3. FASES DEL PROYECTO
3.3 Construcción y Puesta en Marcha
3.3.1 Cimentaciones
Se analizan dos tipos de cimentaciones teniendo en cuenta las profundidades de la placa española. Estas son:
-Monopilote, hasta 30 metros de profundidad
-Estructura tipo “jacket”, a partir de 30 metros de profundidad
El monopilote es fácil de diseñar y fabricar, por lo que consecuentemente tiene un bajo ratio en cuanto a precio por tonelada se refiere.
Los “jackets”, comparten la idea principal de proporcionar un ahorro importante de material, aunque tienen una mayor complejidad técnica de diseño, fabricación e instalación.El “jacket” minimiza cargas hidrodinámicas y de empuje de hielo, aunque parece que este tipo de cargas no son anormalmente altas.
La forma en que transmiten los esfuerzos son distintos, los monopilotes transmiten las fuerzas al suelo por flexión, los jackets y trípodes descomponen los momentos en pares de fuerzas, que se transmiten al suelo como esfuerzos de tipo axial. Esto último supone una ventaja en suelos blandos.
Un estudio detallado de la Universidad de Hannover (presentado en la Offshore Wind Conference de Copenague en 2005) compara la viabilidad de tres tipos de estructuras, dos multipilotes (jacket y tripod), frente a los monopilotes atendiendo a varios factores:
Figura 14.Tabla estudio de tipos de cimentaciones
El resultado por tanto, sitúa al monopilote como la solución preferible, atendiendo a un gran número de variables, ya que tiene una puntuación de 48 puntos frente a la de tipo jacket que puntúan 36.
Respecto al coste económico, depende de tres factores: -Costes de materiales
-Costes de fabricación -Costes de instalación
Tomando los costes del acero como constantes para todos los tipos de cimentación, se puede decir que los costes de fabricación y de instalación de los monopilotes son muchos más bajos.
De todos modos, se podrá estudiar para un proyecto la solución óptima teniendo en cuenta los estudios sobre la zona de implantación de:
-Campañas batimétricas, geofísicas y Geotécnicas
-Estudios de oleaje, niveles, corrientes y efectos erosivos.
• Monopilote:
pequeños tramos cilíndricos, denominadas virolas, que una vez unidos entre sí, darán lugar al monopilote.
Figura 15.Monopilote
Se trata de la cimentación más simple que existe para este tipo de escenarios,, la que menos espacio del lecho marino ocupa, su fabricación en serie es sencilla, presenta poca sensibilidad a la socavación/erosión producida por las olas, corrientes y mareas, y apenas si necesita de preparación previa del terreno, por lo que se reducen los números de operaciones durante su instalación.
Durante su instalación, será hincado al lecho marino, transmitiendo al suelo todas las cargas que soporta la estructura, por medio de la presión lateral que ejerce el terreno. Para su instalación se utilizan distintas técnicas en función del suelo marino:
-Dirigido. La composición del suelo no presenta estratos duros, de tal manera que el monopilote se hinca al suelo por medio de un martillo neumático, situado en la plataforma tipo “jack-up”, o barcos similares.
Figura 16.Monopilote instalado con martillo neumático
-Perforado. La composición del suelo es de tipo rocoso, de tal manera que se realiza una camisa en el lecho marino (con un útil de grandes dimensiones), donde se coloca el monopilote. Seguidamente, se llena por bombeo la cavidad existente entre el lecho rocoso y el monopilote con un mortero de alta resistencia
indicado para este tipo de instalaciones marinas. Antes del curado, se nivelará la cimentación, con lo que se evitará tener que utilizar la pieza de transición, a diferencia de otros casos (dirigido y mixto).En una última fase, se instalaran la escalera de acceso, plataforma y zona de atraques, ya que si se realiza en proceso de hincado con estos elementos previamente instalados habría serias posibilidades de que resultasen dañados. Además, el monopilote tendrá una brida en la parte superior sobre la que se colocará el primer tramo de la torre del aerogenerador.
Figura 17.Monopilote instalado con martillo neumático
-Mixta. La composición del suelo presenta algunos estratos duros, que impiden la hinca en algunas fases. De tal manera, que se combinará la técnica de hincado con martillo neumático, con la técnica del perforación, que utilizará un útil para este propósito (Fly drill) consistente en una broca que descenderá por el interior del monopilote perforando los sustratos más duros.
Figura 18.Esquema de funcionamiento del sistema Fly Drill
En la siguiente fase se instalará una pieza de transición que encamisará la parte superior del soporte (dirigido y mixto). Este proceso se realizara mediante la aplicación de un mortero de alta resistencia, especialmente diseñado para este tipo de aplicaciones offshore. Para ello, el monopilote y la pieza de transición recibirán un tratamiento de elementos de al menos 1,5 veces el diámetro exterior del monopilote, aunque un estudio detallado del conjunto cimentación- aerogenerador nos permitirá detallar la longitud exacta de “solape” entre el monopilote y la pieza de transición que garantice la seguridad de la unión a lo
largo de toda la vida útil de la instalación. El denominado proceso de “grounting” o instalación del mortero de alta resistencia se realizará en cuatro fases (3-4 horas):
-Nivelado de la pieza de transición
-Sellado de la parte inferior de la unión del monopilote y de la pieza de transición
-Bombeo del mortero en la cavidad entre el monopilote y la pieza de transición, a través de tres orificios existente en la propia pieza de transición.
-Curado del mortero.
La pieza de transición, es el elemento que comunicará todos los esfuerzos del aerogenerador al monopilote, por lo que es preferible que la unión entre la estructura y la pieza de transición se mantenga fuera de la zona de batida.
Figura 19. Esquema de instalación de mortero de alta resistencia (grounting)
La pieza de transición constará de una brida en la parte superior (conexión de la torre del aerogenerador), plataforma con barandilla de seguridad, luces de balizamiento, bocinas sonoras, elementos de sujeción de las protecciones laterales (también utilizado para el atraque de las embarcaciones) y sirga de seguridad, y de un recubrimiento superficial anticorrosión. La mayoría de estos elementos se instalaran en el propio emplazamiento, aunque se tratarán de minimizar este tipo de operaciones siempre que sea posible.
• Estructura tipo jacket:
El segundo tipo de cimentación proyectada estará compuesta de una estructura metálica tubular multipilote tipo jacket, directamente unida a un pequeño monopilote (mediante soldadura) o pieza de transición/acople con la torre del aerogenerador, y que se apoyará en el suelo sobre cuatro patas, todo ello en acero. Las patas tendrán unidas unas secciones tubulares que actuaran como camisa exterior superficial para la instalación de monopilotes de pequeño diámetro, que se fijaran al lecho marino. Las estructuras tipo jacket se utilizan desde hace tiempo en profundidades superiores a los 400 metros y presentan un excelente comportamiento en este tipo de escenarios. Además su fabricación se puede implementar fácilmente en talleres de calderería tradicionales, o incluso astilleros.
Figura 21. Cimentación tipo jacket
Para su implantación, se deberá transportar la estructura hasta la posición seleccionada para la implantación del aerogenerador, donde será situada sobre el lecho marino con la ayuda de grúas de gran tonelaje.
La fijación de la estructura al lecho marino, se realizará a través de monopilotes situados en las secciones tubulares existentes en cada una de las patas de la estructura. Su instalación similar a la descrita para el monopilote, dependerá en cada caso de la composición del fondo marino (dirigido, perforado o mixto). Durante la instalación de los monopilotes se realizará la nivelación final de la
estructura. Una vez instalados los cuatro monopilotes, se podrán aplicar distintos métodos para garantizar la unión entre los monopilotes y la estructura:
- Aplicación de un mortero de alta resistencia especialmente diseñado y testado para aplicaciones submarinas que actuará como unión entre la sección tubular de la estructura y el monopilote.
- Métodos mecánicos que aseguren la unión estructura-monopilote
La estructura se conectará a la torre del aerogenerador, a través de una pieza de transición, cuya instalación será similar a la anteriormente citada. Las sujeciones para las protecciones de los cables de potencia se situaran sobre la misma estructura, hasta la zona en la que entran dentro de la sección tubular. A partir de este punto, las sujeciones se encontrarán en la parte interior de la sección tubular, por donde transcurrirán los cables de potencia hasta alcanzar la base de la torre a través de la pieza de transición.
Figura 22.Pieza de transición