte del volumen de hormigón por un relleno de tierras compactado .

Otra ventaja es que con el material de relleno aportado a la cimentación se reduce el volumen de material granular que se tiene que llevar a vertedero, consiguiendo de manera añadida una reducción en las emisiones de CO2.

Otra ventaja relacionada con el material de relleno es que cuando llena el espacio totalmente permite conseguir un mayor aprovechamiento del material granular de excavación

Y aporta a la cimentación mejores condiciones de estabilidad; cuando llena el espacio parcialmente sigue aportando mejoras en las condiciones de estabilidad Y además permite minimizar los efectos de la sub-presión del agua, al compensar, parcialmente, dicha sub-presión con el peso del material de relleno .

Asimismo, la invención se refiere a un procedimiento de construcción de una cimentación para torres de aerogeneradores según se ha expuesto aquí arriba, que comprende las siguientes etapas conocidas en el estado de la técnica :

-excavación y preparación del terreno sobre el que queda dispuesta la cimentación;

-colocación de los primeros medios de unión, para unir la losa inferior, el fuste, y la lámina superior;

-colocación de la losa inferior;

-colocación del fuste .

Caracteriza al procedimiento el que además comprende las siguientes etapas en secuencia :

-aportación del material de relleno, sobre la losa inferior y alrededor del fuste; -colocación de la lámina superior, de manera que el material de relleno, llena total o parcialmente el espacio entre la losa inferior, el fuste, y la lámina superior .

El material de la cimentación puede ser de cualquier tipo, lo más habitual es hormigón armado y/o pretensado, aunque también puede ser geo-polimero, madera, acero o estructura mixta, en dependencia de las propiedades resistentes que se requieran para la cimentación . El procedimiento se adecuará según el material y como conoce el experto en la materia, por ejemplo, con un hormigón armado se utilizarán los correspondientes encofrados Y constitución de la armadura con ferralla, el pretensado puede incluir tendones o similares, mientras que unos elementos prefabricados evitan el empleo de encofrados complejos y obligan a mecanizados para incluir elementos de unión y similares .

Una ventaja de dicho procedimiento es que al ser los elementos que componen la cimentación de tipo laminar, sin nervios o protuberancias, se reduce la cantidad de material necesario, muy relevante en el ahorro del caso de hormigón

Y acero, y esto permite una ejecución más rápida y económica .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas de las realizaciones incluidas, y nunca limitativas de la invención .

La figura 1A representa una vista en perspectiva y sección transversal de una cimentación con una torre, con losa inferior de perímetro en circunferencia, fuste cilindrico y lámina superior en forma de tronco de cono, material de relleno dispuesto en el espacio entre la losa inferior, el fuste y la lámina superior llenándolo totalmente, así como en el interior del fuste . La figura IB es la misma representación, pero con el material de relleno llenando parcialmente, y sin relleno del fuste . Las figuras 1C y ID son unas vistas aumentadas parciales de las figuras 1A o

IB, sin incluir el material de relleno, mostrando los primeros medios de unión en la figura 1C, mostrando unos segundos medios de unión en la figura ID .

La figura 2 representa una vista en perspectiva inferior y sección transversal de una cimentación con torre, los elementos de la cimentación con refuerzos perimetrales y radiales .

La figura 3 representa una vista en perspectiva y sección transversal de una cimentación con losa inferior de perímetro en poliedro, fuste poligonal y lámina superior en forma de tronco de pirámide .

La figura 4 representa una vista en perspectiva y sección transversal de una cimentación con la losa inferior de espesor variable y el fuste macizo .

Las figuras 5A a 5F representan de manera esquemática las etapas de construcción de una cimentación .

La figura 6 representa una vista en perspectiva de una cimentación en la que la lámina superior incluye una abertura . Las figuras 7A a 7C representan vistas en perspectiva y sección transversal de cimentaciones con lámina intermedia entre la losa inferior y la lámina superior .

La figura 8A representa una vista en perspectiva y sección transversal de una cimentación en la que la losa inferior está formada por una porción de cimentación existente y una porción de losa inferior . La figura 8B es una vista aumentada parcial de la figura 8A.

La figura 9 representa una vista en perspectiva y sección transversal de una cimentación con una torre en la que el fuste incluye un ensanchamiento inferior y uno superior .

EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La figura 1A muestra en sección una cimentación para torres de aerogeneradores que comprende una losa inferior (1 ) con perímetro en circunferencia, pudiera también ser en poliedro, un fuste (2 ) cilindrico, pudiera también ser poligonal, que queda dispuesto sobre la losa inferior (1 ) , una lámina superior (3) en forma de tronco de cono, pudiera ser también en tronco de pirámide, que queda dispuesta sobre la losa inferior (1 ) y el fuste (2 ) , material de relleno (4 ) que queda dispuesto en el espacio entre la losa inferior (1 ) , el fuste (2 ) y la lámina superior (3) llenándolo totalmente, como se aprecia en la figura 1A, o parcialmente, como se aprecia en la figura IB, unos primeros medios de unión (5) para unir la losa inferior

(1) , el fuste (2 ) y la lámina superior (3) que discurren por el interior del fuste (2 ) , en la realización mostrada en las figuras 1A, IB y 1C son una jaula de pernos, que se aprecia en una vista aumentada en la figura IB en la que no se incluye ningún material de relleno (4 ) para que no interfiera en la claridad a la figura . En la figura 1C se aprecia que los primeros medios de unión (5) como jaula de pernos incluyen sendos conjuntos de barras paralelas con sus tuercas (5.1 ) y una arandela o brida (5.2 ) , estando dicha brida (5.2 ) conectada a la pared de la torre (10 ) , figura 1C, o no conectada a la misma, figura 8B, como es conocido .

El material de relleno (4 ) se muestra en las configuraciones de las figuras 1A, IB y en las etapas de las figuras 5D a 5F . Por claridad, no se incluye en el resto de las figuras mostrando las otras configuraciones, debiendo considerarse que pudieran igualmente presentar material de relleno (4 ) llenando el espacio disponible de manera total o parcial, de manera similar a como se representa en las figuras 1A y IB .

Una opción es que el material de relleno (4 ) además queda dispuesto en el interior del fuste (2 ) llenándolo totalmente, figura 1A, o también parcialmente, no representado . Esto favorece la reutilización del material de excavación aportando mayor carga a la cimentación y consiguiendo reducir aún más el volumen de material granular que se tiene que llevar a vertedero . Igualmente, el fuste (2 ) pudiera ser macizo como se aprecia en la figura 4 .

Otra opción es que la cimentación además comprende unos segundos medios de unión ( 6) para unir la losa inferior

(1 ) y la lámina superior (3) , representado un modo de realización de los mismos en detalle en la figura ID como dos varillas paralelas unidas a una varilla transversal a las mismas, y de manera esquemática en las figuras 1A, IB,

2, 3, 4, 7A, 7B, 7C, 8A y 9. En cualquier caso, pueden ser de cualquier tipo, como esperas o adhesivo . De esta manera se incluye una unión añadida entre elementos, lo que aumenta la rigidez estructural .

Como se ha citado más arriba, una opción ventajosa es que los primeros medios de unión (5) son una jaula de pernos, figuras 1A, IB, 1C, 8A, 8B, de esa manera se tiene integrado el anclaje mecánico mediante pernos a la torre

(10 ) . Sin embargo, otros anclajes son posibles, como esperas, conectadores, tendones, cables o pernos pretensados .

Otra opción es que el fuste (2 ) incluya un ensanchamiento inferior (2 .1 ) en correspondencia con la losa inferior (1 ) y/o un ensanchamiento superior (2 .2 ) en correspondencia con la lámina superior (3) . La configuración de la figura

9 muestra ambos, aunque pudiera estar el uno, el otro o ambos . La inclusión de alguno de ellos supone una configuración adicional para ajustarse a los esfuerzos que debe resistir la cimentación .

Otra opción, figura 2, es que la losa inferior (1 ) , el fuste (2 ) y/o la lámina superior (3) incluyan refuerzos per imet rales (1 .1, 2 . 3, 3.1 ) y/o radiales (1 .2, 2 . 4, 3. 2 ) .

Estas configuraciones se comportan como vigas empotradas, permitiendo rigidizar los elementos en los que se disponen .

Otra opción es que la losa inferior (1 ) , el fuste (2) y/o la lámina superior (3) sean de espesor uniforme, figuras

1A a ID, 2, 3, 5B a 5F, 7A, 7B, 7C, 8A, 8B y 9, o variable, figura 4 mostrando la losa inferior (1 ) con espesor variable . El espesor uniforme permite una mayor facilidad de construcción, el espesor variable permite adaptarse de forma más óptima a las cargas de servicio : resistencia a la deformación, diseño de la sección transversal, condiciones de conexión y condiciones de apoyo .

Otra opción, figura 6, es que la lámina superior (3 ) presente una abertura (3.3) configurada de tal manera que permite el acceso al interior del fuste (2 ) . Esto aporta la ventaja de poder hacer labores de mantenimiento preventivo o análisis de posibles patologías .

Otra opción es que la cimentación además comprenda una lámina intermedia (7 ) que queda dispuesta entre la losa inferior (1 ) y la lámina superior (3) . La figura 7A muestra una lámina intermedia (7 ) dispuesta perpendicularmente a la losa inferior (1 ) , la figura 7B muestra una lámina intermedia (7 ) conectada a la confluencia entre la losa inferior (1 ) la lámina superior (3) , la figura 7C muestra una lámina intermedia (7 ) conectada a la confluencia entre el fuste (2 ) y la lámina superior (3) . Las distintas configuraciones de láminas intermedias (7 ) permiten rigidizar el interior de la cimentación, aumentando la capacidad estructural de la cimentación, optimizando así su característica portante .

La losa inferior (1 ) puede estar configurada como una única pieza, figuras 1A a ID, 2, 3, 4, 5B a 5F, 6, 7A a 7C, 9, o estar formada por una porción de cimentación existente

(8) y una porción de losa inferior ( 9) , figuras 8A y 8B en donde, en la realización representada, la porción de cimentación existente (8 ) corresponde al centro de la cimentación y la porción de losa inferior ( 9) es un aro o corona que la rodea, aunque pudiera ser cualquier otra configuración .

El procedimiento de construcción de una cimentación para torres de aerogeneradores según se ha expuesto comprende las siguientes etapas:

-excavación y preparación del terreno sobre el que queda dispuesta la cimentación;

-colocación de los primeros medios de unión (5) para unir la losa inferior (1), el fuste (2) y la lámina superior

(3), figura 5A;

-colocación de la losa inferior (1), figura 5B;

-colocación del fuste (2), figura 5C; pudiendo estar estas etapas iniciales en otra secuencia, por ejemplo, si el fuste (2) es un prefabricado los primeros medios de unión (5) se pueden colocar tras la colocación de la losa inferior (1); además comprende las siguientes etapas en secuencia:

-aportación del material de relleno (4) sobre la losa inferior (1) y alrededor del fuste (2), figura 5D;

-colocación de la lámina superior (3), de manera que el material de relleno (4) llena total o parcialmente el espacio entre la losa inferior (1), el fuste (2) y la lámina superior (3), figura 5E. Tras esta etapa, una vez construida la cementación, se rellena el terreno como se considere y se une la torre (10), figura 5F.

Una opción es que, con anterioridad a la colocación de la lámina superior (3), se aporta además material de relleno

(4) al interior del fuste (2), llenándolo total o parcialmente, no representado en las figuras.

Otra opción es que, tras la colocación de la lámina superior (3) , se colocan los segundos medios de unión ( 6) para unir la losa inferior (1 ) y la lámina superior (3) , no representado en las figuras .

Otra opción es que, con anterioridad a la aportación del material de relleno (4 ) , se coloca la lámina intermedia

(7) que, tras la aportación del material de relleno (4 ) y colocación de la lámina superior (3) , queda dispuesta entre la losa inferior (1 ) y la lámina superior (3) , no representado en las figuras .

Un ejemplo numérico de realización es una cimentación para un aerogenerador de 6 MW aprox . con una torre de unos 110 m, con cimentación convencional se utilizan 700 m ³ de hormigón y 85000 kg de acero, mientras que con la cimentación de la invención, que se puede decir de tipo laminar, se utilizan 450 m ³ de hormigón y 73000 kg de acero, lo que supone un ahorro de hormigón de más del 35

% y un ahorro de acero de más del 14 %, además reduciendo la complejidad de la construcción .