WO2016203066A1 - Cimentación de hormigón prefabricado y procedimiento de ejecución de la misma - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a prefabricated concrete foundation for the execution of structures that transmit a large dump moment on the ground on one or two main axes, as in the structures of solar thermal plants.
- the precast concrete foundation system object of this invention is formed by a prefabricated reinforced concrete element constituted by a partially hollow prism, from which at least two arms that end up joining beams with inverted T-section come out from the bottom.
- This precast concrete element is installed on the excavation executed. Subsequently, the excavation is filled with granular material in order to ballast and increase the weight of the assembly to obtain greater stability to overturning and sliding. This filling never exceeds the height of the upper elevation of the concrete prism.
- This new foundation aims to considerably reduce the costs of executing traditional foundations for this type of structures, considerably improving the completion times, as well as solving in a simple and economical way the overturning stability of this type of structures.
- the structures that transmit large horizontal loads and moments to the ground are configured by light metal structures that transmit their loads to the ground through pilot solutions of large diameter (equal or greater than 1 m) of concrete "in situ"
- Spanish utility model application with publication number ES1064028 is known, which presents a prefabricated foundation solution for solar plants formed by a solid concrete slab of rectangular section.
- This solution requires a lot of steel and concrete contribution and its transportation and handling is expensive since you have to handle large weights.
- Patent applications CN103603362 and DE20200501 1851 present a foundation based on concrete slabs with supports that also require a lot of concrete and steel to stabilize the structure.
- a prefabricated foundation system by the same author is the patent ES2014070664, but to solve the stability that this type of structure requires would have enormous dimensions and therefore uneconomic.
- the present invention proposes a prefabricated concrete solution that is specially designed to withstand large tipping stresses with the least resistant effort, that is, it is about lightening the foundation as far as consumption of concrete and steel is concerned and yet offering the maximum anti-roll performance.
- a very slender piece has been designed with long and thin concrete arms that are attached to transverse stabilizers markedly spaced apart from each other. In this way, once this piece is buried, it acts as if it were a rocker, stabilizing the reactions thanks to the weight of the earth column on the stabilizers and the distance between them.
- the first reason is that the lower surface of the slab of the prefabricated element has an intentionally high roughness in order to increase the coefficient of friction between land and concrete and the second reason is that the extra weight that this type of foundation needs is achieved through a non-resistant material and much cheaper than concrete, such as the soil itself coming from the excavation.
- the present invention presents a precast concrete foundation solution for structures with large horizontal loads that generate large dump moments.
- the foundation system object of this patent is formed by a piece of prefabricated reinforced or prestressed concrete constituted by a partially hollow prism at the top that is where the anchors of the support structure will be housed.
- Each of these arms ends up orthogonally joining an inverted T-shaped beam that acts as stabilizers.
- the arms can carry circular lightening in order to lighten the weight of the prefabricated element without sacrificing its resistance.
- the piece has an H-shape in the case of having two arms.
- the structure had two directions of overturning moments, four or more arms would be arranged according to the requested directions, taking into account that when there are four arms, the structure would adopt a plan view of a potentiated cross.
- This precast concrete element is installed on the excavation executed. Subsequently, the excavation is filled with granular material in order to ballast and increase the weight of the assembly to obtain greater stability to overturning and sliding.
- the material itself extracted from the excavation can serve this purpose.
- the prefabricated piece has vertical drills incorporated both in the center of the prism and in the stabilizing beams and arms, in order to house some pipes through which the water would drain in the case of resting on subpressive terrain , that is, on land with a high water table.
- the anchors of the support structure are housed inside the prism hole and subsequently filled with concrete.
- the section of the prism gap varies along its height from increasing to decreasing or decreasing to increasing in order to create a widening or strangulation that allows two things mainly: to achieve a perfect crimp between the concrete prism and the concrete filling against axial tensile and / or compression loads of the support structure, preventing the sliding between both bodies.
- the procedure for executing this foundation includes the following stages:
- Figure 1 shows a perspective of the prefabricated part that is part of the foundation system of the present invention composed of two arms with their stabilizers.
- Figure 2 shows a perspective of the same piece of Figure 1 seen from below.
- Figure 3 shows a plan view of Figure 1 resembling the letter H.
- Figure 4 shows a perspective of the prefabricated part that is part of the foundation system of the present invention composed of four arms with their stabilizers.
- Figure 5 shows a plan view of Figure 4 resembling a potent cross.
- Figure 1 shows a perspective of the system as a whole, formed by a piece of prefabricated concrete (1) reinforced or prestressed consisting of a partially hollow prism (2) (3) from the top part from which they leave from the bottom two arms (4), whose width is less than the width of the base of the prism, which end up joining each of them orthogonally to an inverted T-shaped beam (5).
- Figure 3 shows the H-shape that presents a plan view of the prefabricated piece.
- This precast concrete element is installed on the excavation executed. Subsequently, the excavation is filled with granular material in order to ballast and increase the weight of the assembly to obtain greater stability to overturning and sliding.
- the material itself extracted from the excavation can serve this purpose.
- FIGS. 4 and 5 show the same foundation system with four arms (4) attached to the prism (2), which can be the arms (4) of the same or different length adapting to the efforts to which the structure supported by said foundation.
- the procedure for executing this foundation includes the following stages:
- prefabricated piece (1) of reinforced or prestressed concrete prefabricated piece (1) of reinforced or prestressed concrete.
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Abstract
Cimentación de hormigón prefabricado que comprende una pieza (1) de hormigón prefabricado armada o pretensada constituida por un prisma (2) parcialmente hueco (3), del que salen unos brazos (4) por la parte inferior y terminan uniéndose ortogonalmente a unas vigas (5) en forma de T invertida. El procedimiento para ejecutar dicha cimentación que comprende las fases: prefabricación de una pieza (1) de hormigón armado o pretensado, extendido de un lecho de arena sobre una superficie, colocación de la pieza (1) sobre dicho lecho de arena, relleno sobre los brazos (4) y vigas (5) mediante material granular hasta la cota superior del prisma (2), colocación de los anclajes de la estructura soporte y relleno del hueco existente con hormigón.
Description
CIMENTACIÓN DE HORMIGON PREFABRICADO Y PROCEDIMIENTO DE
EJECUCION DE LA MISMA
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una cimentación de hormigón prefabricado para la ejecución de estructuras que transmitan al terreno un gran momento volcador sobre uno o dos ejes principales, como ocurre en las estructuras de plantas termosolares.
El sistema de cimentación de hormigón prefabricado objeto de esta invención está formado por un elemento prefabricado de hormigón armado constituido por un prisma parcialmente hueco, del que salen por la parte inferior al menos dos brazos que terminan uniéndose a unas vigas con sección en T invertida. Este elemento de hormigón prefabricado se instala sobre la excavación ejecutada. Posteriormente se rellena la excavación con material granular con el fin de lastrar y aumentar el peso del conjunto para obtener una mayor estabilidad al vuelco y al deslizamiento. Este relleno nunca supera la altura de cota superior del prisma de hormigón.
Esta nueva cimentación pretende reducir considerablemente los costes de ejecución de las cimentaciones tradicionales para este tipo de estructuras, mejorando considerablemente los plazos de terminación, así como solucionar de una forma sencilla y económica la estabilidad a vuelco de este tipo de estructuras.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la mayoría de los casos, las estructuras que transmiten grandes cargas horizontales y momentos al terreno como es el caso de las plantas termosolares, están configuradas mediante estructuras metálicas ligeras que transmiten sus cargas al terreno a través de soluciones pilotadas de gran diámetro (igual o mayor de 1 m) de hormigón "in situ"
En los casos que no se pueda pilotar debido a la geotecnia del terreno se suele resolver la cimentación ejecutando grandes losas "in situ" de hormigón armado en superficie, siendo ésta solución económicamente mucho más cara que la pilotada.
Estas estructuras trasmiten pequeñas cargas axiles, pero importantes cargas horizontales debidas al viento y sismo principalmente y son muy sensibles a pequeños desplazamientos de las cimentaciones que provocarían cambios en la orientación de los espejos y paneles con respecto a la radiación solar con lo que disminuiría notablemente el rendimiento térmico de la planta. De ahí la importancia de estabilizar el vuelco que provocan esas reacciones horizontales.
En cualquiera de las soluciones anteriores se necesita de mucha mano de obra "in situ", maquinas lentas y caras en el caso del pilotaje de gran diámetro, presentando en este caso una gran incertidumbre en cuanto al tipo de material que se puede encontrar una vez se haya comenzado a perforar el terreno (posible aparición de bolos o roca)
Otro inconveniente que presenta este tipo de soluciones es que necesita el aporte de hormigón vertido "in situ" y normalmente este tipo de plantas solares se instalan lejos de cualquier centro productivo de hormigón, lo que dificulta y encarece la fabricación del mismo.
El solicitante conoce la existencia de otros sistemas de cimentación para este tipo de estructuras.
Así por ejemplo es conocida la solicitud de modelo de utilidad español con número de publicación ES1064028 que presenta una solución de cimentación prefabricada para plantas solares formada por una losa maciza de hormigón de sección rectangular. Esta solución requiere de mucho aporte de acero y hormigón y su transporte y manipulación es costoso ya que hay que manejar grandes pesos.
La solicitudes de patente CN103603362 y DE20200501 1851 presentan una cimentaciones basadas en losas de hormigón con soportes que también requieren de mucho aporte de hormigón y acero para poder estabilizar la estructura.
Un sistema de cimentación prefabricada del mismo autor es la patente ES2014070664, pero para resolver la estabilidad que requiere este tipo de estructuras tendría unas dimensiones enormes y por consiguiente antieconómica.
La presenta invención propone una solución prefabricada de hormigón que está especialmente diseñada para resistir grandes esfuerzos volcadores con el mínimo esfuerzo resistente, es decir, se trata de aligerar al máximo la cimentación en cuanto a consumo de hormigón y acero se refiere y sin embargo ofrecer las máximas prestaciones antivuelco.
Para ello se ha diseñado una pieza muy esbelta con largos y delgados brazos de hormigón que se unen a unos estabilizadores transversales distanciados notablemente entre sí. De esta forma una vez enterrada esta pieza, actúa como si de un balancín se tratara, estabilizando las reacciones gracias al peso de la columna de tierra sobre los estabilizadores y la distancia entre ellos.
Las ventajas de la presente invención sobre las cimentaciones anteriormente citadas incluidas las tradicionales son:
- No se requiere de gran aportación de hormigón vertido "in situ", ya que todos los elementos se prefabrican con anterioridad. Esta ventaja en fundamental, ya que normalmente este tipo de plantas solares se instalan lejos de cualquier centro productivo de hormigón, lo que dificulta y encarece la fabricación del hormigón.
- Ahorra una gran cantidad de hormigón y de acero ya que el área (y por tanto el volumen) de la sección prefabricada es mucho menor que el de la losa "in situ" y que el de cualquier solución prefabricada existente. Al ser menor el volumen, también se reducen mucho las cuantías de armadura.
- No requiere de grandes medios de trasporte y elevación para su ejecución, ya que la sección del elemento prefabricado hace que éste sea muy ligero.
- No requiere de grandes excavaciones, ya que la sección del elemento prefabricado hace que ésta sea muy contenida.
- Proporciona una gran resistencia frente a desplazamientos horizontales debido a dos motivos fundamentales: el primer motivo es que la superficie inferior de la losa del elemento prefabricado presenta una rugosidad intencionadamente alta con el fin
de aumentar el coeficiente de rozamiento entre terreno y hormigón y el segundo motivo es que el peso extra que necesita este tipo de cimentaciones se consigue a través de un material no resistente y mucho más económico que el hormigón, como puede ser el propio suelo procedente de la excavación.
- Proporciona una gran estabilidad frente a esfuerzos de vuelco debido a dos motivos fundamentales: el peso de la columna de tierra sobre los estabilizadores y la distancia entre los mismos.
- Incrementa la velocidad de ejecución enormemente al tener todos los elementos prefabricados con anterioridad.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención presenta una solución de cimentación prefabricada de hormigón para estructuras con grandes cargas horizontales que generan grandes momentos volcadores.
El sistema de cimentación objeto de esta patente está formado por una pieza de hormigón prefabricado armada o pretensada constituida por un prisma parcialmente hueco por la parte superior que es donde se alojarán los anclajes de la estrucrura soporte.
Por la parte inferior del prisma salen al menos dos largos brazos en la misma dirección que el esfuerzo volcador solicitante, cuyo ancho es inferior al ancho de la base del prisma.
Cada uno de estos brazos terminan uniéndose ortogonalmente a una viga en forma de T invertida que actúan como estabilizadores.
Los brazos pueden llevar unos aligeramientos circulares con el fin de aligerar el peso del elemento prefabricado sin ver sacrificado su resistencia.
Vista en planta, la pieza tiene forma de H en el caso de tener dos brazos.
En el caso de que la estructura tuviera dos direcciones de momentos volcadores, se dispondrían cuatro o más brazos según las direcciones solicitadas, teniéndose en cuenta que cuando son cuatro los brazos la estructura adoptaría una vista en planta de cruz potenzada.
Este elemento de hormigón prefabricado se instala sobre la excavación ejecutada. Posteriormente se rellena la excavación con material granular con el fin de lastrar y aumentar el peso del conjunto para obtener una mayor estabilidad al vuelco y al deslizamiento. El propio material extraído de la excavación puede servir para tal fin.
Para aumentar el coeficiente de rozamiento entre la placa prefabricada y el terreno, ésta puede presentar un acabado rugoso por su parte inferior. También cabe la posibilidad de que la pieza prefabricada lleve incorporados unos taladros verticales tanto en centro del prisma como en las vigas estabilizadoras y brazos, con el fin de alojar unos tubos por el que se drenaría el agua en el caso de apoyar sobre terrenos con subpresiones, es decir en terrenos con nivel freático elevado.
Este relleno en ningún caso superará la altura máxima del prisma con el fin de que la estructura soporte no entre nunca en contacto con el terreno para no comprometer su durabilidad estructural. Los anclajes de la estructura soporte se alojan en el interior del hueco del prisma y se rellena posteriormente con hormigón.
Mencionar que la sección del hueco del prisma varía a lo largo de su altura de forma creciente a decreciente o de forma decreciente a creciente con el fin de crear un ensanchamiento o estrangulamiento que permite dos cosas principalmente: conseguir un engarce perfecto entre el prisma de hormigón y el hormigón de relleno frente a cargas axiles de tracción y/o compresión de la estructura soporte, impidiendo el deslizamiento entre ambos cuerpos.
El procedimiento de ejecución de esta cimentación comprende las siguientes etapas:
- prefabricación de pieza prefabricada de hormigón armado o pretensado. - extendido de lecho de arena sobre fondo de excavación.
- colocación de pieza prefabricada sobre lecho de arena.
- relleno sobre los brazos y vigas de sección en T invertida de material granular como máximo hasta cota superior del prisma.
- colocación de los anclajes de la estructura soporte en el interior del hueco (3) del prisma. - relleno del hueco existente con hormigón.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para completar la descripción que se está realizando, con el objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, se acompaña a la presente memoria descriptiva, un juego de figuras en las cuales, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La Figura 1 muestra una perspectiva de la pieza prefabricada que forma parte del sistema de cimentación de la presente invención compuesta por dos brazos con sus estabilizadores.
La Figura 2 muestra una perspectiva de la misma pieza de la Figura 1 vista desde abajo.
La Figura 3 muestra una vista en planta de la Figura 1 asemejándose a la letra H.
La Figura 4 muestra una perspectiva de la pieza prefabricada que forma parte del sistema de cimentación de la presente invención compuesta por cuatro brazos con sus estabilizadores.
La Figura 5 muestra una vista en planta de la Figura 4 asemejándose a una cruz potenzada.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En la figura 1 se representa una perspectiva del sistema en su conjunto, formado por una pieza de hormigón prefabricado (1) armada o pretensada constituida por un prisma (2) parcialmente hueco (3) por la parte superior del que salen por la parte inferior dos brazos (4), cuyo ancho es inferior al ancho de la base del prisma, que terminan uniéndose ortogonalmente cada uno de ellos a una viga (5) en forma de T invertida.
En la figura 3 se aprecia la forma en H que presenta una vista en planta de la pieza prefabricada.
Este elemento de hormigón prefabricado se instala sobre la excavación ejecutada. Posteriormente se rellena la excavación con material granular con el fin de lastrar y aumentar el peso del conjunto para obtener una mayor estabilidad al vuelco y al deslizamiento. El propio material extraído de la excavación puede servir para tal fin.
Para aumentar el coeficiente de rozamiento entre la placa prefabricada y el terreno, ésta puede presentar un acabado rugoso por su parte inferior.
Este relleno en ningún caso superará la altura máxima del prisma (2) con el fin de que la estructura soporte no entre nunca en contacto con el terreno para no comprometer su durabilidad estructural.
Los anclajes de la estructura soporte se alojan en el interior del hueco del prisma y se rellena posteriormente con hormigón.
Las figuras 4 y 5 muestran un mismo sistema de cimentación con cuatro brazos (4) unidos al prisma (2), que pueden ser íales brazos (4) de la misma o diferente longitud adaptándose a los esfuerzos a los que tenga que ser expuesta la estructura sustentada por dicha cimentación.
El procedimiento de ejecución de esta cimentación comprende las siguientes etapas:
- realización del vaciado del terreno
- prefabricación de pieza prefabricada (1) de hormigón armado o pretensado.
- extendido de lecho de arena sobre fondo de excavación.
- colocación de pieza prefabricada sobre lecho de arena.
- relleno sobre los brazos (4) y vigas de sección en T invertida (5) de material granular como máximo hasta cota superior del prisma (2).
- colocación de los anclajes de la estructura soporte en el interior del hueco (3) del prisma.
- relleno del hueco (3) existente con hormigón.
Claims
1. - Cimentación de hormigón prefabricado caracterizado porque está formado por una pieza de hormigón prefabricado (1) armada o pretensada constituida por un prisma (2) parcialmente hueco (3) por la parte superior del que salen por la parte inferior al menos dos brazos (4), que terminan uniéndose ortogonalmente cada uno de ellos a una viga (5) en forma de T invertida.
2. - Cimentación de hormigón prefabricado según reivindicación 1 caracterizado porque el ancho de los brazos (4), es inferior al ancho de la base del prisma (2), que terminan uniéndose ortogonalmente cada uno de ellos a una viga (5) en forma de T invertida.
3. - Cimentación de hormigón prefabricado según reivindicación 1 caracterizado porque de la parte inferior del prisma salen cuatro brazos dispuestos ortogonalmente presentando el conjunto una vista en planta de cruz potenzada.
4. - Cimentación de hormigón prefabricado según la reivindicación 1 caracterizado porque cuando dispone de dos brazos (4) el conjunto posee una vista en planta en forma de H.
5. - Cimentación de hormigón prefabricado según reivindicaciones anteriores caracterizado porque los brazos (4) presentan unos aligeramientos circulares que atraviesan la totalidad de los mismos.
6. - Cimentación de hormigón prefabricado según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la sección interior del hueco (3) del prisma (4) varia a lo largo de su altura de forma creciente a decreciente o de forma decreciente a creciente con el fin de crear un ensanchamiento o estrangulamiento en el interior.
7. - Cimentación de hormigón prefabricado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la superficie inferior del elemento prefabricado presenta un acabado rugoso.
8. - Cimentación de hormigón prefabricado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la pieza prefabricada lleva incorporados unos taladros verticales tanto en centro del prisma como en las vigas estabilizadoras y brazos, con el fin de alojar unos tubos de drenaje de agua.
9. - Cimentación de hormigón prefabricado según las reivindicaciones 1 , 2 y 5, caracterizado porque el prisma (2) es de sección maciza.
10. - Procedimiento de cimentación de hormigón prefabricada caracterizado porque comprende las etapas de:
- realización del vaciado del terreno.
- prefabricación de pieza prefabricada (1) de hormigón armado o pretensado.
- extendido de lecho de arena sobre fondo de excavación.
- colocación de pieza prefabricada sobre lecho de arena .
- relleno sobre los brazos (4) y vigas de sección en T invertida (5) de material granular como máximo hasta cota superior del prisma (2).
- colocación de los anclajes de la estructura soporte en el interior del hueco (3) del prisma.
- relleno del hueco (3) existente con hormigón.
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| PCT/ES2015/070471 WO2016203066A1 (es) | 2015-06-16 | 2015-06-16 | Cimentación de hormigón prefabricado y procedimiento de ejecución de la misma |
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| PCT/ES2015/070471 WO2016203066A1 (es) | 2015-06-16 | 2015-06-16 | Cimentación de hormigón prefabricado y procedimiento de ejecución de la misma |
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15895515 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15895515 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |