Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación.

La invención se refiere a la cimentación nervada para superestructuras que transmite los esfuerzos al terreno, siendo tales superestructuras aplicaciones como aerogeneradores, formada la cimentación por una losa superior de hormigón armado de planta poligonal o circular rigidizada inferiormente por nervios de hormigón armado "in situ", prefabricados o semiprefabricados de sección rectangular o trapecial dispuestos radialmente.

La invención trata también del procedimiento de fabricación "in situ" mediante el vertido directamente del hormigón sobre el terreno previamente excavado actuando de encofrado perdido.

Cimentación nervada de superestructuras y procedimiento de realización de la cimentación

Objeto de la invención

La presente invención se refiere 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.

La cimentación objeto de esta invención está 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. El procedimiento prevé que dichos nervios se ejecutan con hormigón “in situ” o bien se realizan mediante prefabricados, trabajando siempre solidariamente con la losa superior.

Esta nueva cimentación pretende reducir considerablemente los costes de ejecución de las cimentaciones tradicionales para este tipo de superestructuras, mejorando considerablemente los plazos de terminación.

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 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 presente invención 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. -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.

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 la losa y nervios.

Se genera una sección resistente en forma de T, de elevada eficiencia estructural, ya que las compresiones son absorbidas por la losa superior y las tracciones están resueltas por las armaduras alojadas en la parte inferior del interior de los nervios rigidizadores.

Para optimizar aún más el consumo de hormigón y volumen de tierras excavado sin perjudicar las cualidades resistentes de la cimentación se pueden realizar saltos en la excavación de los nervios, consiguiendo variar el canto de los mismos reduciéndose a medida que nos alejamos del centro de la losa.

Dichos nervios pueden ser ejecutados con hormigón “in situ” o pueden ser completa o parcialmente prefabricados, trabajando siempre solidariamente con la losa superior.

En terrenos de muy escasa capacidad portante se pueden ejecutar pilotes bajo los nervios rigidizadores, siendo por tanto la concepción estructural de la zapata adecuada tanto para resolver cimentaciones superficiales como profundas.

Una mejora del terreno se consigue mediante columnas de grava bajo los nervios rigidizadores.

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 del sistema en su conjunto.

La Figura 2 muestra una perspectiva de la cimentación con nervios de sección variable escalonada.

La...

1. Cimentación nervada de superestructuras, caracterizada porque está constituida por una losa superior de hormigón armado de planta poligonal o circular (1) rigidizada inferiormente por nervios de hormigón armado de sección rectangular dispuestos radialmente (2) .

2. Cimentación nervada de superestructuras según reivindicación anterior caracterizada porque los nervios de hormigón armado son de sección trapecial 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.

3. Cimentación nervada de superestructuras según reivindicación 1 ó 2 caracterizada porque 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.

4. Cimentación nervada de superestructuras según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque se disponen una serie de pilotes bajo los nervios rigidizadores.

5. Cimentación nervada de superestructuras según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque se realiza una mejora del terreno mediante columnas de grava bajo los nervios rigidizadores.

6. Cimentación nervada de superestructuras según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque los nervios rigidizadores son completamente prefabricados disponiendo de armadura saliente para la conexión con la losa ejecutada “in situ”.

7. Cimentación nervada de superestructuras según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque los nervios rigidizadores se realizan mediante elementos semiprefabricados, como por ejemplo con piezas de doble pared.

8. Procedimiento de cimentación de superestructuras, caracterizado porque comprende las etapas de: -excavar un terreno formando una cavidad con una forma complementaria con el elemento de cimentación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7. -construir la armadura en la excavación realizada que cubra el hueco de la losa (1) y de los nervios de refuerzo (2) -verter hormigón en dicha cavidad excavada en el terreno y en la que se ha situado la armadura.

9. Procedimiento de cimentación de superestructuras según la reivindicación 8, en el que se colocan una pluralidad de columnas de grava o pilotes en dicha cavidad de manera que queden por debajo de los nervios de refuerzo del elemento de cimentación.

Figura 2

Figura 3 Figura 4

Figura 5

Figura 6

Figura 7