Perfeccionamientos en cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación.

Perfeccionamientos en la solicitud de patente número P201230877 titulada "Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación",

donde los perfeccionamientos introducidos en la invención están relacionados con el hecho de que la losa (1) superior no tiene necesariamente que estar formada por una única pieza que cubre completamente los nervios (2) rigidizadores desde su extremo interior hasta su extremo exterior, sino que dicha losa (1) superior puede estar formada por varias porciones, cubriendo una primera porción al menos el núcleo (7) central.

Perfeccionamientos en la solicitud de patente número P201230877 titulada "Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación"

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención son determinados perfeccionamientos añadidos a la solicitud de patente número P201230877 relativa a un sistema de cimentación de hormigón armado para la ejecución de superestructuras que transmiten puntualmente grandes cargas axiles, esfuerzos cortantes y/o momentos flectores, como pueden ser los aerogeneradores.

Más concretamente, el sistema descrito en la solicitud de patente número P201230877 está formado fundamentalmente por una losa superior de hormigón rigidizada inferiormente por

medio de unos nervios radiales de hormigón. El perfeccionamiento principal propuesto en la presente solicitud de certificado de adición consiste en que dicha losa superior no tiene necesariamente que cubrir completamente los nervios rigidizadores desde su extremo interior hasta su extremo exterior, sino que puede estar formada por varias porciones, cubriendo una primera porción al menos el núcleo central de los nervios rigidizadores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente la tipología de cimentación más comúnmente usada para las superestructuras como son los aerogeneradores es la losa de cimentación de diferente configuración en planta:

cuadrada, circular, hexagonal, octogonal, etc. El canto de la losa puede ser constante o variable con el fin de optimizar el consumo de hormigón.

El solicitante conoce la existencia de otros sistemas de cimentación en los que se intenta minimizar el volumen de acero y hormigón como en las siguientes publicaciones:

Así por ejemplo es conocida la solicitud de patente europea EP1074663 que es un ejemplo de cimentación con tres estabilizadores simétricamente situados alrededor de un soporte central que presenta el inconveniente de presentar muy poca superficie de contacto con el terreno con el consiguiente incremento de las tensiones aplicadas sobre el terreno, así como de los asientos.

La solicitud de patente PCT WO2004/101898 presenta una cimentación circular a base de secciones triangulares prefabricadas. Esta solución necesita un vaciado completo de la excavación, resultando una sección de hormigón en T invertida que no supone ninguna ventaja estructural, ya que el ancho de la cabeza comprimida de hormigón es muy reducido.

Esto significará que en el cálculo a flexión la fibra neutra quedará más baja y se dispondrá de un brazo mecánico reducido, incrementándose la necesidad de armadura y reduciendo considerablemente la ductilidad seccional.

Por último la solicitud de patente española ES-2347742 describe una cimentación en forma de cono junto con una losa inferior en forma de anillo plano. Es una solución muy compleja de ejecutar y presenta serias dudas sobre su comportamiento estructural.

La tipología de cimentación de estas superestructuras es una solución técnica muy conocida, de fácil cálculo y diseño, y además su sencillez simplifica el encofrado y la construcción. Sin 15 embargo este tipo de cimentaciones presentan el inconveniente de ser muy voluminosas y por lo tanto el consumo de acero y hormigón así como el volumen de tierra extraído es extraordinariamente elevado, lo que encarece notablemente el costo económico de la estructura. La repercusión del coste de la cimentación sobre el coste de la estructura es tanto más elevada cuanto mayor sea la dimensión de la superestructura; por ejemplo, en el caso de los aerogeneradores, un incremento de altura del fuste de 80 m a 120 m (50%) provoca un sobrecoste de la cimentación del 300%. Este problema es real debido a la tendencia de hacer cada vez más aerogeneradores de gran potencia con altura de fuste de 120 m lo que viene a crear un sobrecosto en la realización de la cimentación que hace no ser competitivo a todos estos sistemas tradicionales de realizar cimentaciones de hormigón armado.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Tratando de obviar estos problemas señalados del estado de la técnica, la solicitud P201230877 presenta una solución formada por una losa superior de hormigón armado vertido “in situ” de planta poligonal o circular rigidizada inferiormente por nervios de hormigón armado de sección rectangular o trapecial dispuestos radialmente. Los nervios se hormigonan directamente sobre el terreno previamente excavado, mientras la losa descansa sobre el propio terreno no desalojado, actuando como encofrado perdido.

Cuando se habla de la solución de losa superior y nervios que rigidizan inferiormente la losa nos estamos refiriendo a la colocación de ambos elementos con respecto a la superficie del suelo donde se realiza la cimentación, donde primero se encuentra la losa y por debajo de la losa se encontrarían los nervios rigidizadores.

Las ventajas que presenta esta cimentación son:

-El volumen de hormigón empleado es mucho menor que en las soluciones tradicionales descritas anteriormente. -Disminuye el coste de la excavación con la consiguiente disminución del transporte a vertedero. 10 -Reducción y simplificación del encofrado.

-Se consigue una inmejorable eficiencia de la sección resistente obtenida en forma de T, ya que las compresiones son absorbidas por la losa, tal y como se describe a continuación:

En las figuras 6 y 7 se presenta un ejemplo de cálculo, en el que se puede ver que a igualdad de armado y de volumen de hormigón, la sección en T (objeto de la cimentación de la presente invención) es estructuralmente más eficiente para la tipología de esfuerzos a los que van a estar sometidas las cimentaciones objeto de esta patente, proporcionando una resistencia a flexión un 20% superior.

El equilibrio seccional exige que la resultante de tracciones soportada por la armadura sea igual al volumen de compresiones soportado por el hormigón. La sección en T dispone de una cabeza de compresión mucho más ancha, lo que permite que la fibra neutra se mantenga elevada y el brazo mecánico sea notablemente mayor que en el caso de la sección en T

invertida.

Adicionalmente, como podemos ver por la relación x/d, que indica la profundidad de la fibra neutra con respecto al canto útil de la sección, la ductilidad es mucho mayor en la sección en T, permitiendo la redistribución de esfuerzos en régimen plástico.

La sección en T invertida mostrada, pese a tener la misma cantidad de armadura y de hormigón, es mucho menos dúctil, por lo que no tendrá ninguna capacidad de redistribución plástica de esfuerzos, comportándose de forma frágil.

Por tanto, con la sección en T planteada logramos una doble ventaja:

-Mayor capacidad resistente y eficiencia estructural, es decir, a igualdad de armadura y de volumen de hormigón se obtiene mayor resistencia (20 % superior en el ejemplo analizado, y tanto más cuanto mayores sean los niveles de solicitación) .

- Mayor ductilidad y capacidad de redistribución plástica de esfuerzos, lo que la hace mucho más adecuada frente a solicitaciones dinámicas como las producidas por el sismo.

Los nervios rigidizadores pueden ser ejecutados con hormigón “in situ” o pueden ser prefabricados, trabajando siempre solidariamente con la losa superior, así como pueden ser

de canto constante o variable, bien de forma escalonada o con pendiente constante, reduciendo su sección a medida que nos alejamos del núcleo central de la losa.

En el caso de tratarse de utilizar nervios rigidizadores que sean completamente prefabricados, en los mismos se dispondrá de armadura saliente para la conexión con la losa ejecutada “in situ”. De igual modo los nervios rigidizadores se podrían realizar mediante elementos semiprefabricados, como por ejemplo con piezas de doble pared que quedan embebidos cuando el hormigón es vertido para formar la cimentación.

La cimentación objeto de esta invención está formada por una losa superior de hormigón armado vertido “in situ” de planta circular o poligonal rigidizada inferiormente por nervios de hormigón armado de sección rectangular o trapecial dispuestos radialmente. Cuando los nervios de hormigón armado sean de sección trapecial, estos serán más anchos en su parte superior en contacto con la losa, para aprovechar los taludes de la excavación como encofrado perdido, incrementando la sección resistente de hormigón.

Dicha cimentación se obtiene vertiendo el hormigón “in situ” directamente sobre el terreno no extraído que actúa como encofrado perdido. Previamente al vertido de hormigón se coloca todo el armado necesario de...

1. Perfeccionamientos en la solicitud de patente número P201230877 titulada "Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación", donde la cimentación comprende una losa (1) superior de hormigón armado de planta poligonal o circular rigidizada inferiormente por unos nervios (2) radiales de hormigón armado de sección rectangular que dimanan de un núcleo (7) central, caracterizada porque dicha losa (1) superior de hormigón comprende una primera porción que cubre el núcleo (7) central de los nervios (2) .

2. Perfeccionamientos en la solicitud de patente número P201230877 titulada "Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación" de acuerdo con la reivindicación 1, donde la losa (1) superior de hormigón comprende además una segunda porción (6) con forma de anillo perimetral que conecta los extremos exteriores de los nervios (2) .

3. Perfeccionamientos en la solicitud de patente número P201230877 titulada "Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación" de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el núcleo (7) central tiene forma de cilindro hueco.

4. Perfeccionamientos en la solicitud de patente número P201230877 titulada "Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación" de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los nervios (2) de hormigón armado son de sección trapecial más anchos en su parte superior en contacto con la losa (1) , para aprovechar los taludes de la excavación como encofrado perdido, incrementando la sección resistente de hormigón.

5. Perfeccionamientos en la solicitud de patente número P201230877 titulada "Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación" de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los nervios de hormigón armado son de canto constante o variable bien de forma escalonada (5) o con pendiente constante, disminuyendo éste a medida que nos alejamos del centro de la losa.

6. Perfeccionamientos en la solicitud de patente número P201230877 titulada "Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación" de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende una serie de pilotes bajo los nervios (2) rigidizadores y/o el núcleo (7) central.

7. Perfeccionamientos en la solicitud de patente número P201230877 titulada "Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación" de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende columnas de grava dispuestas bajo los nervios (2) rigidizadores y/o el núcleo (7) central para mejorar el terreno.

8. Perfeccionamientos en la solicitud de patente número P201230877 titulada "Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación" de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los nervios (2) rigidizadores son completamente prefabricados y tienen una armadura saliente para la conexión con la losa (1) ejecutada “in situ”.

9. Perfeccionamientos en la solicitud de patente número P201230877 titulada "Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación" de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los nervios (2) rigidizadores se realizan mediante elementos semiprefabricados, como por ejemplo con piezas de doble pared.

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Figura 6

Figura 7

Figura 8

Figura 10