ES2572327B2

ES2572327B2 - Elemento de transición para la transmisión de esfuerzos entre torre y subestructura en estructura flotante monolítica de hormigón para el soporte de turbinas eólicas marinas

Info

Publication number: ES2572327B2
Application number: ES201431765A
Authority: ES
Inventors: Climent Molins Borrell; Alexis CAMPOS HORTIGÜELA
Original assignee: Universitat Politecnica de Catalunya UPC
Current assignee: Universitat Politecnica de Catalunya UPC
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2016-10-03
Anticipated expiration: 2034-11-27
Also published as: EP3225840A1; EP3225840A4; EP3225840B1; WO2016083636A1; US20170335825A1; ES2572327A1; PT3225840T

Abstract

Elemento de transición para la transmisión de esfuerzos entre torre y subestructura en estructura flotante monolítica de hormigón para el soporte de turbinas eólicas marinas.#La presente invención se refiere, en estructuras flotantes de soporte de turbinas eólicas, a la materialización mediante una lámina de hormigón pretensado de la zona de transición entre la torre, de menor diámetro, y el flotador de hormigón de mayor diámetro, tanto si la torre es metálica como de hormigón. Dicha lámina de revolución presenta una geometría óptima para la correcta transmisión de esfuerzos entre ambas partes, torre y flotador, con un espesor reducido y sin necesidad de elementos de rigidización y refuerzo exteriores a sus superficies que aumentarían el peso y el coste de la estructura.

Description

5

10

15

20

25

30

35

ELEMENTO DE TRANSICION PARA LA TRANSMISION DE ESFUERZOS ENTRE TORRE Y SUBESTRUCTURA EN ESTRUCTURA FLOTANTE MONOLITICA DE HORMIGON PARA EL SOPORTE DE TURBINAS EOLICAS MARINAS.

DESCRIPCION

La presente invention se refiere, en estructuras flotantes de soporte de turbinas eolicas, a la materialization mediante una lamina de hormigon pretensado de la zona de transition entre la torre, de menor diametro, y el flotador de hormigon de mayor diametro, tanto si la torre es metalica como de hormigon. Dicha lamina de revolution presenta una geometrla optima para la correcta transmision de esfuerzos entre ambas partes, torre y flotador, con un espesor reducido y sin necesidad de elementos de rigidizacion y refuerzo exteriores a sus superficies que aumentarlan el peso y el coste de la estructura.

Antecedentes de la invencion

Desde la implantation de los primeros parques eolicos offshore, la industria ha ido tendiendo al uso de elementos de hormigon para soporte de las torres que sustentan las turbinas eolicas gracias a las mejores prestaciones de dicho material en el ambiente marino.

La transicion entre acero y hormigon en estas estructuras presenta una zona crltica para la durabilidad de la estructura, principalmente debido a la fatiga del hormigon en la zona de junta.

Con el nuevo diseno se minimizan las concentraciones de esfuerzos a lo largo de la transicion, asegurando una maxima vida util tanto por durabilidad como por fatiga, al ser una pieza continua y sin juntas que conecta la torre con la subestructura.

Siguiendo la filosofla presentada en WO2013/093160A1, donde se propone una estructura flotante monolltica, de una sola pieza, de hormigon armado y pretensado, incluyendo torre y flotador en un unico elemento, en la presente invencion se propone una geometrla de transicion que permite transmitir los esfuerzos generados en la base de la torre eolica hacia el elemento flotador de mayor diametro, sin necesidad de uso de rigidizadores ni otros elementos externos a la propia pared de hormigon de la estructura que harlan aumentar el peso y, por tanto, perder flotabilidad.

En el diseno de estructuras flotantes, la geometrla de la section de intersection con el nivel medio del mar (nmm) es un factor clave para el correcto comportamiento hidrodinamico de la estructura, de modo que el diametro en dicha seccion es el menor capaz de soportar los esfuerzos de diseno.

5

10

15

20

25

30

35

En cambio, el diseno del flotador se centra en maximizar la estabilidad de la estructura con el menor calado posible, implicando mayores diametros que en la torre. Esta diferencia entre diametros implica grandes concentraciones de tensiones sobre la base de la torre y sobre el flotador, especialmente en el caso de transiciones de corta longitud, o incluso de longitud nula, siendo un factor clave la relacion entre los diametros de la torre y el flotador.

En el caso de estructuras de hormigon monollticas, donde la torre y el flotador forman una unica pieza y los esfuerzos de pretensado del hormigon generan importantes esfuerzos de desviacion en los cambios de geometrla, conseguir una geometrla que permita distribuir uniformemente las tensiones sobre la estructura permite aumentar la durabilidad de la estructura as! como reducir el coste de ejecucion de las estructuras de hormigon flotantes monollticas.

Puesto que en los casos donde la torre metalica es necesario alejar en la medida de lo posible la junta acero-hormigon de la superficie del agua por temas de durabilidad y estanqueidad, la presente invention es igualmente valida, permitiendo realizar la transition con hormigon hasta escasos metros sobre el nmm, donde se conecta con la torre. Con esta solution se minimizan los problemas de durabilidad y mantenimiento de la zona mas expuesta a los vectores ambientales mas agresivos.

Para los casos de estructuras de hormigon que se fondean por gravedad en el fondo marino, la presente invencion optimiza la distribution de tensiones en el aumento de diametro desde la torre hasta la base de cimentacion.

Description de la invencion

Mediante el uso de una geometrla adecuada y el uso de cordones de acero para el pretensado longitudinal y circunferencial se consigue una suave transmision al flotador de los esfuerzos originados en la torre. Adicionalmente ayuda a mejorar otros aspectos hidrodinamicos respecto a otras soluciones, como se vera posteriormente.

Dicha transicion comprende:

-un arco de circunferencia tangente a la generatriz de la torre que une ambas piezas, formando una transicion de geometrla toroidal.

En caso de necesidad, la transicion puede realizarse en 2 o mas segmentos tronco-conicos adaptando las transiciones a la curvatura original. Esta option implica mayores concentraciones

5

10

15

20

25

30

35

de tensiones que a su vez pueden ser absorbidas mediante el pretensado circunferencial concentrado en cada cambio de transition.

Adoptando esta geometrla, toroidal o en base a troncos de cono, se obtiene una distribution adecuada de las tensiones longitudinales y transversales sobre el hormigon, incluyendo las cargas de la torre mas las debidas al pretensado de los tendones embebidos en el hormigon, sean longitudinales y transversales.

El encuentro entre el flotador y la transicion se pretensa circunferencialmente para absorber las tensiones generadas por el cambio de geometrla, disponiendo un conjunto de tendones agrupados en la zona del cambio y otros de refuerzo repartidos a lo largo de la transicion para garantizar el total estado de compresion.

Este estado de compresion garantiza la durabilidad de la estructura flotante en toda su obra viva y zona de salpicaduras.

Los tendones longitudinales se corresponden a los tendones de pretensado existentes de la base de la torre, dandoles continuidad hacia el flotador a traves de la transicion. En el caso de torre metalicas, los tendones longitudinales arrancan desde el inicio de la estructura de hormigon por encima del nmm.

Adicionalmente al beneficio estructural, hay que notar que la transicion aumenta el radio de forma no lineal de tal manera que permite alejar los mayores diametros de la superficie del mar, donde el efecto de las acciones de oleaje son maximas y disminuyen exponencialmente con la profundidad mientras aumentan proporcionalmente con el diametro. Esto mejora en gran medida la respuesta hidrodinamica de la estructura, siendo mas permeable en la superficie del mar.

Su forma tambien ayuda a evitar posibles efectos adversos en el movimiento bajo condiciones severas de oleaje, donde parte importante de la transicion queda expuesta temporalmente, produciendose importantes variaciones de rigidez hidrostatica con el uso de las tlpicas transiciones lineales, que deben ser compensadas en diseno mediante la longitud de la transicion, aumentando el calado y/o radio del flotador.

Asimismo, la suavidad de la transicion en la base de la torre permite un mayor radio entorno a la torre con una profundidad minima que mediante otros tipos de transiciones, lo que favorece el transito de embarcaciones.

Breve descripcion de las figuras

Para mejor comprension de cuanto se ha expuesto, se acompanan unos dibujos en los que, esquematicamente y tan solo a tltulo de ejemplo no limitativo, se representa el objeto de la 5 invention

La figura 1 es una vista esquematica en alzado de una estructura flotante para soporte de turbinas eolicas marinas, donde se resalta la situation de la pieza de transition de acuerdo con la presente invencion;

10

La figura 2 es un corte en alzado de la pieza de transicion, donde se puede observar la geometrla de la transicion, bien sea curva (2) o segmentada (9), que define la longitud de transicion L (3) en funcion de los radios de la torre (4) y del flotador (5). Se pueden observar los tendones longitudinales de acero pretensado (8), as! como los tendones circunferenciales principales (6) 15 que recogen los esfuerzos debidos al cambio de geometrla. Tambien se aprecian los tendones de refuerzo circunferencial repartidos a lo largo de la transicion (7). Asimismo, se observa que el espacio interior esta completamente libre de elementos de rigidizacion y/o refuerzos (10).

En la figura 3 se muestra una vista en planta de la transicion, resultando claramente visible la 20 geometrla de los tendones de pretensado circunferenciales (7 y 6) y de los tendones longitudinales (8) que dan continuidad a los provenientes de la torre (11).

Claims

ES 2 572 327 A1

REIVINDICACIONES

1. Elemento de hormigon de transition subestructura-torre para estructuras flotantes de soporte de aerogeneradores marinos donde la subestructura sumergida sea de hormigon 5 hueca que se caracteriza por estar formada por una geometrla axisimetrica de transition

circular (2) desde el radio del flotador (5) hasta el radio de la base de la torre (4), con un espesor comprendido entre el espesor de la torre y el de la subestructura, prescindiendo de refuerzos o rigidizadores exteriores a las superficies.

10 2. Elemento de hormigon de transition subestructura-torre de acuerdo con la revindication 1,

siendo la superficie de la transition tangente a la generatriz de la base de la torre;
3. Elemento de hormigon de transition subestructura-torre de acuerdo con la revindication 1, donde la transition circular se ajuste mediante 2 o mas segmentos rectos (9);

15
4. Elemento de hormigon de transition subestructura-torre de acuerdo a la revindication 1, en la que dicha transition comprende:

-Tendones de acero de pretensado longitudinales (8); y

20

-Tendones de acero de pretensado circunferenciales (6 y7);