diseño de infraestructura y cimentación de un aerogenerador marino.

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)
INGENIERO INDUSTRIAL
PROYECTO FIN DE CARRERA
DISEÑO DE INFRAESTRUCTURA Y CIMENTACIÓN
DE UN AEROGENERADOR MARINO.
Autor: Javier García Vela
Director: Juan Antonio Talavera Martín
Madrid
Mayo 2013
AUTORIZACIÓN PARA LA DIGITALIZACIÓN, DEPÓSITO Y DIVULGACIÓN EN ACCESO
ABIERTO ( RESTRINGIDO) DE DOCUMENTACIÓN
1º. Declaración de la autoría y acreditación de la misma.
El autor D. Javier García Vela, como alumno de la UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS
(COMILLAS), DECLARA
que es el titular de los derechos de propiedad intelectual, objeto de la presente cesión, en
relación con la obra ”Proyecto Fin de Carrera: Diseño de la infraestructura y cimentación de un
aerogenerador marino”1, que ésta es una obra original, y que ostenta la condición de autor en
el sentido que otorga la Ley de Propiedad Intelectual como titular único o cotitular de la obra.
En caso de ser cotitular, el autor (firmante) declara asimismo que cuenta con el
consentimiento de los restantes titulares para hacer la presente cesión. En caso de previa
cesión a terceros de derechos de explotación de la obra, el autor declara que tiene la oportuna
autorización de dichos titulares de derechos a los fines de esta cesión o bien que retiene la
facultad de ceder estos derechos en la forma prevista en la presente cesión y así lo acredita.
2º. Objeto y fines de la cesión.
Con el fin de dar la máxima difusión a la obra citada a través del Repositorio institucional de la
Universidad y hacer posible su utilización de forma libre y gratuita ( con las limitaciones que
más adelante se detallan) por todos los usuarios del repositorio y del portal e-ciencia, el autor
CEDE a la Universidad Pontificia Comillas de forma gratuita y no exclusiva, por el máximo plazo
legal y con ámbito universal, los derechos de digitalización, de archivo, de reproducción, de
distribución, de comunicación pública, incluido el derecho de puesta a disposición electrónica,
tal y como se describen en la Ley de Propiedad Intelectual. El derecho de transformación se
cede a los únicos efectos de lo dispuesto en la letra (a) del apartado siguiente.
3º. Condiciones de la cesión.
Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, la cesión de
derechos contemplada en esta licencia, el repositorio institucional podrá:
(a) Transformarla para adaptarla a cualquier tecnología susceptible de incorporarla a internet;
realizar adaptaciones para hacer posible la utilización de la obra en formatos electrónicos, así
1
Especificar si es una tesis doctoral, proyecto fin de carrera, proyecto fin de Máster o cualquier otro
trabajo que deba ser objeto de evaluación académica
1
como incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e incorporar “marcas de agua”
o cualquier otro sistema de seguridad o de protección.
(b) Reproducirla en un soporte digital para su incorporación a una base de datos electrónica,
incluyendo el derecho de reproducir y almacenar la obra en servidores, a los efectos de
garantizar su seguridad, conservación y preservar el formato. .
(c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo abierto institucional,
accesible de modo libre y gratuito a través de internet.2
(d) Distribuir copias electrónicas de la obra a los usuarios en un soporte digital. 3
4º. Derechos del autor.
El autor, en tanto que titular de una obra que cede con carácter no exclusivo a la Universidad
por medio de su registro en el Repositorio Institucional tiene derecho a:
a) A que la Universidad identifique claramente su nombre como el autor o propietario de los
derechos del documento.
b) Comunicar y dar publicidad a la obra en la versión que ceda y en otras posteriores a través
de cualquier medio.
c) Solicitar la retirada de la obra del repositorio por causa justificada. A tal fin deberá ponerse
en contacto con el vicerrector/a de investigación ([email protected]).
d) Autorizar expresamente a COMILLAS para, en su caso, realizar los trámites necesarios para
la obtención del ISBN.
d) Recibir notificación fehaciente de cualquier reclamación que puedan formular terceras
personas en relación con la obra y, en particular, de reclamaciones relativas a los derechos de
propiedad intelectual sobre ella.
2
En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría redactado en los
siguientes términos:
(c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo institucional, accesible de
modo restringido, en los términos previstos en el Reglamento del Repositorio Institucional
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En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría eliminado.
2
5º. Deberes del autor.
El autor se compromete a:
a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ningún
derecho de terceros, ya sean de propiedad industrial, intelectual o cualquier otro.
b) Garantizar que el contenido de las obras no atenta contra los derechos al honor, a la
intimidad y a la imagen de terceros.
c) Asumir toda reclamación o responsabilidad, incluyendo las indemnizaciones por daños, que
pudieran ejercitarse contra la Universidad por terceros que vieran infringidos sus derechos e
intereses a causa de la cesión.
d) Asumir la responsabilidad en el caso de que las instituciones fueran condenadas por
infracción de derechos derivada de las obras objeto de la cesión.
6º. Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional.
La obra se pondrá a disposición de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y
respetuoso con los derechos del autor, según lo permitido por la legislación aplicable, y con
fines de estudio, investigación, o cualquier otro fin lícito. Con dicha finalidad, la Universidad
asume los siguientes deberes y se reserva las siguientes facultades:
a) Deberes del repositorio Institucional:
- La Universidad informará a los usuarios del archivo sobre los usos permitidos, y no garantiza
ni asume responsabilidad alguna por otras formas en que los usuarios hagan un uso posterior
de las obras no conforme con la legislación vigente. El uso posterior, más allá de la copia
privada, requerirá que se cite la fuente y se reconozca la autoría, que no se obtenga beneficio
comercial, y que no se realicen obras derivadas.
- La Universidad no revisará el contenido de las obras, que en todo caso permanecerá bajo la
responsabilidad exclusiva del autor y no estará obligada a ejercitar acciones legales en nombre
del autor en el supuesto de infracciones a derechos de propiedad intelectual derivados del
depósito y archivo de las obras. El autor renuncia a cualquier reclamación frente a la
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de las obras.
- La Universidad adoptará las medidas necesarias para la preservación de la obra en un
futuro.
b) Derechos que se reserva el Repositorio institucional respecto de las obras en él registradas:
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PROYECTO FIN DE CARRERA
DISEÑO DE INFRAESTRUCTURA Y CIMENTACIÓN
DE UN AEROGENERADOR MARINO.
Autor: Javier García Vela
Director: Juan Antonio Talavera Martín
Madrid
Mayo 2013
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RESUMEN
DISEÑO DE INFRAESTRUCTURA Y
CIMENTACIÓN DE UN AEROGENERADOR MARINO.
Autor: Javier García Vela
Director: Juan Antonio Talavera Martín
Coordinador de proyectos: José Ignacio Linares Hurtado
El objetivo principal de este proyecto es el diseño de la cimentación y la
infraestructura de un aerogenerador marino. De forma complementaria, se analizarán las
zonas de acceso a la torre y la instalación en suelos marinos con pendiente,
comprobando su resistencia ante este tipo de solicitaciones. El aerogenerador no tiene
una ubicación específica y se supondrá en los primeros análisis un suelo marino
completamente plano.
Un estudio del arte, permitirá tener una idea clara de los tipos de cimentaciones
actuales para fijar la torre del aerogenerador al suelo marino: por gravedad, monopilote,
tripilote, trípode, jacket o flotante, así como conocer la situación actual de este tipo de
energía en España y en el resto de Europa, con el fin de justificar la elección de este tipo
de proyecto.
Analizando los tipos de cimentación actuales, se concluirá que, para un
aerogenerador de las características del que se encarga este proyecto, podría ser
conveniente el estudio de una nueva forma de cimentación o anclaje al suelo marino.
Por ello, se analizará la estructura de interés: una estructura cilíndrica simplemente
apoyada en el fondo marino, permitiendo la estabilidad de la torre gracias a tres cables
de acero pretensado en un único nivel a la altura de 65 metros, anclados al fondo marino
por un extremo y por el otro, unidos a la torre del aerogenerador.
Tras analizar los posibles materiales de los que estará fabricada la torre de 65
metros, se concluye que el hormigón es el material idóneo para nuestro tipo de
aerogenerador, ya que el acero incrementaría sustancialmente el coste del proyecto. Sin
embargo, tras los primeros análisis analíticos, se comprueba que será necesaria la
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incorporación de una armadura pasiva de acero para resistir los esfuerzos de nuestra
estructura.
Una vez calculados los esfuerzos mínimos que deberían resistir los cables de
acero, y las reacciones en el suelo del fuste del aerogenerador, comprobando la
condición de no deslizamiento, se procederá al análisis de la torre por el método de
elementos finitos, mediante el programa Catia, en una gama de suelos determinada,
escogiendo tipos de suelos marinos comunes a las profundidades a las que se encuentra
el proyecto de estudio.
El uso del programa es fundamental para poder analizar un cuerpo de esas
dimensiones de forma precisa y exacta, y poder calcular las tensiones y desplazamientos
que habría en la realidad debido a unas cargas máximas determinadas, así como el
comportamiento de los materiales durante la interacción base del aerogenerador con el
suelo marino.
Además, a medida que se vayan realizando los análisis, se propondrán bases
alternativas para la estructura, además de la base plana: base semiesférica y base cónica,
con el fin de disminuir lo más posible las tensiones en la torre, así como la solución a la
imposibilidad de que el programa simulase el comportamiento de deformaciones
plásticas no lineal del suelo.
Así, los resultados obtenidos fueron los siguientes, eligiendo la base más
adecuada para cada tipo de suelo:
Suelo
Base
Tensión máxima
Arcilla
Semiesférica
46,3 MPa
Arena densa
Semiesférica
46,5 MPa
Rocas
Plana
34,7 MPa
Mudstone
Cónica
47,6 MPa
Rocas+arcilla
Cónica
47,6 MPa
Como se observa, las tensiones varían para cada tipo de suelo, por lo que se
tendrán que diseñar distintas armaduras dependiendo de las tensiones y geometría de
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cada tipo de base y suelo en el que esté ubicado. Para el diseño de la armadura, se
realizará siguiendo la norma EHE-08 del hormigón, mediante la elección de los
parámetros necesarios para que cumpliese las solicitaciones requeridas. Previamente se
analizaría la zona en la que los cables tirantes van unidos a la torre, la cual era una zona
candidata, como se vio anteriormente, a existir picos de tensión en el hormigón, por lo
que el diseño de los parámetros de la armadura de acero sería diferente en esa zona. Se
certificará esa premisa, dado que la tensión en esa zona sería de 63,4 MPa, mayor que
cualquiera de las tensiones existentes en la interacción de base-suelo de la estructura.
A continuación, se estudiará la zona de acceso al interior de la torre vía marina,
mediante una abertura en la torre cilíndrica de hormigón. Se comprobará que las
tensiones en esa zona eran menores que las tensiones de zona intermedia de los tres
tipos de armadura, por lo que no sería necesario un nuevo diseño.
Adicionalmente, como complemento, se estudiará la instalación del
aerogenerador marino en suelos con una pendiente determinada, muy común en la
realidad. Se concluye que para pendientes superiores a un 3%, la estructura diseñada no
soportaría los esfuerzos requeridos en ese tipo de situaciones.
Finalmente, se realizará un estudio del presupuesto de la construcción y diseño
de la estructura, y se comparará con una estructura cuya instalación se realizaría
mediante una cimentación tipo tripilote, concluyendo que la estructura diseñada
ahorraría un 50% en costes con respecto a las cimentaciones habituales. No sería una
cifra exacta, ya que el aerogenerador comparado no es idéntico al que se estudia en este
proyecto, sino con ligeras variaciones, que no deberían afectar considerablemente a la
valoración final.
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SUMMARY
FOUNDATION AND INFRAESTRUCTURE DESIGN
OF A MARINE WIND TURBINE
Author: Javier García Vela
Director: Juan Antonio Talavera Martín
Project Coordinator: José Ignacio Linares Hurtado
The main objective of this project is to design the foundation and the
infrastructure of an offshore wind turbine. Complementarily, access zones and
installation of sloping marine soils will be analyzed, testing its resistance to this type of
solicitations. The offshore wind turbine is not located in a specific place, and a plane
marine soil will be supposed for the first analysis.
The study of art will allow to have a clear idea of what are the actual foundations
to fix the wind turbine to the soil: gravity, monopole, tripod, jacket and floating
foundations, and know what is the real situation about this kind of renewable energy in
Spain an Europe to justify the choice of this project.
Analyzing actual foundations, it will be concluded that it could be appropriate
to study a new way to anchor the structura to the marine soil, for a marine wind turbine
whose characteristics are the same as this project design´s. That´s why a new structure
will be analysed: a cylindrical structure only resting on the marine soil, and with three
prestressing steel wires which prevent the structure from falling. They are located in
only one level of height, at 65 meters and they are anchored to the soil by one of the two
extremes; the other is fixed to the structure.
After analyzing which will be the materials the structure will be composed by, it
is decided the concrete to be the most appropriate material for this kind of wind turbine.
Another possible material is the steel, but the cost of the project would increase
substantially. However, after performing analytic calculations, it is seen to be necessary
to incorporate a steel reinforcement and thus, withstand the stresses of the structure.
Once minimum efforts should resist steel cables and the reactions on the floor of
the wind turbine shaft are calculated, checking the non-slip condition, it will proceed to
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the analysis of the tower by the finite element method, using Catia program, in a range
of soils determined, choosing marine soil types which are common to the depth which
the project is studying.
Using the program is essential to analyze a body of these dimensions precisely
and accurately, and be able to calculate the stresses and displacements that would in
reality due to a certain maximum loads and the behavior of materials during basic
interaction between wind turbine and the marine soil.
Furthermore, as they are carrying out the analysis, propose alternative bases for
the structure, in addition to the flat base: hemispherical base and conical base in order to
reduce as much as possible the stresses in the tower as well as the solution to the
inability of the program would simulate the behavior of non-linear plastic deformation
of the soil.
Thus, the results obtained were as follows, choosing the most appropriate basis
for each soil type:
Marine soil
Base
Max.Stress
Clay
Hemispherical
46,3 MPa
Dense sand
Hemispherical
46,5 MPa
Rocks
Flat
34,7 MPa
Mudstone
Conical
47,6 MPa
Rocks+clay
Conical
47,6 MPa
As it is noted, the stresses vary for each type of soil, so it will have to be
designed different reinforcements depending on tension and geometry of each type of
base and the soil which it is located in. For the armor design, it is carried out using the
EHE-08 standard concrete, by choosing the parameters needed to fulfill the requests
required. Previously, the area where the straps are attached cables to the tower would be
analyzed, which was a candidate area, as discussed above, stress peaks exist in the
concrete, so that the design parameters of the armature steel would be different in the
area. That premise will be certified, because the stress in that area would be 63.4 MPa,
bigger than any of the tensions in the base-soil interaction structure.
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Next, the access area within the seaway tower through an opening in the
cylindrical concrete tower will be examined. It will be checked that the strains in the
area were lower than the intermediate zone stresses of the three types of armor, so a new
design of it would not be necessary.
Additionally, to complement, the offshore wind turbine installation in soils with
a slope determined will be studied, very common in reality cases. It is concluded that
for slopes steeper than 3%, the designed structure would not support the efforts required
in such situations.
Finally, it will be done a study of the construction budget and design of the
structure, and compared with a structure whose installation would be done through a
foundation tripilote,type concluding that the structure designed in this project save 50%
in costs compared to the usual foundations . It would not be an exact figure, because the
turbine compared is not identical to which has been studied in this project, but with
slight variations, which should not significantly affect to the final assessment.
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Índice del proyecto
PARTE I. Memoria
CAPÍTULO 1. LOS AEROGENERADORES MARINOS. ............................ 11
1.1. Aerogeneradores marinos ..................................................................... 19
1.2. Tipos de cimentación ............................................................................ 21
1.3. Costes de los aerogeneradores marinos ................................................ 28
1.4. Situación en España .............................................................................. 31
1.4.1. Por qué se retrasa la energía eólica marina en España ................... 34
1.5. Motivación ............................................................................................ 35
1.6. Objetivos ............................................................................................... 35
1.7. Recursos a emplear ............................................................................... 36
CAPÍTULO 2. EL DISEÑO DEL AEROGENERADOR ............................... 37
2.1. Introducción y solicitaciones ................................................................ 37
2.2. Análisis de la estructura ........................................................................ 38
2.2.1. Traslado de cargas .......................................................................... 39
2.2.2. Cálculo analítico y análisis de estabilidad ..................................... 40
2.2.3. Características a flexión ................................................................. 43
CAPÍTULO 3. SUELOS MARINOS .............................................................. 45
3.1. Comportamiento ................................................................................... 45
3.2. Tipos de suelos marinos ........................................................................ 47
CAPÍTULO 4. ENSAYOS MEDIANTE ELEMENTOS FINITOS ............... 49
4.1. Elementos finitos .................................................................................. 49
4.1.1. Introducción ................................................................................... 49
4.1.2. Mallado .......................................................................................... 50
4.1.3. Precisión ......................................................................................... 52
4.2. Diseño de la estructura y distintas bases ............................................... 53
4.2.1. Materiales elegidos en el software ................................................. 55
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4.3. Estudio de la base plana ........................................................................ 56
4.3.1. Resultados torre de 50 metros ........................................................ 56
4.3.2. Resultados torre de 5 metros .......................................................... 59
4.3.3. Comparativa torre 5 metros - torre 50 metros ................................ 60
4.4. Estudio de la base semiesférica............................................................. 61
4.4.1. Resultados torre de 5 metros .......................................................... 61
4.4.2. Comparativa base plana – base semiesférica ................................. 63
4.5. Comportamiento ante deformaciones plásticas .................................... 64
4.5.1. Explicación del fenómeno .............................................................. 64
4.5.2. Estudio de la base plana ................................................................. 67
4.5.3. Estudio de la base semiesférica ...................................................... 69
4.6. Estudio de la base cónica ...................................................................... 70
4.7. Comparativa y elección final ................................................................ 72
CAPÍTULO 5. HORMIGÓN Y ARMADURA DE ACERO .......................... 75
5.1. Aplicación de la norma EHE-08 ........................................................... 75
5.2. Elección de la armadura ........................................................................ 82
CAPÍTULO 6. ANÁLISIS DE LA ZONA DE LOS CABLES ....................... 89
CAPÍTULO 7. ZONA DE ACCESO ............................................................... 95
7.1. Vía aérea ............................................................................................... 95
7.2. Vía marina............................................................................................. 96
7.3. Estudio de solicitaciones ....................................................................... 97
CAPÍTULO 8. IRREGULARIDADES EN EL TERRENO ............................ 99
PARTE II. Anejos de la memoria
Bibliografía……………………………………………………………………106
Cálculos detallados……………………………………………………………110
Tablas y gráficas………………………………………………………………118
Pliego de condiciones…………………………………………………………124
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Estudio del impacto…………………………………………………………132
Estudio de seguridad y salud………………………………………………..140
PARTE III. Presupuesto
Presupuesto…………………………………………………………………..144
PARTE IV. Planos
Planos………………………………………………………………………...147
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Índice de figuras
Ilustración 1. Cimentaciones actuales ................................................................ 22
Ilustración 2. Transporte cimentación por gravedad ......................................... 23
Ilustración 3. Cimentación por gravedad ........................................................... 23
Ilustración 4. Monopilote ................................................................................... 24
Ilustración 5. Transporte del trípode.................................................................. 24
Ilustración 6. Parque eólico de tripilotes ........................................................... 25
Ilustración 7. Aerogenerador tipo jacket............................................................ 26
Ilustración 8. Parque de aerogeneradores flotantes .......................................... 27
Ilustración 9. Desglose de costes proyectos onshore y offshore ........................ 30
Ilustración 10. Desglose aerogenerador onshore .............................................. 30
Ilustración 11. Desglose aerogenerador offshore .............................................. 31
Ilustración 12. Aptitud de zonas en España ....................................................... 33
Ilustración 13. Esquema de traslación de cargas .............................................. 39
Ilustración 14. Esquema de fuerzas .................................................................... 41
Ilustración 15. Diagrama de flectores en la torre .............................................. 43
Ilustración 16. Gráfica para el cálculo del mallado .......................................... 51
Ilustración 17. Modelado de la estructura en Catia........................................... 54
Ilustración 18. Apariencia en el mar .................................................................. 54
Ilustración 19. Tensión VM en base plana 50 metros ........................................ 57
Ilustración 20. Tensión VM en base plana 5 metros .......................................... 60
Ilustración 21. Comparativa tensiones máximas VM ......................................... 61
Ilustración 22. Tensión VM base semiesférica ................................................... 62
Ilustración 23. Comparativa base plana y semiesférica en tensión VM ............ 63
Ilustración 24. Comparativa base plana y semiesférica en hundimiento ........... 64
Ilustración 25. Representación huella plana ..................................................... 66
Ilustración 26. Representación huella esférica .................................................. 67
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Ilustración 27. Comparativa con y sin huella en tensión VM ............................ 68
Ilustración 28. Comparativa visual del error ..................................................... 69
Ilustración 29. Comparativa con y sin huella en tensión VM ............................ 70
Ilustración 30. Tensión VM en base cónica........................................................ 71
Ilustración 31. Comparativa base semiesférica y cónica en tensión VM ........... 72
Ilustración 32. Geometría final de la armadura ................................................ 83
Ilustración 33. Geometría armadura base semiesférica .................................... 86
Ilustración 34. Geometría armadura base plana ............................................... 87
Ilustración 35. Geometría armadura base cónica .............................................. 88
Ilustración 36. Posibilidades de tensionamiento de cables ................................ 89
Ilustración 37. Ilustración de la geometría a los 65 metros............................... 92
Ilustración 38. Transporte vía aérea con helicóptero ........................................ 95
Ilustración 39. Transporte vía aérea con helicóptero ........................................ 96
Ilustración 40. Transporte vía marina................................................................ 96
Ilustración 41. Ilustración del acceso a la torre ................................................ 97
Ilustración 42. Solicitaciones y tensiones máximas en zona de acceso ............. 98
Ilustración 43. Tensión máx. de estructura con base semiesférica según
pendiente ........................................................................................................... 101
Ilustración 44. Tensión máx. de estructura con base plana según pendiente .. 101
Ilustración 45. Desplazamiento horizontal de la torre a 5 metros de altura ... 102
Ilustración 46. Ensayo torre base plana 5 metros con huella .......................... 121
Ilustración 47. Detalle ensayo Catia torre base plana 5 metros ...................... 121
Ilustración 48. Ensayo torre base semiesférica 5 metros con huella ............... 121
Ilustración 49. Detalle torre base semiesférica 5 metros ................................. 121
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Índice de tablas
Tabla 1. Parámetros del aerogenerador ............................................................ 37
Tabla 2. Cargas dato en el buje.......................................................................... 38
Tabla 3. Traslado de cargas a la zona de estudio .............................................. 40
Tabla 4. Propiedades de los suelos marinos ...................................................... 48
Tabla 5. Análisis de la malla .............................................................................. 52
Tabla 6. Resultados base plana en torre de 50 metros....................................... 56
Tabla 7. Resultados base plana en torre 5 metros ............................................. 59
Tabla 8. Resultados base semiesférica en torre 5 metros .................................. 62
Tabla 9. Resultados de la base plana con huella ............................................... 67
Tabla 10. Resultados de la base semiesférica con huella .................................. 69
Tabla 11. Resultados de la base cónica con huella ............................................ 71
Tabla 12. Tabla comparativa final ..................................................................... 72
Tabla 13. Tipos de armadura y base según suelo marino .................................. 84
Tabla 14. Solicitaciones según tipo de armadura .............................................. 84
Tabla 15. Resultados según tipo de pendiente y base de la torre..................... 100
Tabla 16. Tabla EHE-08 Vida útil de la estructura ......................................... 117
Tabla 17. Tabla EHE-08 Designación del hormigón ....................................... 118
Tabla 18. Tabla EHE-08 coeficientes parciales de seguridad para Estados
Límite Últimos .................................................................................................. 119
Tabla 19. Tabla EHE-08 tipos de acero corrugado ......................................... 119
Tabla 20. Tabla EHE-08 recubrimientos mínimos según clase de exposición 120
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PARTE I:
Memoria
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CAPÍTULO 1.
1.1.
LOS AEROGENERADORES MARINOS. Introducción
Aerogeneradores marinos
Los parques marinos o parques offshore son parques eólicos cuyas máquinas se
encuentran dispuestas en el mar, en zonas costeras.
Sobre la superficie del mar, el efecto de cizallamiento del viento es mínimo y la
velocidad del viento no sufre especial variación con la altura. Al no existir obstáculos de
grandes dimensiones varios km dentro del mar, la velocidad del viento no se ve
reducida de ninguna manera. Este dato es fundamental, ya que según la siguiente
fórmula, la potencia aprovechable de un aerogenerador sufre una gran variación ante
cambios pequeños de velocidades del viento, al estar éste último parámetro elevado al
cubo.
Así, se dispone de un potencial eólico muy superior a bajas cotas que en un
emplazamiento tierra adentro, llegando incluso hasta ser un 25% mayor. Esta
circunstancia permite utilizar torres de menor altura que en los parques terrestres.
Mientras en estos últimos la altura del buje es del orden del diámetro del rotor, en
parques marinos esta altura se suele encontrar en tres cuartas partes del mencionado
diámetro.
Considerando el efecto de los abrigos, éste es mínimo ya que los obstáculos más
próximos se encuentran en el litoral. La influencia en los vientos de la línea de costa se
extiende incluso a 20 km mar adentro más; aun así, se estima que el recurso eólico
marino es un 5 ó 10% mayor que el terrestre tomando las hipótesis más conservadoras.
El viento en zonas marinas es menos turbulento que en tierra, lo que se traduce
en menores vibraciones en las máquinas y en el alargamiento de la vida útil respecto a
parques terrestres. La radiación solar es capaz de penetrar varios metros bajo la
superficie del mar, de modo que la temperatura del agua es menor que la alcanzada por
una superficie sólida, terrestre, sometida a la misma radiación. Se registra así menos
diferencia de temperatura entre el mar y la capa de aire en contacto con él,
traduciéndose este efecto en menores turbulencias por gradientes térmicos menos
acusados.
19
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La superficie del mar posee una rugosidad muy baja en escenarios de vientos
constantes. Sin embargo, en condiciones de vientos crecientes, parte de la energía de los
mismos se transforma en oleaje con el consiguiente aumento en la rugosidad. Tras la
formación del oleaje y tras la estabilización del viento, la rugosidad disminuye de
nuevo. Adicionalmente, el oleaje supone una reducción de la altura efectiva del buje.
Estos efectos han de ser cuidadosamente modelados a fin de estimar de modo preciso su
repercusión en el perfil de velocidades del viento y en la producción energética
esperada.
Debemos preguntarnos cuáles son las razones para que no haya un gran número
de estos parques en funcionamiento. Uno de los problemas fundamentales es la
necesidad de realizar labores de obra civil y eléctrica subacuáticas con un incremento
muy grande en costes respecto a la obra tradicional en tierra firme. Los sobrecostes
debidos a estas obras subacuáticas son equivalentes en primera aproximación a las
economías obtenidas por mayor producción de energía y menores alturas de torre. En
primera aproximación, no obstante, el coste del MW∙h producido es similar al obtenido
en una instalación convencional. La tecnología de cimentaciones no se encuentra
plenamente desarrollada por lo que las dificultades técnicas al respecto son
considerables y favorecen a los parques en tierra firme. El montaje y mantenimiento de
estas instalaciones es complicado dado el uso obligado de embarcaciones, grúas
flotantes, etc.
Podría pensarse que, dado que en el mar no hay restricciones de superficie, se
podrían construir parques gigantescos de cara a aprovechar economías de escala. Esto
sería así de no ser porque dicha instalación tendría entonces una potencia de generación
muy alta y supeditada a la aleatoriedad relativa de los vientos por lo que los efectos que
produciría en el punto de conexión a la red serían muy considerables, perjudicando la
calidad de potencia en el suministro. Además, no es fácil encontrar en la costa líneas
eléctricas capaces de recoger la producción de un parque de centenares de MW. El
mantenimiento de estas instalaciones o su reparación están condicionados al buen
estado del mar por lo que, en ocasiones, puede ser inviable reparar máquinas durante
largos periodos de tiempo, por ejemplo durante la época de temporales. Esto afecta
gravemente a la disponibilidad del parque y a la energía total anual producida.
Por motivos de impacto ambiental, estos parques deben situarse al menos a 20
km de la costa por lo que la línea de evacuación es crítica. A esta longitud debemos
añadir la distancia hasta el punto de conexión en el interior. Se hace necesario además
20
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considerar medidas preventivas y de respuesta ante posibles vertidos de residuos al mar
así como un plan de contingencia para evitar colisiones de buques contra las estructuras,
ya sean buques de mantenimiento y construcción o posibles navíos mercantes o
pesqueros en una situación de emergencia debida, por ejemplo, a temporales, pérdida
del rumbo por fallos de navegación o situaciones de queda a la deriva. El principal
factor que hace económicamente viable la energía eólica marina es la reducción drástica
que han experimentado los costes de las cimentaciones marinas en los últimos años. No
estando todavía su tecnología plenamente desarrollada son una alternativa real para un
futuro inmediato. Aquí reside el verdadero interés de este proyecto.
1.2.
Tipos de cimentación
Una parte fundamental del aerogenerador marino es la forma en la que va
anclado a la superficie marina. Para tener una clara idea de lo que va a tratar este
proyecto, primero es necesario hacer un repaso al estado de la cuestión, es decir, los
tipos de cimentación actuales que se usan para llevar a cabo un parque eólico marino:
1. Floating structures
2. Gravity structures
3. Jacket structures
4. Monopile structures
5. Suction bucket structures
6. Tripod structures
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Ilustración 1. Cimentaciones actuales [1]
o Por gravedad: Las cimentaciones por gravedad “Gravity Base Structures (GBS)”
son grandes cimentaciones de hormigón o acero que aseguran las turbinas al
fondo marino por su propio peso. Típicamente, tienen un diámetro de entre 12 y
15 metros y un peso de entre 500 y 1.000 toneladas. Su instalación requiere una
preparación previa del suelo marino y un barco especial para su transporte. Las
GBS se emplean en aguas costeras y su coste es inferior al de los monopilotes,
encareciéndose enormemente para profundidades mayores de 10m, haciéndolas
prácticamente inviables, ya que presentan el inconveniente de un incremento de
su coste proporcional al cuadrado de la profundidad.
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Ilustración 2. Transporte cimentación por gravedad [2]
Ilustración 3. Cimentación por gravedad [3]
o Monopilote: Las cimentaciones tipo “monopilote” consisten típicamente de tres
componentes: un pilote de acero (de entre 3,5 y 5m de diámetro que se clava en
el suelo marino mediante perforación hasta 30m de profundidad), una pieza de
transición que se asienta en el extremo superior del pilote (de acero, y que sirve
de sujeción a la torre) y una plataforma de atraque para el acceso a la torre.
Preferentemente para profundidades de entre 10 y 25 m. Para profundidades
menores las GBS son más económicas. Además, los monopilotes requieren una
preparación mínima del fondo marino y resisten bien la erosión.
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Ilustración 4. Monopilote [4]
o Trípode: Las cimentaciones en “trípode” han sido diseñadas para su uso en
aguas de profundidades de 30 m o mayores (hasta 40m). En su instalación, un
“trípode” se ancla al fondo marino mediante pilotes de acero. Las cimentaciones
trípode son más caras que las GBS, pero son más apropiadas para el soporte de
turbinas de 4-5 MW de potencia.
Ilustración 5. Transporte del trípode [5]
o Tripilote: Basado en el mismo concepto que el trípode, este tipo de subestructura
persigue mejorar el modelo de cimentación por monopilote para profundidades
del entorno de los 50 metros. Consiste en instalar tres pilotes paralelos que se
unen en la base de la torre. Aportan mucha estabilidad pero requieren una gran
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cantidad de acero. No obstante, la unión con la torre resulta más sencilla que la
del sistema trípode.
Ilustración 6. Parque eólico de tripilotes [6]
o Jacket: Los sistemas de cimentación Jacket provienen de la industria petrolera
offshore. Se emplean en aguas con profundidades hasta los 60 m. El coste de
fabricación es elevado, pero tiene un amplio margen de reducción de costes a
través del aprovechamiento de las economías de escala. El sistema Jacket se
ancla mediante sistemas de pilotaje y se transporta e instala de una sola pieza,
por los que son necesarios barcos especiales.
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Ilustración 7. Aerogenerador tipo jacket [7]
o Flotante: Se trata de la solución más novedosa para hacer frente a profundidades
mayores a 100 metros, donde se encarecerían mucho la implantación de alguna
de las anteriores posibilidades. Consiste en hacer flotar el aerogenerador al
equilibrar el empuje sobre la torre y el peso del material con que se rellena parte
de la misma. Así quedan contrarrestados los balanceos y el hundimiento de la
torre. Sin embargo para que el aerogenerador no flote a la deriva, se fija su
posición por medio de unos cables que hace las veces de tensores anclados al
fondo marino.
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Ilustración 8. Parque de aerogeneradores flotantes [8]
La profundidad de cimentación del aerogenerador exigida en el proyecto es de
50 metros con respecto al suelo marino. Esa magnitud de profundidad está a mitad de
camino entre varios tipos de cimentación, en lo que se denomina la zona de transición
entre aguas poco profundas y aguas profundas, lo que hace que sea una zona algo
conflictiva para solicitaciones límite según los tipos de cimentación previamente
enumerados. Aun así, de ésas se podrían descartar las siguientes, por estar fuera del
rango admisible ó viable:

Cimentación por gravedad: ya que su límite de viabilidad económica está en
torno a los 10-15 metros de profundidad. A los 50 metros que nos exige las
características de nuestro aerogenerador, la cantidad de hormigón necesaria sería
muy elevada, y no sería económicamente rentable.

Estructura flotante: para las cuales 50 metros se considera demasiada poca
profundidad, ya que este tipo de cimentación está diseñada para ser rentable a
partir de los 70 metros, aproximadamente.
Sin embargo, aun quedan más posibilidades para la elección: monopilote, tripilote y, la
que mejor debería adaptarse a esta profundidad, jackets. Cualquiera de estos tres tipos
de cimentaciones serían válidos para el diseño, pero tienen sus inconvenientes:

Todas ellas requieren una gran cantidad de acero, tanto para la construcción del
fuste (que se suele hacer de acero), como para la de los elementos que le dan
soporte y la anclan al suelo marino, simulando una especie de empotramiento.
27
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Debido al incremento de coste del acero con respecto al hormigón, se busca una
solución alternativa.

Además, las operaciones de anclaje al fondo marino requieren perforaciones de
agujeros de diámetros considerables, que a una profundidad como la de este
proyecto, no es una tarea fácil y suele ser bastante costosa también.
Por estos motivos, se decidió realizar un diseño experimental, basado en la base
del fuste sin cimentar, simplemente apoyada sobre el suelo marino, con tirantes
anclados al suelo que permitan la sujeción de la estructura. Así, se impide el
movimiento de la estructura frente a grandes cargas de diseño mediante el propio peso
del fuste de hormigón, junto con la tensión que ejercen los cables de acero pretensado.
El objetivo de elegir la torre de un material como el hormigón es la disminución
notoria de los costes con respecto a una torre entera de acero, además de evitar realizar
una cimentación propiamente dicha, ya que los costes derivados de la cimentación
representan, como se ve en la Ilustración 11, la parte más costosa del montaje y
construcción de un aerogenerador marino (en torno a un 23% del total), sin contar la
máquina eléctrica.
1.3.
Costes de los aerogeneradores marinos
En cuanto a los costes que genera la implantación de una granja eólica marina es
considerablemente mayor que en el caso de una terrestre, aunque los beneficios que
genera suelen ser mayores también, como se ha indicado previamente. Estos costes
provienen principalmente, y como se puede ver en la Ilustración 11, de la estructura y la
cimentación, de la conexión a red y evacuación, además de la turbina. El cable
submarino y la ejecución de las cimentaciones son los responsables de que, hasta muy
recientemente, estas instalaciones hayan resultado muy costosas. No obstante, los
grandes aerogeneradores con cada vez mayor potencia unitaria, unidos a nuevas técnicas
de obra civil, permiten en la actualidad rivalizar en costes con la energía eólica de
parques terrestres en términos de competitividad. Esta circunstancia se manifiesta
especialmente en aguas poco profundas. Los costes son indudablemente más altos, pero
la producción por máquina puede llegar a ser un 25% mayor que en las instalaciones
onshore. Los costes de cimentación y los asociados a la conexión a red para turbinas de
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potencia superior a 1,5 MW representan un incremento de apenas un 10 a 20% respecto
a los costes requeridos por máquinas de 450 o 500 kW, como las instaladas en los
primeros parques de Vinderby y Tuno Knob, en Dinamarca. Estudios realizados ya a
finales de los años 90 en el capítulo de las cimentaciones por compañías danesas
concluyeron la mayor economía y competitividad del acero frente a las cimentaciones
de hormigón para parques marinos, abriendo un amplio campo de estudio que hoy se
encuentra en plena actividad. Por ello, el diseño de la cimentación de este proyecto tiene
especial interés y así reducir el coste de forma considerable.
La corrosión no afecta gravemente a las instalaciones marinas de acero y
hormigón, en contra de lo que pueda parecer. Tras años de funcionamiento y
explotación de plataformas petrolíferas se demuestra que puede prevenirse la
mencionada corrosión con una correcta protección catódica. La protección que ofrece la
pintura en los aerogeneradores marinos es de origen en fábrica más rigurosa que la
ofrecida por los modelos homólogos para tierra firme. Dado que las plataformas
petrolíferas presentan vidas útiles de 50 años, puede esperarse esta misma vida útil para
las instalaciones eólicas marinas.
Las respectivas distribuciones de costes entre los aerogeneradores marinos y
terrestres se muestran de modo gráfico como sigue. A fecha de hoy resulta difícil
establecer precios promedio por MW instalado que se puedan extrapolar a futuros
parques. Este hecho se debe a tres circunstancias, a saber: no se han construido las
suficientes instalaciones para poder estimar este coste por comparación entre ellas, las
tecnologías constructivas y eléctricas son muy distintas entre ellos y, finalmente, la
variación de costes es muy considerable atendiendo a las economías de escala. Un
desglose de costes en porcentaje de la fase piloto compuesta por 6 turbinas y la fase
final compuesta por 60 del proyecto de parque eólico marino de Thornton Bank en
Bélgica es radicalmente diferente siendo el emplazamiento el mismo y la tecnología a
emplear similar.
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Ilustración 9. Desglose de costes proyectos onshore y offshore
[9]
Ilustración 10. Desglose aerogenerador onshore
[9]
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Ilustración 11. Desglose aerogenerador offshore [9]
1.4.
Situación en España
España es el segundo país europeo en potencia eólica instalada en tierra firme y
el cuarto en el mundo. Con sus casi 5.000 kilómetros de costa, y un viento que en el mar
es más fuerte y constante, sería lógico pensar que también encabezara la producción de
eólica marina (offshore). Sin embargo, no tiene ninguna instalación de este tipo en sus
aguas y las estimaciones más optimistas señalan el periodo próximo a 2014 como fechas
de su posible arranque. Por su parte, países como Reino Unido y Dinamarca avanzan
con paso firme y ya cuentan con decenas de parques eólicos marinos y proyectos de
gran potencia para los próximos años. Diversos factores económicos, medioambientales
y administrativos explican el retraso de este tipo de energía renovable en nuestro país.
Según un estudio de la Comisión Europea, el país podría tener 25,52 GW de
potencia instalada en 2020, de forma que doblaría a la terrestre. La fecha no es casual,
ya que marca el objetivo de los responsables comunitarios para lograr que el 20% del
consumo europeo de energía primaria provenga de fuentes renovables. Para ello,
la energía eólica, y en especial la marina, podría ser clave.
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Algunos países europeos han tomado la iniciativa. En la actualidad, hay 38
parques eólicos offshore pertenecientes a nueve países de la Unión Europea. Reino
Unido y Dinamarca lideran su puesta en marcha, con una cuota del 44% y el 30%,
respectivamente. Países como Suecia, Alemania y Noruega también construyen varias
instalaciones en sus aguas. Según la Asociación Europea de Energía Eólica (EWEA), el
mercado europeo de la offshore crecerá en 2010 un 75%.
La recuperación de este retraso con respecto a otros países podría llevar varios
años. Los más optimistas confían en que los primeros parques eólicos marinos en
España podrían empezar a funcionar a partir de 2014. Desde la Asociación Empresarial
Eólica (AEE) apuntan a 2020 como fecha en la que habría unos 4.000 MW de potencia
instalada.
En principio, las bases están asentadas. El Gobierno ha regulado mediante Real
Decreto los procedimientos y las condiciones para la puesta en marcha de este tipo de
parques eólicos. Los ministerios de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino (MARM)
e Industria, Comercio y Turismo (MICyT) han publicado el Estudio Estratégico
Ambiental del litoral español. En él se delimitan las zonas que reúnen las condiciones
favorables para la instalación de los aerogeneradores.
El informe evalúa 4.000 kilómetros de costa y contempla la instalación de 73
áreas eólicas marinas, que se clasifican, como se aprecia en el mapa de la Ilustración 12,
en "zonas de exclusión" (en rojo), "zonas aptas con condicionantes" (en amarillo) y
"zonas aptas" (en verde). Los responsables del estudio aseguran que en una zona no apta
también se pueden presentar proyectos y sólo se rechazarían si los estudios de impacto
ambiental fueran negativos.
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Ilustración 12. Aptitud de zonas en España [10]
Varias de las principales empresas españolas del sector de las renovables, y
líderes en Europa y en el mundo, como Acciona, Capital Energy, Gamesa o Iberdrola
han presentado varios proyectos. Zonas tan diversas de la costa, como Galicia, Cádiz,
Canarias, Murcia o Tarragona son algunas de las posibilidades señaladas. Sin embargo,
estas propuestas para desarrollar la eólica offshore no han pasado de una declaración de
intenciones.
No ocurre lo mismo con proyectos diseñados en otros países. Scottish Power,
filial británica de Iberdrola, se adjudicaba en fechas recientes, junto a la compañía sueca
Vattenfall, el contrato para construir en la costa de Norfolk, al este de Reino Unido, uno
de los mayores parques eólicos marinos del mundo. Se denominará East Anglia Array y
tendrá una potencia de hasta 7.200 megavatios (MW). Para hacerse una idea de la
magnitud del proyecto, las centrales nucleares españolas generan en la actualidad 7.716
MW. Sus responsables esperan comenzar las obras en 2015. Por su parte, Gamesa ha
anunciado un acuerdo de intenciones con la compañía alemana Bard Holding para el
desarrollo y comercialización conjunta de proyectos en el mercado eólico marino.
33
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1.4.1.
Por qué se retrasa la energía eólica marina en España
Varios factores económicos, medioambientales y administrativos explican este
retraso de la energía eólica offshore en España. Los costes de construcción, operación y
mantenimiento actuales de los parques eólicos en el mar, al igual que la producción de
energía, son superiores a sus hermanos de tierra. La falta de infraestructuras eléctricas
que puedan aprovechar la energía producida es otro escollo fundamental. Además,
todavía quedan zonas aptas para la expansión de la eólica en suelo firme, más barata y
todavía rentable.
La ubicación de los aerogeneradores es un elemento clave. Con la tecnología
disponible en la actualidad, la profundidad en la que se pueden instalar los molinos no
debe superar los 20 metros. Este factor limita a unos pocos lugares la colocación de los
parques offshore. La plataforma continental del litoral español se caracteriza en general
por su estrechez: a cuatro kilómetros de la costa ya hay más de 50 metros de
profundidad.
Una posible solución podría venir de los avances tecnológicos. El desarrollo de
las empresas del sector se traduce en modelos con mayores prestaciones en cuanto a
potencia e instalación. Otra posibilidad serían los aerogeneradores flotantes, que se han
empezado a probar en algunos países, como España. Pero el aprovechamiento real de
estos modelos podría tardar varios años.
El factor medioambiental es un escollo más para la eólica marina. El impacto
puede ser muy alto en el entorno natural y sus ecosistemas, así como en el tráfico
marítimo, la pesca o el turismo. Algunas propuestas ya han movilizado la oposición en
sus lugares de destino. En Cádiz y en el Delta del Ebro, diversos grupos ecologistas y de
sectores económicos y sociales han mostrado su rechazo a los posibles enclaves eólicos
en su costa. En Galicia, el parlamento de esta comunidad autónoma ha aprobado una
proposición no de ley contraria a estas instalaciones en su litoral, a pesar de que el
Estudio Estratégico Ambiental señala varias zonas aptas en las aguas.
Por ello, no es de extrañar que el desarrollo de la energía eólica marina cause
diversidad de posicionamientos, incluso entre las ONG ecologistas. La organización
conservacionista Oceana ha manifestado de forma abierta su apoyo a estas instalaciones
en España. Sus responsables señalan que el futuro de la energía eólica pasa por la
offshore y recomiendan que se desarrollen proyectos en las zonas consideradas aptas en
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el Estudio Estratégico Litoral del Gobierno, tras el correspondiente estudio de impacto
ambiental. Por su parte, la organización WWF se ha mostrado más cauta y ha recalcado
que se deberá estudiar caso por caso cada proyecto para evitar que pueda afectar a
especies como el atún rojo, en grave peligro de desaparición.
Desde el sector, señalan que los trámites burocráticos para responder a las
solicitudes son demasiado farragosos y se pueden alargar mucho tiempo.
1.5.
Motivación
La energía eólica marina es un tipo de energía renovable que no está demasiado
explorada ni adaptada, pero que supone un gran avance en lo que a energías limpias se
refiere, ya que la cantidad de energía que se puede llegar a obtener de los molinos
eólicos en el mar es enorme comparado con otras energías de las denominadas “verdes”.
De ahí surge el interés de este proyecto en poder estudiar y desarrollar algo innovador
en lo respectivo a este sector aun muy poco explorado.
La elección y desarrollo de un nuevo método de cimentar el molino eólico es
debido a que una gran parte del coste de la instalación reside aquí. Realizar una buena
cimentación en un fondo marino (el cual puede tener diversos tipos de suelos: rocoso,
arenoso, arcilla, etc) es una tarea muy complicada y costosa, ya que se hace a mucha
profundidad y tiene que soportar enormes esfuerzos.
Con este nuevo diseño propuesto, evitaríamos tanto ese enorme incremento de
costes como en ahorro de hormigón y material para el acople al fondo marino,
simplemente con el apoyo de la torre y los tirantes de acero anclados.
1.6.
Objetivos
En el proyecto, el objetivo general es el del estudio del modelo óptimo de la
implantación de un aerogenerador marino de las características del nuestro, y en
particular del modelo aun experimental propuesto de apoyo en fondo marino y tirantes.
Enumerando los sub-objetivos dentro de éste general, podríamos diferenciar los
siguientes:
35
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
Desarrollo del modelo experimental propuesto: como ya se ha explicado
anteriormente, el modelo consiste en el apoyo de la base de la torre en el fondo
marino, con tirantes para evitar cualquier tipo de movimientos.

Comparación con los modelos actuales: se hará una comparación (viabilidad
económica, de esfuerzos, etc) entre el modelo propuesto y los modelos que se
dan en los aerogeneradores actuales, y la elección y desarrollo del más
apropiado.

Hacernos una idea del coste total mediante un presupuesto de la infraestructura.
1.7.
Recursos a emplear
En la realización del proyecto, fue necesaria una gran documentación vía
internet, conferencias publicadas y manuales como el Wind Energy Handbook. Además,
de imprescindible el aprendizaje de muchos términos específicos de la materia en
inglés, debido a que en comparación, los recursos que podemos encontrar en nuestra
lengua circulando por la web son muy reducidos. También se hizo uso de la base de
datos de la Universidad Pontificia Comillas y de diferentes tesis y proyectos de la
Universidad Politécnica de Madrid sobre características de suelos y cimentaciones.
Para la realización del diseño de la estructura del aerogenerador se utilizaron
diferentes programas y software de diseño como CATIA v5 para el diseño en 3D y
cálculo de las deformaciones y tensiones que soporta estructura en su punto más crítico
con todas las fuerzas de aplicación en casos complejos, AUTOCAD para esquemas e
importación directamente del CATIA para los planos de la torre, y el programa
numérico de apoyo para cálculo de estructuras Cespla.
También se realizaron cálculos analíticos y se compararon con los resultados de
los obtenidos mediante software de diseño.
36
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CAPÍTULO 2.
2.1.
EL DISEÑO DEL AEROGENERADOR
Introducción y solicitaciones
Para el proyecto, los principales datos y parámetros en los que hay que centrarse,
están recogidos en la siguiente tabla:
Tabla 1. Parámetros del aerogenerador
Valor nominal
Valor máximo
Valor mínimo
Potencia
5 MW
6MW
≈ 0 MW
Revoluciones
10 rpm
12 rpm
6 rpm
-
-
-
-
Altura de la torre
Profundidad
100 m sobre nivel del
mar
50 m bajo nivel del
mar
Como se puede observar es un aerogenerador marino de grandes dimensiones y
de 5 MW de potencia nominal, algo poco usual teniendo en cuenta que la media de
potencias en este tipo de aerogeneradores ronda los 3,2 MW. Sorprende aún más la
diferencia, como hemos visto anteriormente el por qué, con respecto a un aerogenerador
onshore, cuya potencia media se estima en 1,6 MW.
También, fueron proporcionadas magnitudes de fuerzas y momentos en el buje
del aerogenerador, resultado de estudios estadísticos recogidos durante un tiempo
determinado, entre los que actúan principalmente la fuerza del viento en direcciones x,
y, z. Además, se incluye un parámetro fundamental como es la fuerza de las olas, y las
fuerzas de la marea. La fuerza de las olas se posiciona con la magnitud correspondiente
a una altura de 50 metros de la base del aerogenerador, que es a la altura donde se
encontraría la superficie marina. Todos estos datos están recogidos en la siguiente tabla:
37
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Tabla 2. Cargas dato en el buje
Extremo
Máxima operativa
Fx [MN]
1,66
1,44
Fy [MN]
-1,06
-
Fz [MN]
-1,25
-1,25
Mx [MN∙m]
8,44
5,63
My [MN∙m]
-1,55
-
Mz [MN∙m]
9,35
5,54
Independiente
Combinada
1,96
1,76
0,0143
0,0143
Olas Fx [MN]
Corriente mareas Fx
[MN/m]
Cabe destacar que la fuerza de las mareas es una fuerza uniformemente
distribuida a lo largo de los 50 metros inferiores del fuste, ya que lógicamente es donde
ejerce presión el agua del mar sobre la estructura y en la dirección más desfavorable (en
este caso, en la dirección x), y que podría ser despreciable, ya que su valor de 14,3 KN
no resulta demasiado influyente para el comportamiento de la estructura, teniendo en
cuenta que las magnitudes de las demás fuerzas y momentos son al menos dos órdenes
de magnitud superiores. Sin embargo, este parámetro ha sido tenido en cuenta para los
cálculos, tanto analíticos, como en CATIA, y obtener así la mayor precisión posible en
los resultados.
Para el diseño de la estructura, se realiza a solicitaciones extremas. Por tanto, de
la tabla de cargas en el buje se han usado los valores extremos, pero multiplicados por
un coeficiente de simultaneidad de 0,5, ya que, dado que la tabla es resultado de
estudios estadísticos, la probabilidad de que se den las fuerzas máximas en el eje x, y en
eje y a la vez es extremadamente baja.
2.2.
Análisis de la estructura
La primera parte en cuanto a la etapa de inicio del diseño de la infraestructura
tiene que ver con el análisis de la estructura del aerogenerador. En este apartado se
38
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calcularán analíticamente las solicitaciones que va a tener que soportar la estructura del
aerogenerador según las cargas previamente vistas. El primer paso es el traslado de
cargas a posiciones cómodas para poder aplicar los sumatorios de fuerzas y de
momentos mediante el uso de las Leyes de Newton en el diagrama de cuerpo libre de la
estructura. Una vez realizado eso, se estimarán los momentos de la estructura en valor y
zona en que aparezcan.
2.2.1.
Traslado de cargas
Al tener como dato las fuerzas y momentos en el buje, lo que nos interesa, por
mayor facilidad, para el cálculo analítico y en CATIA, es trasladar los parámetros a la
altura correspondiente a la de ensayo, que típicamente será de 5 metros, aunque también
se ha usado alturas de 50 metros y 65 metros para el análisis, en posición de centro de
coordenadas, justamente en la vertical del centro del fuste. El proceso a seguir ha sido el
traslado de las cargas, primeramente al centro del fuste a una altura de 150 metros y
luego, según necesidades, se trasladan de nuevo a las distintas alturas, teniendo en
cuenta otros parámetros como el empuje, el peso de la góndola, el aumento de peso
debido al hormigón a medida que se disminuye la altura, y nuevos momentos que
surgen debido a fuerzas intermedias como la Fuerza de las olas. En el siguiente esquema
se aprecia la posición inicial de las cargas y la final.
Fz
Fy
My
Fz
Mx
Fx
Mz
My
Mx
Fx
Fy
Mz
Ilustración 13. Esquema de traslación de cargas
A continuación, se indican los valores obtenidos, resultado de la traslación de
cargas y adhesión de nuevas a 150 metros de altura en el punto central con la vertical:
39
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Tabla 3. Traslado de cargas a la zona de estudio
Tipo de carga
Valor
Unidades
Fuerza en eje x (Fx)
1,66
MN
Fuerza en eje y (Fy)
-0,53
MN
Fuerza en eje z (Fz)
-3,212
MN
Momento en eje x (Mx)
10,03
MN∙m
Momento en eje y (My)
-2,82
MN∙m
Momento en eje z (Mz)
3,585
MN∙m
Los cálculos detallados del traslado de cargas, así como las cargas en otros puntos de la
estructura se pueden encontrar en la Parte II: Anejos/Cálculos detallados
2.2.2.
Cálculo analítico y análisis de estabilidad
El aerogenerador a diseñar en el proyecto, como ya hemos dicho antes, se
compone de un diseño innovador, ya que la base no va cimentada al suelo marino, ni
unida a él mediante ningún tipo de las cimentaciones anteriormente citadas, sino que va
simplemente apoyada sobre él. La acción de tres cables tirantes a la altura de 65 metros
y con un ángulo con la vertical de 45º es lo que permite la estabilidad del
aerogenerador.
Las características enumeradas y necesarias para el cálculo analítico son las
siguientes:

La infraestructura del aerogenerador se diseñará de hormigón, ya que su precio
es mucho menor al del acero, aunque sus solicitaciones mecánicas sobre todo a
tracción quedan claramente disminuidas. Sin embargo, como se explicará
posteriormente, será necesaria la adición de una armadura de acero pasiva para
cumplir con las solicitaciones que nos exigen estas cargas.

Los cables necesarios para dar la estabilidad necesaria a la torre estarán
compuestos por haces de cables pretensados de acero. Se ha decidido establecer
un sólo nivel de cables como medida suficiente para la estabilidad, en el que
tendrán contacto con la torre y la tensarán desde 3 puntos distintos, por lo que se
40
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utilizarán tres haces de cables. Estarán situados a 65 metros de altura desde la
base del fuste y formando 45º con la vertical. Por el otro extremo, los cables
estarán anclados al suelo marino mediante pilotes.

Como simplificación para el cálculo analítico, suponemos el fuste del
aerogenerador como una barra de 150 metros, con un apoyo móvil que restringe
el desplazamiento pero no el giro. El objetivo es mediante equilibrio de fuerzas
y momentos, obtener la magnitud de la fuerza necesaria en los cables y las
fuerzas de rozamiento en el suelo para evitar que el fuste gire o se derrumbe.
En un primer cálculo analítico realizado, mediante sumatorio de fuerzas y de
momentos en el punto de contacto con el suelo para conseguir estabilidad en el
aerogenerador, se obtienen las solicitaciones de los cables y las reacciones en el suelo
marino, así como las condiciones de deslizamiento de la torre. Las fuerzas y geometrías
usadas son las que se indican en el esquema del aerogenerador:
Ilustración 14. Esquema de fuerzas
41
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De estas cuatro ecuaciones con cuatro incógnitas, obtenemos un sistema de
ecuaciones compatible, del que se obtiene:
La reacción del suelo en la dirección z se deduce de la ecuación en ese eje,
teniendo en cuenta el peso de la góndola, el del hormigón y el de los cables en dirección
vertical:
Una vez obtenidos todos los parámetros de diseño y reacciones, calculamos la
condición de deslizamiento o de no deslizamiento de la torre, que para los coeficientes
representativos según distintos de suelos utilizados (µ=0,1 , µ=0,2 y µ=0,3), obtenemos
la conclusión de no deslizamiento (Froz < µ∙N).
Los cálculos detallados se pueden encontrar en la Parte II: Anejos/Cálculos
detallados.
42
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2.2.3.
Características a flexión
Para hacernos una idea de dónde van a existir las tensiones máximas debido a
flectores, es interesante analizar la gráfica de momentos flectores en los ejes x,y (en los
que la estructura sufre a flexión).
Mx-My (MN∙m)
160
138,28
Momento eje x-y (MNm)
140
120
100
80
My (MNm)
55,08
60
Mx (MNm)
40
20
15,03
10,035
0
0
-20
50
100
150
Altura respecto al suelo marino (metros)
200
Ilustración 15. Diagrama de flectores en la torre
En la gráfica se puede apreciar cómo los momentos máximos en la estructura de
150 metros se dan a una altura de 65 metros, es decir, a la altura a la que se sitúan los
cables pretensados encargados de la sujeción de la torre.
A partir de estos valores máximos, se comienza a hacer el diseño de la armadura
de acero correspondiente siguiendo la norma EHE-08 del hormigón armado, ya que las
solicitaciones de tensiones máximas admisibles por un hormigón estándar quedan muy
por debajo de las que se exigen en esta estructura. Se optará por una armadura pasiva,
cuya geometría dependerá de la base elegida en nuestro aerogenerador.
43
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CAPÍTULO 3.
3.1.
SUELOS MARINOS
Comportamiento
El análisis previo del comportamiento del suelo tiene un papel fundamental en
la realización del proyecto. La interacción suelo-base de la estructura es clave para
averiguar cómo es la distribución de tensiones y por qué aparecen esas magnitudes en
cada tipo de suelo.
En la mecánica de suelos, se estudia el equilibrio y el movimiento de los
cuerpos del suelo, donde el suelo se entiende que es el material natural degradado en la
capas superiores (por ejemplo la parte superior de 20 a 100 m) de la corteza terrestre.
Este material puede ser grava, arena, arcilla, turba, o algún otro terreno suave y medio
granular suelto. La naturaleza de estos materiales es bastante diferente a la de otros
materiales artificiales tales como acero, hormigón, etc. Estos materiales generalmente
son mucho más consistentes que los suelos, y exhiben de forma relativamente simple,
comportamiento mecánico lineal, al menos si las deformaciones no son demasiado
grandes.
Las propiedades mecánicas de los suelos son por lo general fuertemente no
lineales. Los materiales del suelo presentan irreversibles deformaciones plásticas
cuando se cargan y se descargan con determinados cuerpos, incluso a niveles bajos de
tensión, y a menudo muestran un comportamiento anisótropo, fluencia y un efecto tan
típico como dilatación (un cambio de volumen durante la cizalladura). Este
comportamiento mecánico del suelo también es difícil de predecir, porque la estructura
del suelo puede ser altamente no homogénea, debido a su historia geológica, y a
menudo no es posible determinar el comportamiento detallado de la tierra por las
pruebas en el laboratorio o in situ. El comportamiento de los suelos puede ser más
complicado de prever aun por la presencia de agua en los poros. Este fluido
relativamente rígido en los poros puede prevenir o retardar las deformaciones de
volumen.
Por todas estas razones la caracterización del comportamiento mecánico de los
suelos se hace a menudo de una forma esquemática solamente, y su forma está adaptada
al tipo particular de problema en consideración. Así, para un problema de largo plazo de
los asentamientos de un muro de contención, las propiedades de los suelos
45
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correspondientes son muy diferentes de las de un problema de la estabilidad de los
taludes del terraplén del mismo. A pesar de que estos problemas pueden parecer
estrechamente relacionados, los métodos de análisis implican conceptos diferentes, y
diferentes parámetros. En el caso de la estabilidad de las pendientes, la fuerza las capas
de suelo es el efecto dominante, mientras que la solución de un muro de contención se
rige principalmente por las propiedades de deformación del suelo, incluyendo la
fluencia.
Así, en la mecánica de suelos, la gama de aplicabilidad de un determinado
parámetro suele estar restringido a una clase limitada de problemas. Muchas
propiedades no se pueden utilizar fuera de su campo de aplicación previsto. Sin
embargo, varias propiedades podrían derivar todas de fenómenos tan comunes como la
fricción entre partículas, o la estructura de un medio granular, por lo que ciertamente
puede existir una buena correlación entre ciertas propiedades. Cabe señalar que en la
práctica de ingeniería, nada puede vencer a los resultados de la determinación
experimental de los parámetros del suelo in situ o en el laboratorio. Una correlación
puede, en el mejor de los casos, dar una primera estimación del orden de magnitud de
un parámetro.
Suelos blandos, tales como arena y arcilla consisten de pequeñas partículas, y
con frecuencia el espacio de los poros entre esas partículas se llenan de agua. En
mecánica de suelos, esto se denota como medio poroso saturado (o al menos
parcialmente saturado). La deformación de medios porosos totalmente saturados
depende la rigidez del material poroso, pero también del comportamiento del fluido en
los poros. Si la permeabilidad del material es pequeña, la deformaciones pueden ser
considerablemente obstaculizadas, o retrasadas al menos, por el fluido de poro. La
deformación simultánea del material poroso y del flujo de fluido de los poros es el tema
de la teoría de la consolidación. La teoría fue desarrollada originalmente por Terzaghi
(1925) para el caso unidimensional, y extenderse a tres dimensiones por Biot (1941), y
se ha estudiado extensivamente desde entonces. En ella, mediante ciertos principios de
rigidez, tensión, conservación de masa y la Ley de Darcy, se obtiene la solución a la
teoría de la consolidación para deformaciones verticales, mediante ecuaciones que no
entran dentro del estudio de este proyecto. Sin embargo, toda la explicación del
comportamiento de los suelos marinos previa, es imprescindible para saber cómo se
comportan en la realidad y cómo se comporta el programa ante este tipo de
deformaciones, así como las suposiciones y simplificaciones realizadas para su estudio.[13]
46
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3.2.
Tipos de suelos marinos
En este caso, el aerogenerador no está emplazado en ningún lugar geográfico
específico, por lo que se decidió estudiar una muestra de suelos marinos comunes, y en
algún caso, combinación de ellos. Así, la estructura estará diseñada tanto para las
condiciones más favorables de instalación como para las más desfavorables, pudiendo
elegir un tipo de diseño u otro según para donde vaya a emplazarse el aerogenerador,
estudiando el tipo de suelo de esa zona. Los suelos marinos que se han elegido han sido
los siguientes:

Arcilla dura (Hard clay): es el material de los suelos marinos más común a
grandes profundidades, por encima de los 3700 metros de profundidad, aunque
en muchos casos, también se puede localizar en nuestra zona de estudio, que
abarca los 50 metros de profundidad.

Arena densa (Dense sand): es sin duda el elemento predominante entre el alta
mar y la baja mar, es decir, en los primeros 20 metros, aunque también puede
extenderse habitualmente a mayor profundidad.

Rocas (Rocks): es el suelo marino más duro, suponiendo que está compuesto
única y exclusivamente de rocas y piedras, y que aparece a cualquier
profundidad.

Mudstone: el término no tiene una traducción directa al castellano, aunque se
denomina mudstone a un suelo formado por una especie de fango y lodo con
rocas y sedimentos orgánicos de todo tipo, muy común en los fondos marinos.

Arcilla y rocas: combinación muy usual en la realidad de rocas y arcilla, con una
dureza mayor que la del mudstone pero bastante menor a la de los compuestos
formados únicamente por rocas.
Sus características mecánicas con las que se han dotado a los cuerpos en el
programa de análisis por elementos finitos para asemejar lo más posible su
comportamiento a esos suelos están recogidas en la siguiente tabla:
47
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Tabla 4. Propiedades de los suelos marinos
3
Densidad ρ (Kg/m )
Módulo Young E (MPa)
Coefic. Poisson µ (-)
Arcilla dura
1280
24
0,3
Arena densa
1900
70
0,25
Mudstone
2500
85
0,3
Arcilla+Rocas
2000
500
0,2
Rocoso
2400
41000
0,29
[14], [15], [16], [17]
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CAPÍTULO 4.
4.1.
ENSAYOS MEDIANTE ELEMENTOS FINITOS
Elementos finitos
El aerogenerador está emplazado en el suelo marino. Al estar simplemente
apoyado sobre él, existe un comportamiento en lo que se refiere a la interacción con el
suelo que no se puede analizar analíticamente o al menos hasta donde los conocimientos
del autor del proyecto abarcan. La mecánica de suelos, por tanto, es un problema ya que
éste no se deforma uniformemente ni de forma lineal, sino que se deforma una parte
plásticamente y otra elásticamente. A pesar de que, una vez realizados los cálculos a
nivel analítico obteníamos tensiones máximas a la altura de unión de los cables a la
estructura, es conveniente el análisis de la interacción entre suelo y base del fuste, para
comprobar que no existe ningún punto de interactuación entre ellos con una tensión
superior a la admisible, además de ser la zona con mayor riesgo de rotura, mediante un
programa de diseño y cálculo por elementos finitos como es el CATIA.
4.1.1.
Introducción
El método de los elementos finitos (MEF) ha adquirido una gran importancia en
la solución de problemas ingenieriles, físicos, etc., ya que permite resolver casos que
hasta hace poco tiempo eran prácticamente imposibles de resolver por métodos
matemáticos tradicionales. Esta circunstancia obligaba a realizar prototipos, ensayarlos
e ir realizando mejoras de forma iterativa, lo que traía consigo un elevado coste tanto
económico como en tiempo de desarrollo.
El MEF permite realizar un modelo matemático de cálculo del sistema real, más
fácil y económico de modificar que un prototipo. Sin embargo no deja de ser un método
aproximado de cálculo debido a las hipótesis básicas del método. Los prototipos, por lo
tanto, siguen siendo necesarios, pero en menor número, ya que el primero puede
acercarse bastante más al diseño óptimo.
La idea general del método de los elementos finitos es la división de un continuo
en un conjunto de pequeños elementos interconectados por una serie de puntos llamados
nodos. Las ecuaciones que rigen el comportamiento del continuo regirán también el del
elemento. De esta forma se consigue pasar de un sistema continuo (infinitos grados de
libertad), que es regido por una ecuación diferencial o un sistema de ecuaciones
49
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diferenciales, a un sistema con un número de grados de libertad finito cuyo
comportamiento se modela por un sistema de ecuaciones, lineales o no.
Antes de obtener la solución al sistema de ecuaciones planteado es necesario
imponer las condiciones de desplazamientos nodales que sean conocidas. El sistema
resultante se puede subdividir en dos términos: uno que contenga los desplazamientos
impuestos y otro los incógnita. Resolviendo este sistema tendremos la solución. Una
vez conocidos los desplazamientos nodales es posible calcular otro tipo de magnitudes
(deformaciones, tensiones,...).
Por tanto, lo que se pretende obtener al realizar este análisis es la determinación
de distribuciones de tensiones en nuestra estructura, así como las deformaciones que se
dan en ella, junto con la precisión de los datos, para así poder realizar un diseño que
soporte las tensiones admisibles y que no sufra fracturas ni percances de cualquier tipo.
[18]
4.1.2.
Mallado
En un programa de análisis por elementos finitos, el diseño de la malla de
análisis tiene un papel fundamental. En este tipo de programas, como ya hemos
explicado, los objetos a analizar son subdivididos en pequeños tetraedros, simulando los
infinitos puntos de los que está compuesto el objeto, a lo que se denomina malla.
Cuanto más pequeña sea la malla, más precisos serán nuestros resultados. Sin embargo,
existe un problema fundamental: al reducir la malla de tamaño, el tiempo de espera del
ordenador en calcular y realizar ese tipo de malla aumenta exponencialmente, por lo que
es imposible hacer una malla infinitamente pequeña, tanto por los tiempos de espera
como por la limitación de memoria de los ordenadores.
Así, realizar la malla en cualquier análisis por elementos finitos, resulta una
tarea mucho más compleja de lo que en un principio parece. Cada tetraedro de la malla
está formado por un número determinado de vértices. Esos vértices son los puntos en
los cuales se va a realizar la medida de la tensión, la deformación, etc. En el caso de este
proyecto, la elección de la malla se ha realizado de forma experimental, es decir,
mediante múltiples ensayos, ya que teóricamente, al disminuir la malla, siempre
aumentarían las tensiones (al existir mayor número de puntos en los que podría haber un
pico de tensión), hasta llegar a un valor de tamaño de malla a partir del cual esas
tensiones se estabilizasen en un valor determinado. Ese tamaño de malla es, por tanto, el
que hemos utilizado para todos los sucesivos análisis, considerando los valores de
50
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tensiones y deformaciones los picos máximos que podría tener la estructura, y por tanto,
los valores de diseño.
A continuación se exponen los resultados y la realización del método del diseño
de la malla:

El tamaño de malla en la zona del fuste del aerogenerador debía ser al menos
tres veces menor que el espesor de la torre (350 mm), es decir, que en la
dirección radial a la torre del aerogenerador, hubiese al menos tres mallas en
todo el espesor. Esto es debido a que la distribución de tensiones puede sufrir
alteraciones en la zona media del espesor, en la llamada fibra neutra, y tener dos
nodos de malla que confluyan en esa línea media no sería beneficioso para
obtener valores correctos. Por tanto, el tamaño de la malla elegido fue de 100
mm (Mesh Size = 100 mm; Absolute sag = 100 mm) para toda la estructura,
suficiente para cumplir con esas restricciones.
En el caso del suelo marino, al ser un cilindro macizo y de dimensiones muy
grandes, el mallado que había que realizar iba a llevar mucho tiempo de
compilación al ordenador si se quería hacer con una precisión inmejorable, por
lo que se procedió a su estudio mediante ensayos. Viendo cuándo las tensiones
que obteníamos se estabilizaban dentro de unos márgenes de error, se calculó el
tamaño de la malla final, que sería de 300 mm (Mesh Size = 300 mm; Absolute
sag = 100 mm). En la tabla y gráfica se aprecia la evolución de los valores y lo
que se consideró como desviación normal:
Tensiones en arcilla= f (tamaño de malla)
140
Tensión máxima (MPa)

120
100
80
60
40
20
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Tamaño de la malla (mm)
Ilustración 16. Gráfica para el cálculo del mallado
51
1400
1600
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Tabla 5. Análisis de la malla
Tamaño de malla Tamaño de malla
suelo arcilla (mm) hormigón (mm)
Tensión
máxima
apreciable
(Mpa)
300
100
108
350
100
105
400
100
116
450
100
122
500
100
108
550
100
38,7
650
100
56
750
100
38,7
800
100
52,1
900
100
38,7
1000
100
38,6
1200
100
38,6
1500
100
38,6
Los resultados muestran una estabilidad final con una desviación de un 13%,
totalmente admisible según la magnitud de los valores finales de tensión. La malla se
podría haber reducido más allá de los 300 mm, sin embargo, los tiempos de compilación
aumentaban exponencialmente y la limitación de memoria del ordenador empezaba a
convertirse en un problema.
4.1.3.
Precisión
Directamente relacionado con el tamaño de la malla, el parámetro que nos
proporciona el programa de precisión, es un parámetro fundamental para asegurarnos de
que nuestros resultados son fiables y se puede llevar a cabo un estudio y sacar conclusiones
a partir de ellos.de resolver los mallados no es absoluta. La precisión que ofrece el
programa es una precisión relativa basada en la energía de deformación. Si bien es cierto
que para geometrías sencillas con acabados curvos la precisión es alta, con valores de
52
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incluso del orden de 10-9 Julios, ante aristas vivas y geometrías complejas los errores se
disparan, y ello puede hacer menos fiable los resultados que el programa propone. Una
solución es aplicar mallados locales más pequeños en las zonas de mayor error. No
obstante, deben ser caras definidas donde el mallado quede restringido.
En nuestro caso, los errores más significativos, tienen lugar en algunos ensayos con
determinados modelos de suelo y de base de la estructura. Sin embargo, esos errores en
todos los casos están concentrados en zonas pertenecientes al suelo marino, en ningún caso
en zonas de la estructura de hormigón, por lo que las tensiones de ésta no se ven afectadas
de ningún modo y son totalmente correctas.
En el caso de los errores de precisión en el cilindro que simula el suelo marino,
suelen ser algo mayores, y suceden en las zonas en las que la deformación es mayor,
lógicamente, por lo que obtenemos mayores errores en suelos más deformables como la
arcilla que en otros como las rocas.
4.2.
Diseño de la estructura y distintas bases
Para el análisis de nuestra estructura en Catia, se hicieron varias suposiciones y
simplificaciones que hay que tener en cuenta:


La infraestructura del aerogenerador se modeló como un cilindro hueco de las
dimensiones que nos fueron proporcionadas al principio del proyecto (Radio
interior de 2,85 metros y Radio exterior de 3,2 metros), variando únicamente el
tipo de base según el modelo que se elija analizar, como se explicará más
adelante.
El suelo marino se modelará como un cilindro macizo de un espesor
suficientemente grande para evitar que la estructura se hunda más de lo que
abarca el suelo de profundidad, y de radio suficientemente grande también para
evitar el efecto bordes en el análisis, que podría falsear los resultados en la
mayoría de los casos. Así, el cilindro que representa cada tipo de suelo tiene 20
metros de diámetro y 6 metros de espesor. Hemos considerado 6 metros de
espesor más que suficiente para simular el correcto comportamiento del suelo
marino, ya que, según estimaciones analíticas, los valores de hundimiento de la
estructura, en los casos más desfavorables, no sería superiores a 1 metro de
profundidad. La estructura fuste-suelo marino se puede apreciar en la siguiente
imagen:
53
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Ilustración 17. Modelado de la estructura en Catia
La apariencia que podría tener, por tanto en el fondo marino, que se realizó
mediante la herramienta de renderizado de Catia, sería de este estilo:
Ilustración 18. Apariencia en el mar

La parte inferior del cilindro que simula el comportamiento del suelo marino
está anclada, es decir, funciona como un empotramiento, que permite obtener la
condición de contorno necesaria para el análisis, y que éste no se encontrase
flotando en el espacio.
54
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
Los cables no han sido modelados en el programa. Esto es debido a que, además
de que su diseño de cable pretensado no es fácil de realizar y escapa de los
conocimientos del autor, no se consideró necesario, ya que unas fuerzas de
magnitud la de los cables previamente calculada y direcciones las correctas
sobre el punto en el que se sitúa cada haz de cables en la torre representaría
correctamente la estructura para el análisis estático. Sin embargo, para la zona de
los cables, se realizó un cálculo más exacto y detallado posteriormente, ya que
era una zona candidata a existir el mayor pico de tensiones.

El contacto entre la base del fuste y el suelo se realiza mediante el tipo de
conexión Fastened Conection, que simula correctamente el comportamiento de
la interacción suelo-estructura.

La torre se sitúa en el centro del cilindro que representa el suelo para así evitar
mejor el efecto bordes (en el caso de estar muy cercano a los extremos del
cilindro) y establecer relaciones de conexión más fácilmente en el programa.
4.2.1.
Materiales elegidos en el software
Los materiales que se usaron en el programa venían definidos por:

En la infraestructura: en todos los ensayos se ha usado hormigón o lo que se
denomina en el programa Concrete. Las limitaciones del programa impedían la
selección de hormigón armado como material para el fuste, por lo que se usó
hormigón sin armadura de ningún tipo, al que luego modificaremos su estructura
para añadir una armadura que admita los esfuerzos a tracción que el hormigón
por sí mismo no es capaz de soportar.

El suelo marino: en cada uno de los modelos de ensayo, se ha realizado en los
cinco tipos de suelos elegidos, representando una amplia gama de los tipos de
suelos marinos existentes o combinación de ellos. Dado que el comportamiento
de los suelos no estaba diseñado por defecto en el catálogo del programa, se
crearon bases de datos de suelos nuevas con las características mecánicas de
cada suelo elegido para comportarse así lo más parecido a él.
55
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4.3.
Estudio de la base plana
En un primer momento, los análisis que íbamos a realizar se iban a centrar en un
tipo de base de la torre plana, la más usual en las construcciones actuales y el más
simple de fabricar. Posteriormente, y como opción de mejora, se propuso un nuevo
diseño de base semiesférica, para disminuir las tensiones que se producían a causa de la
problemática interacción de los bordes planos de la estructura con el suelo. Además, se
hicieron ensayos tanto en suelo plano como en suelos de distintas pendientes, para
evaluar la capacidad de flexibilidad de la estructura a la hora de instalarla en suelos con
las condiciones más desfavorables posibles.
4.3.1.
Resultados torre de 50 metros
En un primer lugar, se realizó el diseño de la estructura en Catia de 50 metros de
altura, trasladando todas las cargas a ese punto. Debido al gran volumen de la estructura
de hormigón, el mallado era menos preciso que el indicado anteriormente, y por ello las
tensiones resultantes eran bastante bajas, como se aprecia en la siguiente tabla:
Torre con base plana
Tabla 6. Resultados base plana en torre de 50 metros
Arcilla
Hundimiento base plana
(mm)
119
Tensión VM base plana
(MPa)
66,6
Tensión VM extremo
superior (MPa)
32,9
Arena densa
44
58,3
26,4
Rocas
0,134
7,05
32,9
Mudstone
33,9
59,4
26,4
Arcilla+Rocas
5,45
35,4
32,9
56
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Tensión VM base plana (MPa)
Arcilla+Rocas
Mudstone
Rocas
Arena densa
Arcilla
0
10
20
30
40
50
60
70
Tensión VM base plana(Mpa)
Ilustración 19. Tensión VM en base plana 50 metros
Los parámetros que se representan en la tabla corresponden a:
 Hundimiento de la base plana: este parámetro hace referencia al
hundimiento máximo de la estructura, en este caso de base plana, en el suelo
marino, en milímetros que nos da el programa. El hundimiento viene
directamente relacionado con el tipo de suelo que se esté analizando,
obteniendo valores muy distintos de unos tipos a otros. Teóricamente,
materiales con un módulo de elasticidad menor, se deformarán más que
aquellos que tienen un módulo de Young mayor, y por lo tanto el material
que más se deformaría sería la Arcilla dura frente al suelo Rocoso, que sería
el que menos. Siempre que no se produjese una deformación del hormigón,
y las tensiones no fuesen demasiado altas en esa zona, un hundimiento
mayor proporcionaría mayor estabilidad a la estructura, dentro de unos
límites, ya que simularía una especie de pilote natural. No es aconsejable,
sin embargo, que la estructura alcance una profundidad mayor a 1 metro, ya
que el suelo marino no tiene una estructura homogénea, y a medida que más
se adentra en él, la estructura puede cambiar, existiendo la posibilidad de
encontrar capas de material excesivamente blando, capas de aire, y otros
tipo de estratos que no tendrían un efecto beneficioso sobre nuestra
estructura, pudiendo generar defectos y problemas en la instalación de ésta.

Tensión VM base: este parámetro corresponde a la tensión Von Mises
máxima apreciable en la base de la estructura de hormigón. En la mayoría
de los casos será la tensión de diseño usada, junto con los coeficientes de
seguridad específicos, tanto para comparaciones entre tipos de suelos y
57
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bases como para la elección de parámetros de armaduras o de hormigones y
diseño de la estructura global.

Tensión VM extremo superior: esta tensión hace referencia a la tensión de la
estructura hormigonada máxima que se puede encontrar en la parte superior,
lejos de la base del fuste, habitualmente en la zona de los cables. En algunas
ocasiones contadas, esta tensión es mayor que la que aparece en la base, por
lo que hay que tenerla en cuenta para realizar el diseño de la estructura en
las condiciones extremas, independientemente del tipo de zona en que
aparezcan.
En cuanto a los resultados obtenidos, se puede observar cómo en la estructura de
50 metros, la tensión máxima se da en el suelo arcilloso, y es de 66,6 MPa, un valor no
demasiado alejado de la realidad pero sin embargo, si nos fijamos en los errores de
precisión, son demasiado altos como para aceptar esa medida, debido al gran tamaño de
malla usado. Sin embargo, se pueden sacar conclusiones importantes de estos datos que
luego se confirmarán en los siguientes ensayos:

Se puede observar cómo la tensión más baja se produce en el suelo rocoso,
siendo prácticamente la mitad que la del suelo de arcilla.

Casualmente, la distribución de tensiones es inversamente proporcional a la
dureza de los suelos, lo que intuitivamente sería al revés. Lo normal sería
pensar que un cuerpo se tensiona más al ejercer presión sobre él contra una
superficie muy dura que contra una superficie más flexible y deformable
como la arcilla.

Estos resultados confusos en un principio tienen su origen en el
comportamiento plástico y elástico de los suelos. El programa por elementos
finitos Catia sólo calcular las deformaciones elásticas de los materiales, en
este caso, principalmente el suelo marino. Este es un problema, ya que puede
llegar a falsear datos, y obtener resultados que intuitivamente son
contradictorios como los anteriores. La manera de corregir estos datos la
hemos simulado como la creación de un hundimiento del suelo inicial a
modo de huella, simulando el comportamiento plástico del suelo marino.
Este método de simplificación será expuesto más adelante con cálculos más
precisos.

Las deformaciones (hundimientos) del suelo marino sí que siguen una
distribución lógica, siendo de una magnitud mucho mayor en suelos
58
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arcillosos y arenosos que en suelos rocosos, donde es prácticamente nula, por
lo que el efecto pilote no existiría y sería totalmente dependiente de la
estabilidad proporcionada por los cables de pretensado.
4.3.2.
Resultados torre de 5 metros
Para corregir esto, surgió la idea de simplificar más el modelo, diseñando
únicamente los 5 metros más cercanos al suelo marino del fuste del aerogenerador. Así,
al tener mucho menos volumen de hormigón que mallar, se podía obtener un tamaño de
malla mucho menor sin que afectase tanto a los tiempos de compilación del programa, y
por lo tanto, mayor precisión en los resultados. Esa precisión se traducía en picos de
tensiones en zonas muy concretas de la estructura, como se puede apreciar en las
figuras.
El tamaño de la malla final usada fue de 100 mm para la base de hormigón y de
300 mm para el cilindro que representaba el suelo marino, como se ha especificado en el
apartado anterior. Al existir mucha mayor precisión en los resultados, y ser un método
más eficaz de análisis, en adelante siempre se pasaría a analizar esta estructura más
detallada de 5 metros de altura que la de 50 metros.
Los resultados obtenidos quedan resumidos en la siguiente tabla y figura:
Torre con base plana
Tabla 7. Resultados base plana en torre 5 metros
Arcilla
Arena densa
Rocas
Mudstone
Hundimiento base
plana(mm)
185
65
0,08
52
Tensión VM base plana
(MPa)
377
269
10,9
246
Tensión VM extremo
(MPa)
41,1
42
34,3
40,6
Arcilla+Rocas
12
17,9
35,9
59
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Tensión VM base plana (Mpa)
Arcilla+Rocas
Mudstone
Rocas
Arena densa
Arcilla
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Tensión VM base plana(Mpa)
Ilustración 20. Tensión VM en base plana 5 metros
De la tabla y la figura podemos extraer las siguientes conclusiones:

Tal y como ocurría en el caso de la estructura de 50 metros de altura, las
tensiones de mayor magnitud aparecen en la arcilla, seguidas de las de suelo
arenoso, y las menores en los suelos rocosos. Esto es debido a la imposibilidad
en un principio del programa Catia de analizar y representar el comportamiento
plástico de los objetos al deformarse.

Los valores de tensiones son considerablemente mayores, como se puede
observar en el gráfico comparativo, debido a la relación directa explicada
anteriormente con el tamaño de malla elegido (a mayor tamaño de malla, menos
probabilidad de encontrar picos de tensión), al haber elegido en esta estructura
una malla mucho menor.

Los resultados obtenidos en el apartado de hundimientos de la estructura siguen
la misma distribución que en el apartado anterior, con valores muy similares.
4.3.3.
Comparativa torre 5 metros - torre 50 metros
Comparando las dos estructuras analizadas hasta el momento, se comprueba que
los picos de tensión detectados en la figura (torre de 5 metros) son mayores que los de la
figura (torre de 50 metros), como se recoge en la siguiente gráfica:
60
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Tensión máxima VM (MPa)
Torre con base plana 50 m
Torre con base plana 5m
377
269
66,6
Arcilla
58,3
Arena densa
246
32,9 34,3
Rocas
59,4
Mudstone
35,4 35,9
Arcilla+Rocas
Ilustración 21. Comparativa tensiones máximas VM
Por lo tanto, elegimos el modelo de 5 metros como válido para el análisis de los
demás casos.
4.4.
Estudio de la base semiesférica
Dado que las tensiones que se obtenían en la estructura de base plana de 5
metros eran demasiado altas como para seguir adelante con una estructura de hormigón,
se optó por innovar en tipos de bases para el fuste de la torre alternativas, como una
base cónica o una semiesférica, que podían reducir las tensiones de contacto con el
suelo debido a sus geometrías con extremos más redondeados, y por lo tanto evitar el
efecto de contacto entre los bordes abiertos del fuste con el suelo, que originan grandes
tensiones.
4.4.1.
Resultados torre de 5 metros
La base semiesférica se compone de un casco esférico de radio 3,2 metros y
espesor de 350 milímetros, tal y como estaba definida la torre plana. Se establece una
relación de concentricidad entre la semiesfera y el centro del cilindro que modela el
suelo marino. Además, la conexión entre ambos cuerpos se hace mediante un punto de
contacto, precisamente el punto de la base de hormigón que es tangente a la superficie
del suelo.
61
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Los resultados obtenidos están recogidos en la siguiente tabla y figura:
Torre con base
semiesférica 5m
Tabla 8. Resultados base semiesférica en torre 5 metros
Hundimiento base
semiesférica (mm)
Tensión VM base
(MPa)
Tensión VM extremo
(MPa)
Arcilla
Arena densa
Rocas
Mudstone
320
125
0,105
101
108
92,4
49,9
71,7
38,6
38,6
38,7
38,6
Arcilla+Rocas
45,8
66
38,6
Tensión VM máx. base semiesférica (Mpa)
Arcilla+Rocas
Mudstone
Rocas
Arena densa
Arcilla
0
20
40
60
80
100
120
Tensión VM base (Mpa)
Ilustración 22. Tensión VM base semiesférica
Se puede apreciar cómo la máxima tensión existente ahora en nuestra estructura
es de 108 MPa, mucho menor que la que se obtuvo previamente en la estructura con
base plana, como se puede ver en la gráfica comparativa. Por lo tanto, se puede concluir
que la base semiesférica, para la mayoría de los suelos, hace que las tensiones en
nuestra estructura sean considerablemente menores.
62
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Comparativa base plana – base semiesférica
4.4.2.
Comparativa Tensión VM máxima (MPa)
Torre con base plana 5m
Torre con base semiesférica 5m
377
269
108
Arcilla
246
92,4
Arena densa
34,3 49,9
Rocas
71,7
Mudstone
35,9
66
Arcilla+Rocas
Ilustración 23. Comparativa base plana y semiesférica en tensión VM
Como se puede apreciar en la grafica, en los suelos de arcilla, arena y mudstone,
la tensión se reduce considerablemente, del orden de tres veces menor (300%) para
bases semicilíndricas. En los casos de suelos de roca y arcilla+rocas, esa tensión
aumenta, aunque en una proporción mucho menor (alrededor de un 50%). Además, la
tensión más alta de estos dos últimos tipos de suelos marinos sigue siendo más baja que
la más baja de los otros tres tipos de suelos, por lo que compensa de forma muy clara la
instalación de este tipo de base semicilíndrica en suelos planos si tuviésemos que elegir
una de los dos. Los resultados gráficos de los ensayos se pueden encontrar en los anejos
Parte II/Tablas y gráficas.
Otro beneficio de este tipo de base es la capacidad de hundimiento. Ya hemos
comentado previamente que mientras que el hundimiento del suelo marino esté dentro
de unos límites normales de un metro podría ser beneficioso por actuar como una
especie de pilote. Los resultados de hundimientos según cada una de las bases están
recogidos en la siguiente gráfica:
63
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Comparativa hundimiento máximo en suelo marino (mm)
Torre con base plana 5m
Torre con base semiesférica 5m
320
185
125
101
65
52
45,8
12
0,08 0,105
Arcilla
Arena densa
Rocas
Mudstone
Arcilla+Rocas
Ilustración 24. Comparativa base plana y semiesférica en hundimiento
Se observa que el hundimiento para cualquier tipo de suelo es mayor en la base
semiesférica que en la base plana, pero sin superar los 320 mm, por lo que en cualquier
caso, resultaría más beneficioso. Antes de instalar el aerogenerador, es preciso
asegurarse de que no existen capas o estratos no esperados, y que el suelo marino es
uniforme hasta una determinada profundidad. En este caso, comprobar el primer metro
de profundidad es muy asequible para la tecnología actual, por lo que podemos concluir
que la base semiesférica de la torre de hormigón se comporta mejor en estos dos
aspectos (tensiones y hundimiento) que la base plana.
4.5.
Comportamiento ante deformaciones plásticas
4.5.1.
Explicación del fenómeno
Una vez que se tienen dos resultados completos de dos bases distintas con la
precisión adecuada, con la estructura reducida a 5 metros de altura, se pueden observar
las similitudes entre ellas y sacar conclusiones sobre los datos que no parecen correctos:

En ambos casos, los hundimientos que se producen siguen la misma
distribución, siendo mayores en suelos con menor coeficiente de elasticidad, y
por lo tanto, menos dureza.
64
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
La precisión de las medidas realizadas con la estructura de 5 metros de altura es
óptima, ya que el error obtenido con el programa es de un orden de magnitud
mínimo.

La distribución de tensiones, sin embargo, tiene un comportamiento distinto a lo
que se pensaría de forma intuitiva, siendo mayor en suelos con menor
coeficiente de elasticidad, es decir, la estructura sufre más en suelos más
blandos. Como ya se ha explicado anteriormente, estos resultados son debidos a
las limitaciones del programa para calcular deformaciones plásticas. A
continuación, se explicará más en profundidad este fenómeno.

Además, las tensiones obtenidas serían demasiado altas para la utilización de un
hormigón estándar, por lo que se piensa que las deformaciones plásticas también
tienen algo que ver en ese dato.
El suelo marino, como hemos explicado en el CAPITULO 3, se comporta
deformándose elástica y plásticamente cuando se ejerce una presión sobre él. La
deformación elástica es aquella en la que el material vuelve a recuperar casi por
completo su forma original una vez que la presión se deja de ejercer. Esta deformación
se puede ajustar a una ecuación lineal, por lo que es fácil, tanto calcularla
analíticamente, como por medio de cálculo por elementos finitos. Sin embargo, la
deformación plástica no sigue una ley determinada, y su comportamiento puede variar
mucho de un tipo de suelos a otros. Este tipo de deformación es aquella en la cual el
cuerpo no recupera la forma original una vez se deja de ejercer presión, y no existen
demasiados software de cálculo por elementos finitos que representen correctamente
este tipo de deformación y analíticamente es una tarea demasiado compleja.
Ahora bien, el programa Catia, a pesar de tener un potente aparato gráfico y una
capacidad de cálculo y modelado muy alta, como otros muchos programas de cálculo
por elementos finitos, es incapaz de modelar las deformaciones plásticas del material.
De ahí las medidas obtenidas. Estas se pueden explicar de la siguiente manera:

Las deformaciones plásticas hacen que el material deformado se adapte a la
forma geométrica del material que lo deforma. Por lo tanto, en este caso, el suelo
debería adaptarse a la forma de la base de la torre del aerogenerador al
deformarse.

Al adaptarse a la base, existe más superficie de contacto con ella, y por tanto, la
presión es menor a igualdad de fuerzas de actuación.
65
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
Al existir una disminución de presión, la tensión que se obtiene en la estructura
disminuye, por lo que las tensiones máximas con el correcto comportamiento del
suelo deberían ser menores.

Las tensiones máximas de la estructura deberían disminuir más en los suelos en
los que la deformación es mayor, ya que la superficie de contacto y presión sería
también mayor. Por ello, la distribución de tensiones que tendríamos sería
inversa a la que se ha obtenido hasta este punto, es decir, la estructura más
tensionada correspondería a las rocas y la que menos a la arcilla, ya que la
superficie de contacto del suelo rocoso con la base de hormigón seguiría siendo
prácticamente nula, al no sufrir la roca apenas deformación de ningún tipo.
Por ello, se ha optado por modelar esa deformación plástica en Catia para
obtener resultados más acordes con la realidad. Para modelar las deformaciones
plásticas, se ha procedido de la siguiente manera:

Una vez realizado cada ensayo para cada base y cada tipo de suelo, se fija la
deformación o hundimiento máximo obtenido.

Se diseñan distintos tipos de cilindros que representan el suelo marino, cada uno
con un agujero de profundidad máxima el hundimiento obtenido en el ensayo
previo (una especie de huella), acorde con cada base y con cada tipo de suelo.
Así, representamos la deformación plástica permanente en el material
deformado, que en nuestro caso, es la superficie del fondo marino.

Por ejemplo, para la torre con base semiesférica colocada sobre arcilla, la huella
realizada sería esférica, y tendría 320 mm de profundidad máxima, adaptándose
a la forma de la base de hormigón, y en el caso de la base plana, ese hueco
cilíndrico sería de 185 mm de profundidad, como se muestra en las siguientes
figuras:
Ilustración 25. Representación huella plana
66
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Ilustración 26. Representación huella esférica

Así, se modelaron tantos suelos marinos como ensayos previos se realizaron,
cada uno con huellas distintas y se obtuvieron los resultados que se exponen en
los siguientes apartados.
4.5.2.
Estudio de la base plana
En este caso, las huellas realizadas son huellas cilíndricas planas con
profundidad la máxima de los ensayos en suelo marino completamente plano, como se
muestra en la figura:
Los nuevos resultados obtenidos a partir de esta nueva aproximación a la
realidad se pueden apreciar en las gráficas y en la tabla:
Torre con base plana con
huella
Tabla 9. Resultados de la base plana con huella
Arcilla
Hundimiento base plana
(mm)
173
135
Tensión VM extremo
(MPa)
28
Arena densa
64,1
105
27,5
Rocas
0,125
8
34,7
Mudstone
51,4
103
31,5
Arcilla+Rocas
8,8
55,1
32,5
Tensión VM base (MPa)
67
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Tensión máxima VM (MPa)
Torre con base plana sin huella 5m
Torre con base plana con huella 5m
377
269
135
246
105
103
35,9 55,1
34,3 34,7
Arcilla
Arena densa
Rocas
Mudstone
Arcilla+Rocas
Ilustración 27. Comparativa con y sin huella en tensión VM
Efectivamente, podemos observar una disminución considerable de las tensiones
tanto en la arcilla como en arena y mudstone, que son los suelos en los que más afecta la
deformación plástica. Por el contrario, la tensión aumenta un poco en el suelo
arcilla+rocas, y se mantiene en el suelo rocoso, debido a la prácticamente nula
deformación.
El hundimiento total de la estructura resultaría la suma de la deformación inicial
más la obtenida tras el análisis con la huella multiplicada por un coeficiente de
ponderación. Por tanto, que podríamos situar el hundimiento final de la estructura en el
suelo marino dentro de un intervalo, en el que el valor mínimo fuese la deformación
inicial y valor el máximo, la suma de ambas deformaciones. Así, obtenemos un rango
bastante preciso en el que nos aseguramos que la estructura se situará, dado que el
coeficiente de ponderación depende de la deformación plástica, y ya hemos comentado
que es un cálculo demasiado complejo para el estudio que estamos realizando, además
de que no forma parte de los objetivos principales de este proyecto.
La precisión también mejora, a pesar de que la malla usada sigue siendo la
misma que en el caso anterior sin la deformación plástica, como se ve en el gráfico:
68
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Comparativa de error visual
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Error visual torre sin
huella
Error visual torre con
huella
Ilustración 28. Comparativa visual del error
4.5.3.
Estudio de la base semiesférica
En este caso, las huellas realizadas simulando las deformaciones plásticas tienen
forma esférica, de radio el mismo que el de la base de la torre, es decir, de 3,2 metros,
pero profundidad de huella la que se obtenía del estudio del caso anterior sin
deformación plástica. Para su diseño en Catia, simplemente se eleva la posición del
centro de la esfera o se baja la distancia del radio de la base menos la medida de la
profundidad determinada. En la siguiente imagen se puede ver con mayor claridad:
Los resultados obtenidos de la aproximación a deformación plástica, en el caso
de la estructura con base plana, son los siguientes, resumidos en una tabla y una gráfica:
Torre con base
semiesférica con huella
Tabla 10. Resultados de la base semiesférica con huella
Arcilla
Arena densa
Rocas
Mudstone
Arcilla+Rocas
Hundimiento base
semiesférica (mm)
Tensión VM base
semiesférica (MPa)
Tensión VM extremo
(MPa)
367
148
0,105
114
79
41,7
41,9
45,5
114
153
46,3
46,5
45,5
22,9
30,5
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Tensión máxima VM (MPa)
Torre con base semiesférica sin huella 5 m
153
108
114
92,4
46,3
Arcilla
46,5
Arena densa
49,9 45,5
Rocas
71,7
Mudstone
66
Arcilla+Rocas
Ilustración 29. Comparativa con y sin huella en tensión VM
4.6.
Estudio de la base cónica
Como posibilidad para mejorar nuestro diseño y disminuir aun más las tensiones
que podrían existir en la base del aerogenerador, se propone una base nueva, acabada en
forma de cono, con un ángulo de 45º con la normal.
El proceso de análisis y diseño fue similar a los casos anteriores con una
excepción: el programa Catia no reconoce la relación de contacto de un solo punto con
la superficie, en este caso, al existir un área de contacto prácticamente nula, las
tensiones en el material y las deformaciones en el suelo, serían infinitas, por lo que el
programa no actúa de manera incorrecta, sino que no es capaz de calcular los límites y
áreas demasiado pequeñas las considera como nulas ó simplemente habría que diseñar
una malla mucho más pequeña que esa área, lo que resulta imposible debido a las
limitaciones que ya se han enunciado previamente.
Así, se reduce el problema a una simplificación que consiste en el diseño de una
base cónica sin punta, es decir, con 500 mm de lado del cono cortados. Esto, junto con
una huella cónica estimada en 1 metro de lado, es suficiente para obtener un análisis con
una precisión bastante alta y que el programa deja dar una solución. Esta solución no es
la solución correcta real naturalmente, pero las suposiciones, basadas en ensayos
anteriores y la experiencia en el programa nos dicen que no distará mucho de ella. Una
razón es que la huella estimada es de tal magnitud debido a que tiene que ser
considerablemente mayor que en la de base semiesférica ya que el área de contacto en el
caso ideal sería mucho menor, y por tanto las presiones y las deformaciones
70
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aumentarían considerablemente. En segundo lugar, la eliminación de la punta del cono
es imprescindible para obtener una solución en el programa, y 500 mm no representan
un gran problema para tal simplificación, ya que el área de contacto sigue siendo muy
pequeña, y sin embargo, es la medida menor que nos permite obtener una solución
fiable en Catia.
Una vez explicado el diseño de la base cónica, los resultados obtenidos con el
programa de cálculo por elementos finitos son los siguientes:
Torre con base cónica y
huella
Tabla 11. Resultados de la base cónica con huella
Arcilla
Arena densa
Rocas
Mudstone
Arcilla+Rocas
Hundimiento base cónica
(mm)
622
213
0,285
174
29,5
Tensión VM base
cónica(Mpa)
47,6
47,6
51,4
47,6
47,6
Tensión VM extremo
(Mpa)
45,6
45,6
41,6
45,6
47,6
Tensión máxima VM en base cónica(Mpa)
Arcilla+Rocas
47,6
Mudstone
47,6
51,4
Rocas
Arena densa
47,6
Arcilla
47,6
45
46
47
48
49
50
51
52
Ilustración 30. Tensión VM en base cónica
Como se aprecia en la tabla y gráfica anterior, las tensiones máximas existentes
con este tipo de base se han estabilizado, tal y como ocurría en la torre con base
semiesférica. Sin embargo, el valor de las tensiones en suelo rocoso tiene un valor algo
mayor que en el resto, resultado que en un principio sería correcto, o se asemejaría
bastante a la realidad. Las tensiones máximas en los suelos restantes son iguales o muy
parecidas.
71
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El hundimiento máximo en el suelo marino es mayor que en las otras dos bases
propuestas, como se había previsto antes de la realización de los ensayos en Catia.
Sin embargo, en comparación con la base semiesférica, las tensiones son
mayores en todos y cada uno de los suelos, como se puede apreciar en la siguiente
gráfica comparativa.
Tensión máxima VM (MPa)
Torre conica
Torre con base semiesférica con huella 5m
153
114
47,6 46,3
47,6 46,5
51,4 45,5
Arcilla
Arena densa
Rocas
47,6
47,6
Mudstone
Arcilla+Rocas
Ilustración 31. Comparativa base semiesférica y cónica en tensión VM
4.7.
Comparativa y elección final
En la tabla que se muestra a continuación, aparecen las tensiones máximas en
cada tipo de suelo marino y en cada ensayo con las distintas bases ensayadas.
Tabla 12. Tabla comparativa final
Base plana 5 m
Base semicilíndrica 5 m
Base cónica 5 m
Tensiones
máximas (Mpa)
Sin huella
Con huella
Sin huella
Con huella
Con huella
Arcilla
377
135
108
46,3
47,6
Arena
269
105
92,4
46,5
47,6
Rocas
34,3
34,7
49,9
45,5
51,4
Mudstone
246
103
71,5
114
47,6
Arcilla+Rocas
35,9
55,8
66
153
47,6
72
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Como se indicó en apartados anteriores, los resultados con huella son los que
representan más fielmente la realidad, por lo que son los valores elegidos para cualquier
tipo de suelo y base. Como se aprecia, todos los valores de tensiones sin huella son
considerablemente mayores que los de tensiones con huella, como se explicó
previamente (excepto en los suelos de mudstone y arcilla+rocas, donde al existir
propiedades intermedias entre suelos blandos y suelos duros, la compensación de
material de suelo como área de contacto, no es lo suficientemente grande ni pequeña
para estimar la teoría de las deformaciones plásticas como en suelos arenosos y
arcillosos). A partir de ahí, se eligen las bases que mejor se adapten a cada suelo, es
decir, las bases cuyo valor de tensión máxima a soportar sea el menor para un
determinado suelo. Por lo tanto, como se puede apreciar en la gráfica, la base que ha de
instalarse para un ahorro de costes y no tener problemas de roturas para los suelos de
arcilla y arena es la base semiesférica; para un suelo marino rocoso, una base plana; y
para un suelo de lodo o de arcilla y rocas, la base más conveniente sería la cónica.
A partir de estas deducciones, se diseñarán las armaduras correspondientes para cada
tipo de base elegida.
73
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CAPÍTULO 5.
5.1.
HORMIGÓN Y ARMADURA DE ACERO
Aplicación de la norma EHE-08
En este apartado, se tratará la elección de tipo de hormigón elegido para la
construcción de la estructura, junto con la armadura complementaria, según el tipo de
base elegida, ya que el hormigón por sí solo no es capaz de resistir adecuadamente
esfuerzos a tracción (incluso no hace falta que sean de magnitudes demasiado grandes).
Para llevar a cabo el diseño de la estructura, una vez se tienen los valores
obtenidos de los cálculos analíticos y de los que se pueden extraer del programa Catia,
se usa la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08), que se puede encontrase en la
web del Ministerio de Fomento.
Las estructuras constituyen un elemento fundamental para conseguir la necesaria
seguridad de las construcciones que en ellas se sustentan, tanto de edificación como de
ingeniería civil, y en consecuencia, la de los usuarios que las utilizan. Entre los
diferentes materiales que se emplean en su construcción, el hormigón es el más habitual,
por lo que el proyecto y la construcción de estructuras de hormigón cobra una especial
relevancia en orden a la consecución de dicha seguridad.
La Instrucción EHE-08 tiene por objeto regular el proyecto, ejecución y control
de las estructuras de hormigón, tanto en obras de edificación como de ingeniería civil, al
objeto de conseguir la adecuada seguridad de las mismas, preservando la de las
construcciones que en ella se sustentan y la de los usuarios que las utilizan. Para ello, el
proyecto define un marco de unicidad técnica, coherente con el establecido en la
normativa técnica europea y en armonía con las disposiciones relativas a la libre
circulación de productos de construcción en el mercado único europeo.
A pesar de que la instrucción ha sido revisada minuciosamente, en el proyecto
no se enunciarán todos los artículos de la instrucción debido a su amplia extensión, sino
que simplemente serán expuestos los que se consideren relevantes para los cálculos y el
diseño de la estructura, así como cumplimiento de condiciones que tengan interés para
ello:

Artículo 5: con el fin de garantizar la seguridad de las personas, los animales y
los bienes, el bienestar de la sociedad y la protección del medio ambiente, las
75
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estructuras de hormigón deberán ser idóneas para su uso, durante la totalidad del
período de vida útil para la que se construye. Para ello, deberán satisfacer los
requisitos siguientes requisitos: seguridad y funcionalidad estructural, seguridad
en caso de incendio, higiene, salud y protección del medio ambiente. Para ello,
se debe fijar previamente la vida útil de la estructura, es decir, la fecha a partir
de la cuál finaliza su ejecución, durante la que debe mantenerse el cumplimiento
de las exigencias. Atendiendo a la tabla obtenida de la Instrucción y que se
puede encontrar en la Parte II: Anejos/tablas y gráficas, podemos concluir que
nuestra estructura, al ser una estructura de obra marítima, debería tener una vida
útil de entre 15 y 50 años.

Artículo 6: la comprobación estructural mediante cálculo estría realizada; sin
embargo, la comprobación mediante ensayos in situ también sería necesaria para
llevar a cabo el proyecto en la realidad.

Artículo 8:
- En la comprobación de los Estados Límite Últimos que consideran la rotura
de una sección o elemento, se debe satisfacer la condición: Rd ≥ Sd, donde:
Rd Valor de cálculo de la respuesta estructural.
Sd Valor de cálculo del efecto de las acciones.
-
Para la evaluación del Estado Límite de Equilibrio, se debe satisfacer la
condición: Ed,estab ≥ Ed,desestab, donde:
Ed,estab Valor de cálculo de los efectos de las acciones estabilizadoras.
Ed,desestab Valor
desestabilizadoras.
-
de
cálculo
de
los
efectos
de
las
acciones
En la comprobación del Estado Límite de Fatiga se debe satisfacer la
condición: RF ≥ SF, donde:
RF Valor de cálculo de la resistencia a fatiga.
SF Valor de cálculo del efecto de las acciones de fatiga.
-
La denominación de Estados Límite de Servicio engloba todos aquéllos para
los que no se cumplen los requisitos de funcionalidad, de comodidad o de
aspecto requeridos. En la comprobación de los Estados Límite de Servicio se
debe satisfacer la condición: Cd ≥ Ed, donde:
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Cd Valor límite admisible para el Estado Límite a comprobar
(deformaciones, vibraciones, abertura de fisura, etc.).
Ed Valor de cálculo del efecto de las acciones (tensiones, nivel de
vibración,abertura de fi sura, etc.).
-
Se entiende por Estado Límite de Durabilidad el producido por las acciones
físicas y químicas, diferentes a las cargas y acciones del análisis estructural,
que pueden degradar las características del hormigón o de las armaduras
hasta límites inaceptables. La comprobación del Estado Límite de
Durabilidad consiste en verificar que se satisface la condición: tL ≥ td,
donde:
tL Tiempo necesario para que el agente agresivo produzca un ataque o
degradación significativa.
td Valor de cálculo de la vida útil.
-

En relación con las clases de exposición ambiental con respecto, tanto a la
corrosión de las armaduras, como a otros procesos de degradación del
material, podemos encuadrar nuestra estructura en: CLASE marina,
SUBCLASE sumergida y en zona de marea y salpicaduras (IIIb y c), en
ambos casos, existe corrosión por cloruros en las armaduras de acero. En
cuanto a otros procesos de deterioro distintos a la corrosión, podemos decir
que existe una exposición de CLASE química agresiva SUBCLASE media
(Qb), por ataque químico, al ser una estructura marina, en permanente
contacto con el agua del mar. Esos elementos químicos provocan
alteraciones en el hormigón con velocidad media. Véase tabla 17 de la Parte
II: Anejos/Tablas y gráficas para más detalle.
Artículo 10: para valores característicos de las acciones permanentes, se tomarán
valores de la densidad del hormigón de 2500 Kg/m 3, al ser hormigón armado,
con una fck> 50 N /mm2. Se ha elegido no instalar hormigón pretensado en la
estructura, ya que encarecería su precio, y no es necesario debido a que la
armadura pasiva que utilizaremos cumple con las solicitaciones, por lo tanto, se
ignoran todos los apartados que hagan referencia al pretensado del hormigón.
77
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
Artículo 12: en cuanto a la elección de los coeficientes parciales de seguridad
para las acciones, se eligen atendiendo a las tabla 18 adjunta en los anejos,
donde existen acciones permanentes de valor no constante desfavorables como
las principales de diseño, con las que tendríamos un coeficiente parcial de ɣ =
1,50 en estados de límite últimos y de ɣ = 1,00 en estados de límite de servicio.

Artículo 15: como coeficiente de seguridad parcial del hormigón para Estados
Límite Últimos, se ha elegido ɣ = 1,50 para el hormigón y ɣ = 1,35 para el acero,
ambos para situaciones persistentes y transitorias del proyecto (tabla 17). Sin
distintivos de calidad, tanto del hormigón como del acero, es imposible reducir
este coeficiente, para garantizar la seguridad de las personas y del medio
ambiente.

Artículo 26: el cemento es el material encargado de aportar al hormigón las
características exigidas. Existen varios tipos de cementos, pero los utilizados
para hormigón armado son los comunes excepto los tipos CEM II/A-Q, CEM
II/B-Q, CEM II/A-W, CEM II/B-W, CEM II/A-T, CEM II/B-T, CEM III/C y
CEM V/B.

Artículo 27: Para hormigón armado u hormigón en masa que contenga
armaduras para reducir la fisuración, el agua tanto para el amasado como para el
curado del hormigón en obra, tiene que cumplir las siguientes condiciones:
— Hidratos de carbono (UNE 7132) <= 3 gramos por litro (3.000 p.p.m)
— Sustancias orgánicas solubles en éter (UNE 7235) <= 15 gramos por litro
(15.000 p.p.m).

Artículo 28: Las características de los áridos deberán permitir alcanzar la
adecuada resistencia y durabilidad del hormigón que con ellos se fabrica. Como
áridos para la fabricación de hormigones pueden emplearse áridos gruesos
(gravas) y áridos fi nos (arenas), según UNE-EN 12620, rodados o procedentes
de rocas machacadas, así como escorias siderúrgicas enfriadas por aire según
UNE-EN 12620 y, en general, cualquier otro tipo de árido cuya evidencia de
buen comportamiento haya sido sancionado por la práctica y se justifique
debidamente. Como el hormigón tendrá que pasar entre más de una capa de
armaduras, conviene emplear un tamaño de grano del árido más pequeño que el
que dicen los límites:
78
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-
-
que 0,8 veces la distancia horizontal libre entre vainas o armaduras que no
formen grupo, o entre un borde de la pieza y una vaina o armadura que
forme un ángulo mayor que 45° con la dirección de hormigonado (< 29,2
mm, el más restrictivo).
y que 1,25 veces la distancia entre un borde de la pieza y una vaina o
armadura que forme un ángulo no mayor que 45° con la dirección de
hormigonado (< 62,5 mm).

Artículo 29: se entiende por aditivos aquellas sustancias o productos que,
incorporados al hormigón antes del amasado (o durante el mismo o en el
transcurso de un amasado suplementario) en una proporción no superior al 5%
del peso del cemento, producen la modificación deseada, en estado fresco o
endurecido, de alguna de sus características, de sus propiedades habituales o de
su comportamiento. En los hormigones armados o pretensados no podrán
utilizarse como aditivos el cloruro cálcico, ni en general, productos en cuya
composición intervengan cloruros, sulfuros, sulfitos u otros componentes
químicos que puedan ocasionar o favorecer la corrosión de las armaduras.

Artículo 31: en cuanto al hormigón, sus componentes deberán cumplir las
prescripciones incluidas en los Artículos 26°, 27°, 28°, 29° y 30°. Además, el
ión cloruro total aportado por los componentes no excederá de los siguientes
límites: Obras de hormigón armado u obras de hormigón en masa que contenga
armaduras para reducir la fisuración 0,4% del peso del cemento.
En los hormigones estructurales, la resistencia de proyecto fck (véase
39.1) no será inferior a 20 N/mm2 en hormigones en masa, ni a 25 N/mm2 en
hormigones armados o pretensados.

Artículo 32: de los posibles diámetros propuestos en la Instrucción de barras
corrugadas de acero, se eligen barras de 20, 25 y 40 mm de diámetro, como se
explicará en el apartado 5.2. El tipo de acero elegido es un acero soldable 500 S,
cuyas características están descritas en la tabla 18.

Artículo 37: para la durabilidad del hormigón y de las armaduras, es necesario
una calidad adecuada del hormigón y la existencia de un parámetro fundamental
para evitar la corrosión en el acero de la armadura como es el recubrimiento
mínimo. Éste debe cumplirse para cualquier punto de la armadura pasiva, y
viene definido por la fórmula:
79
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Así, obtenemos un recubrimiento nominal de 50 mm, al tener un
recubrimiento mínimo especificado en la tabla 19 según nuestro tipo de cemento
y armadura y la clase de exposición de la estructura, además de un margen de
recubrimiento de 10 mm. Los recubrimientos se logran gracias a los adecuados
separadores colocados en obra.
Para conseguir una durabilidad adecuada del hormigón se deben cumplir
los requisitos siguientes:
a) Requisitos generales, según el tipo de exposición:
— Máxima relación agua/cemento: 0,45.
— Mínimo contenido de cemento: 350 Kg/m3.
b) Requisitos adicionales:
— Mínimo contenido de aire ocluido: en este caso, al no
estar incluido en una clase E o F, no existe un mínimo de aire
ocluido, que en ese caso sería del 4,5% para que el hormigón
resistiese a las heladas.
— Utilización de un cemento resistente a los sulfatos: en
este caso, al estar en contacto con el agua del mar, se aplicará el
apartado siguiente.
— Utilización de un cemento resistente al agua de mar: el
cemento de esta estructura, al estar en contacto continuo con
mareas y agua del mar, deberá tener una característica adicional
de resistencia. El ataque que sufre el hormigón por la acción del
agua de mar es debido fundamentalmente a la acción combinada
de los iones sulfato y magnesio. La presencia de los iones cloruro,
80
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con independencia del efecto que producen sobre las armaduras,
reduce notablemente la acción de los sulfatos.
— Resistencia frente a la erosión: sólo para elementos de
clase E de exposición, por lo que no es necesario para nuestra
estructura.
— Resistencia frente a las reacciones álcali-árido: Para
prevenir las reacciones álcali-árido, se deben adoptar una de las
siguientes medidas:
a) Empleo de áridos no reactivos.
b) Empleo de cementos con un contenido de
alcalinos, expresados como óxido de sodio equivalente
(0,658 K2O + Na2O) inferior al 0,60% del peso de
cemento.
En caso de no poder utilizar las materias primas anteriores,
se adoptará un método de impermeabilización superficial.
Como medida adicional a la limitación de iones de cloruro para los
materiales componentes contra la corrosión de las armaduras de tipo pasivas, se
deberá cumplir
que el contenido total de cloruros al final de su vida útil, sea inferior al
0,6% del peso de cemento, en el caso de obras de hormigón armado u hormigón
en masa que contengan armaduras para reducir la fisuración.

Artículo 39: la tipificación del hormigón elegido es HA – 40/ B / 16 / IIIb ,
donde:
- HA Indicativo de hormigón armado.
- 40 Resistencia característica especificada, en N/mm2.
- B Letra inicial del tipo de consistencia (Blanda).
81
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-

16 Tamaño máximo del árido en milímetros, según características en norme
EHE-08.
IIIb Designación del ambiente marino sumergido, que también podría
haberse elegido IIIc o Qb, de acuerdo con la tabla 16.
Artículo 42: en cuanto a la disposición entre armaduras y limitación de geometría:
-
Los cercos o estribos, que son las partes que sujetan las barras verticales,
deben tener una separación máxima de 15 veces el diámetro de los refuerzos
verticales, es decir, de 24 cm (cumple la restricción de menor que 30 cm).
Los cercos también tienen que tener un diámetro mayor o igual a 0,25 veces
el diámetro de los refuerzos verticales, por lo que se eligen cercos de 4 mm
de diámetro.
-
En el caso de las barras de refuerzos verticales, las dos limitaciones
principales son de una separación menor que 30 cm entre ellas, y menor que
3 veces el espesor del elemento en el que estén situadas, que en este caso es
de 105 cm. La limitación geométrica es otro parámetro fundamental en la
elección del diseño de los refuerzos. En el apartado se explicará
detalladamente la armadura elegida.
Las demás secciones de la instrucción están referidas a cálculos de secciones,
vigas, y otros tipos de refuerzos no necesarios para nuestra estructura, y cuyos cálculos,
gracias al programa Catia no han sido necesarios, por lo que, hasta aquí la utilización de
la Instrucción EHE-08 para el diseño de nuestra estructura.
5.2.
Elección de la armadura
Para el cálculo de la armadura de acero del hormigón, primero se tuvieron que
tomar varias decisiones y suposiciones:

Como se indicó previamente, la armadura de nuestra torre será una armadura
pasiva, suficiente para soportar los esfuerzos a flexión de la torre.

Para el cálculo de ésta, se tomará únicamente el corte transversal de la zona
requerida, es decir, sólo refuerzos verticales. Se despreciarán, por tanto, los
cercos. Esto lleva a un error de sobredimensión, ya que tienen como objetivo
repartir las cargas por todo el mallado metálico. Si se supone una fuerza
82
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
horizontal aplicada sobre un punto de uno de los refuerzos verticales, al intentar
desplazarlo, el cerco se encargaría de transmitir los esfuerzos al resto de refuerzos,
de modo que la carga sería contrarrestada por la aportación común de todos los
refuerzos verticales y no sólo por aquel sobre el que se aplica la carga directamente.
Con el objetivo de facilitar la construcción, y evitar el exceso de refuerzos verticales
en una misma fila, se ha decidido el diseño de dos filas, con el mismo número de
refuerzos cada una, para así permitir distribuir mejor las propiedades a los extremos,
es decir, a los radios interior y exterior, partes más expuestas a tensión. Así, existe
una primera línea interior a un radio de 2,908 metros y otra circundante a un radio
de 3,142 metros. Los radios han sido elegidos teniendo en cuenta el recubrimiento
mínimo de 50 mm que nos imponía la norma y un diámetro escogido para los
cálculos iniciales analíticos, teniendo en cuenta simplemente los flectores del
apartado 2.2.3. La armadura simplificada se puede entender en el siguiente
esquema:
Ilustración 32. Geometría final de la armadura

Debido a que existe distintas tensiones para cada tipo de suelo, dependiendo del
tipo de base elegida para cada suelo del apartado 3.2, se diseñará una armadura
distinta. Además, dado que las tensiones en la base son distintas de las de la
zona media y de las de la zona de los cables, para no desperdiciar acero, se
diseñarán armaduras dependiendo de la tensión de cada una de esas tres zonas,
como se puede ver en la siguiente tabla:
83
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Tabla 13. Tipos de armadura y base según suelo marino
Tipo de base
Tensión zona 1 (base) en MPa Tensión zona 2 (intermedia)en MPa Tensión zona 3 (zona cables) en Mpa Tensión zona 4 (acceso) en Mpa Tipo de armadura
Arcilla
semiesférica
41,7
46,3
63,4
31,8
A
Arena densa
semiesférica
41,9
46,5
63,4
31,8
A
Rocas
Plana
8
34,7
63,4
31,8
B
Mudstone
Cónica
47,6
45,6
63,4
31,8
C
Arcilla+rocas
Cónica
47,6
47,6
63,4
31,8
C
Tabla 14. Solicitaciones según tipo de armadura
Tipos de
armadura
A
B
C
Forma
Partes de armadura
Base semiesférica 2 (Base = Intermedia≠ cables)
Base plana
3 (Base ≠ Intermedia ≠ cables)
Base cónica
2 (Base = Intermedia ≠ cables)
Solicitaciones de tensión (MPa)
46,5 - 46,5 - 63,4
8 - 34,7 - 63,4
47,6 - 47,6 - 63,4
Para simplificar la construcción de las armaduras, dado que las tensiones
máximas admisibles en la base cónica y en la semiesférica son bastante parecidas, se
han elegido los parámetros basándose en la más restrictiva, es decir, a la que mayor
tensión debe soportar.
El cálculo de la armadura se ha realizado mediante la fórmula siguiente,
basándose en la cantidad de acero necesaria para que la estructura soporte las tensiones
a tracción derivadas de las condiciones más extremas. Para la siguiente ecuación, se ha
escogido una parte del cilindro a modo de porción, en la que está situada la tensión
máxima que nos da Catia:




: es el valor del área escogida para hacer el estudio de la armadura. La
porción elegida es de un ángulo de 60°, y cuyo radio interior y exterior se
corresponden con los del cilindro.
: es la tensión máxima que nos ha dado el programa Catia para cada una
de las bases y los suelos.
: tensión admisible del acero. En nuestro caso, al ser un B500S, este
valor es de 500 MPa.
el área del acero es el parámetro clave para nuestro diseño, ya que es el
encargado de dar la flexibilidad justa para la torre. Dado que es un material muy
84
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



caro, no conviene utilizar acero de más, ni de menos, ya que podría suponer un
riesgo importante de seguridad.
el coeficiente de seguridad del acero, como marcan las normas GL y
EHE-08, lo hemos establecido en 1,5 según las características de nuestra
estructura.
la tensión admisible del hormigón que hemos deseado fabricar,
tal y como se indicó en el apartado 5.1, es de 40 N/mm2.
el área del hormigón corresponde a la diferencia entre el área total
de la porción y el área elegida de acero. Ésta es la que va a ser la encargada de
soportar los esfuerzos a compresión.
el coeficiente de seguridad del hormigón, para el tipo de obra que
se está diseñando, y en las condiciones marinas en la que se encuentra se ha
fijado en 1,5, siguiendo la norma EHE-08.
Ajustando la fórmula anterior y obteniendo la cantidad de acero necesaria, se
procede al cálculo de la geometría de cada tipo de armadura, como se indica a
continuación. Los cálculos detallados pueden encontrarse en la Parte II:
Anejos/Cálculos detallados.
a) Armadura base semiesférica:
Para esta armadura tipo A, como se puede ver en la tabla anterior, hay que diseñarla
en dos partes distintas. La primera parte tiene que soportar los 46,5 MPa de tensión,
aunque la hemos diseñado para unas solicitaciones de 47,6 MPa y así hacer más fácil el
acoplamiento al tipo de armadura C. Esta primera parte va desde el suelo marino hasta
los 60 metros de altura. Además, el diseño de la armadura es tal y como se indica en la
figura, ya que se tiene que ajustar a la geometría de la base a la que va unida.
La segunda parte de la armadura tiene que soportar los 63,4 MPa de la parte de los
cables, por lo que sólo es necesaria para esos 5 metros que es donde se produce el pico
de tensión.
85
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Ilustración 33. Geometría armadura base semiesférica
Así, los resultados obtenidos son los siguientes:

Para la parte de la base y la parte intermedia de la estructura, la armadura
constará de:
o Diámetro de los refuerzos verticales de 25 mm.
o Total de 236 refuerzos verticales, es decir, 118 refuerzos por fila.
o Para los cálculos en los que había que usar el momento de inercia de
la armadura se ha usado la simplificación de un cilindro de espesor
24,399 mm, y a lo largo del radio intermedio de 3,035 metros.

Para la parte de los cables, la armadura posee los siguientes parámetros:
o Diámetro de los refuerzos verticales de 40 mm.
o Total de 160 refuerzos, es decir, 80 refuerzos por fila.
o Para los cálculos en los que había que usar el momento de inercia de
la armadura se ha usado la simplificación de un cilindro de espesor
42,213 mm, y a lo largo del radio intermedio de 3,035 metros.
86
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b) Armadura base plana:

Para esta armadura tipo B, como se puede ver en la tabla, hay que
diseñarla esta vez en tres partes distintas:
Ilustración 34. Geometría armadura base plana

La primera parte tiene que soportar solamente los 8 MPa de tensión
debido a la gran superficie de contacto con el suelo y que va desde el
suelo marino hasta los primeros 5 metros de altura. El diseño de la
armadura en cuanto a forma es la misma en toda la estructura, aunque la
cantidad de refuerzos cambie en las distintas zonas, como se puede
apreciar en la figura adjunta. Las características son:
o Diámetro de los refuerzos verticales de 20 mm.
o Total de 146 refuerzos. 73 por fila.

La segunda parte de la armadura tiene que soportar los 34,7 MPa de la
parte intermedia de la estructura, y se extiende de los 5 a los 60 metros
de la estructura.
87
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o Diámetro de los refuerzos verticales de 20 mm.
o Total de 152 refuerzos, es decir, 76 por fila.

La parte final de la armadura comprende a la parte de los cables, por lo
que, como en el caso anterior, tiene que aguantar los 63,4 MPa, y los
parámetros serán los mismos:
o Diámetro de los refuerzos verticales de 40 mm.
o Total de 160 refuerzos, es decir, 80 refuerzos por fila.
c) Armadura base cónica:
El dimensionamiento de la armadura es idéntico al de la armadura
semiesférica (tipo A), pero con la única variación en su forma geométrica. La
base de la armadura C tiene forma de cono, estando las barras de acero dobladas
a 45° con la horizontal, como se puede apreciar en la siguiente figura:
Ilustración 35. Geometría armadura base cónica
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CAPÍTULO 6.
ANÁLISIS DE LA ZONA DE LOS CABLES
Los tres haces de cables de acero pretensado son diseñados para las condiciones
más extremas y se pretensan para ellas, aunque todos no actúen a la vez aguantando las
mismas tensiones.
Para su diseño, se parte de los datos obtenidos del apartado 2.2.2:
Obtenemos que la fuerza horizontal total en módulo es Fh = 5,3269 MN.
En primer lugar, se calcula qué haces de cables son los que van a actuar para
realizar las fuerzas anteriores. Para ello, partimos del siguiente diagrama:
Ilustración 36. Posibilidades de tensionamiento de cables
Los cables en rojo son los que actúan en cada situación, mientras que queda otro
que no tiene influencia en la estructura, aunque continúa tenso.
En este caso, el ángulo b que obtenemos sale de la expresión:
, de donde se obtiene un ángulo de b= - 13,27°
Sin embargo, la fuerza de los cables viene definida por esa magnitud, pero con
un ángulo de 180° mayor, ya que la acción de los cables se compensa por la reacción de
89
y
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la torre, por lo que el ángulo que buscamos es el α = 166,73°. Según estos cálculos, los
cables que actúan en este momento de máxima carga, para los que habrá que diseñarlos,
son el cable0 y el cable240 (Situación c) de las gráficas anteriores).
Resolviendo por medio de relaciones trigonométricas de acuerdo con los planteamientos
de la Ilustración 8.7, se puede calcular la componente horizontal de las fuerzas que
realizarán los haces, y a partir de ésta obtener la fuerza total en los mismos.
Las fuerzas anteriores son las que tienen que soportar los cables en dirección
horizontal. Para hallar el máximo de esas fuerzas, hay que buscar el ángulo para la que
es máxima en un solo cable, que será la fuerza a la que habrá que diseñarlos.
Por geometría, para los ángulos de 30° y de 90°, se obtiene una fuerza máxima
en los cables 0 y 240 respectivamente, por lo que la fuerza máxima de diseño será:
Así, dividiendo por el cos(45°), obtenemos la fuerza total del cable de diseño, ya
que los cables tirantes están formando 45° con la vertical:
Una vez obtenida la fuerza máxima que tienen que soportar los cables y a la que
se tienen que diseñar, procedemos al dimensionado de los cables. La fórmula utilizada
90
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para dimensionar los cables, dado que sólo actúan a tracción, es la siguiente, junto con
los parámetros de diseño utilizados:


el límite elástico del cable de acero, que vale 1,640 [MPa]
: coeficiente parcial de seguridad de los cables de acero. Según EHE-08,

es la fuerza en módulo que tiene que soportar cada haz de cables según
los cálculos analíticos realizados. En este caso
es el número mínimo necesario de cables por haz.
es el diámetro de los cables del haz, según el modelo elegido,


.
Con los valores anteriores y los datos técnicos de los cables de acero pretensado,
obtenemos un valor de número mínimo de cables por haz:
Dado que existen 3 cables por nivel y únicamente tenemos un nivel de altura de
65 metros, el número total de cables será de 3 veces
total de la estructura.
, es decir, de 111 cables en el
Además, como cálculo extra a este apartado, calcularemos el diámetro
aproximado de cada agujero que es necesario para perforar el hormigón y permitir el
tensionado de los cables:
Por lo que el diámetro del agujero tendría que ser mayor a 95,499 mm, sin contar
recubrimientos de los cables.
91
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Una vez calculado el diámetro de los cables, se procede a analizar la zona de la
torre que en un principio se vio que podría suponer una zona de tensiones máximas,
debido a que los momentos existentes eran los de mayor magnitud en toda la torre.
Se simuló en Catia una estructura compuesta por la parte de la torre que
comprendía desde los 59 metros de la torre hasta los 65 metros de altura, desde el fondo
marino. Se ha supuesto la parte inferior del nuevo cilindro como empotrada, dado que
los desplazamientos en los ejes x,y en cualquier tipo de suelo eran de una magnitud muy
pequeña en la mayoría de los casos. Se ha elegido una altura total de 6 metros del
cilindro. Es una medida lo suficientemente baja para poder realizar un mallado más
preciso que en los casos anteriores y poder observar el pico de tensión con exactitud y lo
suficientemente alta para despreciar el efecto resultante del empotramiento, que podría
llegar a falsear las tensiones.
Los cables están, por un extremo, anclados al suelo marino, y por el otro,
enganchados a la torre mediante una tapa cilíndrica de poco espesor de acero que es la
que hace presión sobre el hormigón, como se puede ver en la figura siguiente:
Fcables
Ilustración 37. Ilustración de la geometría a los 65 metros
Con todo esto, los resultados obtenidos fueron los siguientes:
92
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


La tensión de la tapa de acero resulta ser de 318 MPa, admisible por el acero
elegido, ya que, aplicándole los coeficientes de seguridad, su tensión máxima
admisible es de 333,33 MPa.
Analizando las tensiones en el hormigón, existen picos de tensión en la zona
cercana a uno de los tres cables. Esa tensión (63,4 MPa), como se sospechaba
mediante los cálculos analíticos, es más alta que cualquiera de la estructura, por
lo que habría que diseñar una armadura específica para esa zona en cualquier
tipo de suelo, con el fin de que nuestra estructura de hormigón soporte la fuerza
que hacen los cables.
En el anejo Parte II/Cálculos detallados/Armadura, se indicarán las
especificaciones técnicas y detalladas de cada tipo de armadura utilizada.
93
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CAPÍTULO 7.
ZONA DE ACCESO
Además de todas las características estructurales que se han descrito en
apartados anteriores, el aerogenerador tiene que ser accesible a su interior por parte de
los operarios, para poder realizar las tareas de montaje in-situ y de mantenimiento. Por
estas razones, es necesario crear y a su vez analizar una plataforma y una puerta de
acceso a la torre.
Los accesos a los aerogeneradores marinos típicamente se realizan mediante dos
vías: vía aérea y vía marina.
7.1.
Vía aérea
Es un medio de acceso muy usado en caso de situaciones en las que se necesita
un mantenimiento rápido por necesidades de seguridad. Un helicóptero transporta al
operario hasta la parte superior de la torre, y o bien lo deposita mediante una escalera, o
bien si el aerogenerador tiene unas dimensiones adecuadas, aterriza en el helipuerto. Los
helipuertos se suelen construir en aerogeneradores marinos de grandes dimensiones, lo
que implica grandes potencias, del orden de 5 MW. No se ha analizado el
comportamiento de la estructura frente al aterrizaje de helicópteros debido a que el peso
de un helicóptero es de alrededor de 3 toneladas, un peso despreciable con respecto a las
magnitudes en las que estamos trabajando (por ejemplo, la góndola tendría un peso de
200 toneladas). El acceso mediante este tipo de vía se puede observar en la siguiente
figura:
Ilustración 38. Transporte vía aérea con helicóptero [19]
95
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Ilustración 39. Transporte vía aérea con helicóptero [20]
7.2.
Vía marina
Mientras que la primera vía ya descrita, como se ha explicado, no supone ningún
esfuerzo adicional para la torre, en el caso del acceso por vía marina, es necesario
estudiar el comportamiento de la torre de hormigón frente a una abertura de grandes
dimensiones a modo de puerta, realizada para el acceso a una altura de 4 metros por
debajo de los cables pretensados. Las dimensiones de la puerta de acceso son de 3
metros de alto por 1 metro de ancho, suficiente para la incursión de los operarios al
interior. Su función principal es la de proporcionar un acceso que haga posible a los
operarios que llegan desde las embarcaciones actuar de forma rápida y segura, tal y como se
muestra en la figura siguiente:
Ilustración 40. Transporte vía marina
96
[21]
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7.3.
Estudio de solicitaciones
Para analizar este tipo de estructura, hemos usado Catia v5, como viene siendo
habitual en el proyecto, para ver si existe algún pico de tensión en cualquiera de los
vértices abiertos de la abertura en el hormigón. La siguiente figura representa la
estructura analizada, que ha sido la misma que en el análisis de la parte de los cables,
pero añadiéndole la nueva situación:
Ilustración 41. Ilustración del acceso a la torre
Una vez analizado, se observa que el hormigón de alrededor de uno de los cuatro
vértices del acceso está sometido a una presión algo mayor que los otros tres (el inferior
izquierda, con una tensión de 31,8 MPa, como se observa en la Ilustración 42. Sin
embargo, esa tensión es menor que la tensión intermedia de cualquiera de los tres tipos
de armadura A, B y C, y por lo tanto, no sería necesaria la adición de mayor cantidad de
acero para asegurar la conservación de la estructura.
97
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Ilustración 42. Solicitaciones y tensiones máximas en zona de acceso
Cabe mencionar que la armadura del pórtico de acceso debe ser diseñada
tal y como hemos expuesto en el apartado 5.2, con la misma separación de los
refuerzos. Sin embargo, en este caso, tienen una importancia fundamental los
refuerzos horizontales ó cercos, ya que antes no afectaban para la sección
transversal de la torre, y ahora con el pórtico trabajando tanto en la sección
longitudinal como transversal, su separación también tiene un papel fundamental
para soportar las solicitaciones requeridas.
98
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CAPÍTULO 8.
IRREGULARIDADES EN EL TERRENO
Debido a que el terreno del suelo marino no es uniforme, puede darse la
situación en que el terreno habilitado para la construcción del aerogenerador no esté
totalmente plano, sino que tenga una pendiente determinada. Existen varias alternativas
en ese caso:



Erosionar el terreno por medio de máquinas o explosivos.
Elegir otro terreno idóneo para implantar este tipo de aerogeneradores.
Implantarlo de todas maneras en suelos con pendiente.
Ante esta última opción, se deben hacer los cálculos previos para ver
exactamente cuáles pueden ser las consecuencias de implantar el aerogenerador en un
suelo con pendiente.
Hemos considerado pendientes en un rango de 0 hasta un 20%, ya que por
encima de éstas, el terreno sería demasiado empinado como para construir en él y
requeriría de una de las dos opciones previamente expuestas.
Lo primero que se analizó, fue, con un suelo con un 1% de pendiente, ver qué
dirección tendría que tener esa pendiente para que las condiciones fuesen las más
desfavorables posibles, y así ver la reacción sobre la estructura. Así, realizando los 4
ensayos posibles en cada dirección, se concluyó que la dirección más desfavorable sería
en –y.
Una vez que se conoce la dirección de pendiente más desfavorable, empiezan los
ensayos con el programa Catia de forma similar a la realizada en los ensayos con suelo
plano. Las pendientes analizadas fueron de 1%, 3%, 10%, y 20%, para poder
aproximarse casi a la totalidad de gama de pendientes que se pueden encontrar en ese
rango. Se ha analizado la totalidad de los suelos analizados en suelo plano, pero
únicamente con las bases semiesférica y plana, debido a los datos obtenidos y el gran
deslizamiento a priori que poseería la base cónica en suelos con pendiente.
El modelo es tal y como se muestra en la figura, simulando, como se explicó en
el apartado, la deformación plástica como una huella en el terreno.
Los resultados son los siguientes:

La base plana se comporta relativamente bien únicamente para pendientes del
1%y del 3%. Para las restantes, la tensión máxima se eleva en exceso, y los
99
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



desplazamientos debidos a la pivotación de una parte pequeña de la superficie
generan inestabilidad en la estructura.
En la base semiesférica, el comportamiento en tensiones es aceptable en toda la
gama de pendientes, aunque el desplazamiento horizontal de la estructura es
considerablemente mayor que en el suelo plano, por lo que sería necesario
analizar su validez.
Como es lógico, cuanto más desfavorable es la pendiente, mayor es la tensión
máxima de la estructura en cualquiera de los casos.
Cuando en una pendiente determinada, la tensión máxima supera valores
normales, no se ha analizado a partir de la pendiente siguiente más desfavorable.
La siguiente tabla muestra los datos resumidos:
Tabla 15. Resultados según tipo de pendiente y base de la torre
Valor de la
pendiente
1%
3%
10%
20%
Tipo de base
Tensión máxima
suelo (Mpa)
Tipo de suelo
Desplazamiento máximo
horizontal (mm)
Plana
Semiesférica
Plana
Semiesférica
Plana
Semiesférica
Plana
Semiesférica
120
64,7
152
70.4
2180
121
126
Rocas
Arcilla
Rocas
Arcilla
Rocas
Arcilla
Arena
340
245
580
324
1278
444
806
Donde, como se ha enunciado anteriormente, la evolución de las tensiones y de
los desplazamientos sigue las siguientes gráfica:
100
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Tensión máxima suelo (Mpa)
140
120
100
80
60
40
20
0
Semiesférica
0
10
20
30
Valor de la pendiente (%)
Ilustración 43. Tensión máx. de estructura con base semiesférica según
pendiente
Tensión máxima suelo (Mpa)
2500
2000
1500
1000
Plana
500
0
-500 0
5
10
Valor de la pendiente (%)
15
Ilustración 44. Tensión máx. de estructura con base plana según pendiente
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Desplazamiento máximo horizontal
(mm)
1500
1000
Plana
500
Semiesférica
0
0
2
4
6
8
10
12
Valor de la pendiente (%)
Ilustración 45. Desplazamiento horizontal de la torre a 5 metros de altura
Los resultados son lógicos, ya que a medida que la pendiente es más
desfavorable, la estructura, tanto de la parte de los cables, como de la base, queda
sometida a mayores esfuerzos para mantenerse erguida y se desplaza más en dirección
horizontal debido a la pivotación con el suelo marino. En el caso de la base plana no se
han analizado las pendientes superiores a 10%, ya que los esfuerzos que tendría que
soportar la estructura serían mayores aun, por lo que no tendría sentido seguir
analizando. Esos esfuerzos no serían soportados por la estructura de hormigón elegida
en el proyecto, por lo que, como conclusión, se podría afirmar que:

La estructura diseñada, para cualquier tipo de base, únicamente podría ser usada
con pendientes máximas del 1% o del 3% del suelo marino en el que se desee
instalar.

La infraestructura del aerogenerador debería ser diseñada desde cero para hacer
que resistiese pendientes mayores.

Además, para las pendientes del 1% y del 3%, las solicitaciones de tensiones son
mayores que en caso de suelo plano, por lo que el diseño de la armadura
previamente usado debería cambiar, con la adición de mayor cantidad de acero.
102
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PARTE II:
Anejos de la memoria
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[25] http://solomantenimiento.blogspot.com/2008_12_01_archive.html
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[32] http://www.otromundoesposible.net/wp-content/uploads/2010/12/mapa.jpg
[33] http://www.agenergia.org/files/resourcesmodule/@random49917eec3c3bd/1234
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[34] http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/3871/fichero/Tomo+II%252FCap%C3%
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[35] http://api.eoi.es/api_v1_dev.php/fedora/asset/eoi:67109/componente67107.pdf
[36] http://www.juntadeandalucia.es/fomentoyvivienda/estaticas/sites/consejeria/are
ar/vivienda/documentos/bccasept08rev3/03CIMENTACIONES_BCCA_Rev3i.
pdf
[37] PFC Pablo Aparicio. Cimentación de aerogeneradores marinos
[38] http://www.madrid.org/bdccm/
[39] http://www.preoc.es/
[40] ftp.ieawind.org
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[41] http://www.hormigonesguadarranque.es/hormigones.html
[42] http://www.generadordeprecios.info/obra_nueva/Urbanizacion_interior_de_la_
parcela/Contenciones/Muros_de_contencion/UNM021_Encofrado_para_muro_
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[43] http://www.siemens.co.uk/en/news_press/index/news_archive/siemenspurchases-maxccess-system-to-ensure-safe-access-to-offshore-wind-turbinesand-reduce-cost-of-energy.htm.
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Cálculos detallados
1.
Traslado de cargas:
a) Traslado de cargas del buje a la vertical a 150 metros:
b) Traslado de cargas de 150 a 65 metros:
2.
Cálculo de reacciones y fuerzas de cables:

h1 : altura del suelo marino al nivel del mar (estimada en 50 metros).

h2 : altura del suelo marino a la zona de los cables (65 metros).
109
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
H : altura del suelo marino al buje de la góndola (150 metros).
En cualquier caso, Rx ó Frozamiento < µN
y por tanto, se cumple la situación de NO
deslizamiento
3.
Característica a flexión:
h (m)
150
65
50
5
0
Mx (MNm)
10,03
55,08
44,685
13,5
10,035
110
My (MNm)
-2,82
138,28
85,405
20,45875
15,03
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Momento eje x (MNm)
Mx (MN∙m)
60
50
40
30
20
10
0
55,08
Mx (MNm)
10,035
0
50
100
150
200
Altura respecto al suelo marino (metros)
Momento eje y (MNm)
My (MN∙m)
160
140
120
100
80
60
40
20 15,03
0
-20 0
138,28
My (MNm)
50
100
150
200
Altura respecto al suelo marino (metros)
Es útil conocer tanto los valores de los momentos flectores máximos como la
zona en la que se producen para poder hacernos una idea inicial de la tensión a soportar
por la armadura, como se explica en el apartado siguiente.
4.
Armadura:
Mediante la fórmula de la flexión compuesta para secciones cilíndricas, se puede
obtener un valor de tensión de referencia para empezar a diseñar la armadura:
111
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
: tensión que soporta la sección de la torre elegida, en este caso, circular.

N : fuerza que se ejerce sobre esa sección.

A : sección de anillo circular de la torre de hormigón.

Mx , My : momento flector en la dirección x e y , respectivamente.

Ix, Iy : momento de inercia de la sección de anillo circular.

y, x : distancia a la fibra neutra, que en este caso es común y vale el radio
exterior del anillo.
Para el cálculo de la tensión máxima que soporta la estructura a tracción, hemos
realizado el estudio de la sección con los momentos flectores máximos (a la altura de 65
metros), y al ser simétrica y circular, la fórmula se puede simplificar en:
Obtenemos un valor mucho mayor que el que permite el hormigón a compresión
y por supuesto, al de tracción., por lo que se concluye que es necesaria la adición de
acero en la estructura.
Para ello, con los datos que nos proporciona Catia, y la fórmula del apartado del
cálculo de la armadura, obtenemos la cantidad de acero necesaria en cada caso
dependiendo de la base y del tipo de suelo.
Los datos de cada armadura, quedan recogidos en las siguientes tablas:
112
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
Para la de la zona de 8 MPa de tensión en Catia:
ARMADURA 1
Número de filas
2
Recubrimiento min
50
Diametro refuerzo
20
Numero de refuerzos
146,36
Área total refuerzos
0,183924511
Distancia minima entre refuerzos
20
Área total del acero: 0,18
A total
Tensión
Catia
Área acero
1,10872041
8
8,869763259
0,030
<
Distancia entre refuerzos usada
250
Máximo numero de refuerzos/fila
457,1089282
Espesor cilindro
0,009676858
Inercia Cilindro
0,841514266
Diámetro fila 1
2,91
Diámetro fila 2
3,14
Numero Refuerzos redondeado
146
Tensión
adm acero
Área
Tensión adm
hormigón
hormigón
333,333
1,079
26,66666667
Tensión
hormigón
Coeficiente seg
hormigón
40
1,5
38,76587753
(Armadura tipo B)
Modificando la zona de área de acero, y con celdas inteligentes, podemos calcular
la cantidad de acero necesario para cada tipo de tensión en cada zona de la torre.
113
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
Para la zona de 34,7 MPa de tensión en Catia:
ARMADURA 1
Número de filas
2
Recubrimiento min
50
Diametro refuerzo
20
Numero de refuerzos
152,45
Área total refuerzos
0,191578808
Distancia minima entre refuerzos
20
Distancia entre refuerzos usada
240
Máximo numero de refuerzos/fila
457,1089282
Espesor cilindro
0,010079575
Inercia Cilindro
0,876535348
Diámetro fila 1
2,91
Diámetro fila 2
3,14
Numero Refuerzos redondeado
152
Área total del acero: 0,18
A total
1,10872041
Tensión
Catia Área acero
34,7
38,47259813 <
0,030
Tensión
adm acero
Área
Tensión adm
hormigón
hormigón
333,330
1,079
26,66666667
Tensión
hormigón
Coeficiente seg
hormigón
40
1,5
38,76577753
REAL
38,47259813 <
39,4090382
(Armadura tipo B)
La tensión real difiere de la tensión previa en que la real está calculada con un número
entero de refuerzos, y no con decimales, simulando a lo mayoritariamente posible la
realidad.
114
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
Para la zona de 47,6 MPa de tensión en Catia:
ARMADURA 1
Número de filas
2
Recubrimiento min
50
Diametro refuerzo
25
Numero de refuerzos
236,18
Área total refuerzos
0,463742032
Distancia minima entre refuerzos
20
Área total del acero: 0,456
Atotal
1,10872041
Tensión
Catia Área acero
47,6
52,77509139 <
0,076
Distancia entre refuerzos usada
155
Máximo numero de refuerzos/fila
406,6698055
Espesor cilindro
0,024398954
Inercia Cilindro
2,121799226
Diámetro fila 1
2,9125
Diámetro fila 2
3,1375
Numero Refuerzos redondeado
236
Tensión
adm acero
Área
Tensión adm
hormigón
hormigón
333,333
1,033
52,8725442
(Armadura tipo AB)
115
26,66666667
Tensión
hormigón
Coeficiente seg
hormigón
40
1,5
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
Para la zona de 63,4 MPa de tensión en Catia:
ARMADURA 1
Número de filas
2
Recubrimiento min
50
Diametro refuerzo
40
Numero de refuerzos
159,62
Área total refuerzos
0,802341255
Distancia minima entre refuerzos
20
Área total del acero: 0,798
Atotal
1,10872041
Tensión
Catia Área acero
63,4
0,133
70,29287382 <
Distancia entre refuerzos usada
230
Máximo numero de refuerzos/fila
305,7924435
Espesor cilindro
0,042213744
Inercia Cilindro
3,671140697
Diámetro fila 1
2,92
Diámetro fila 2
3,13
Numero Refuerzos redondeado
160
Tensión
adm acero
Área
Tensión adm
hormigón
hormigón
333,333
0,976
70,3525442
REAL
70,29287382 <
70,59372505
(Armadura tipo ABC)
Sin embargo, para la
116
26,66666667
Tensión
hormigón
Coeficiente seg
hormigón
40
1,5
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Tablas y gráficas
Tabla 16. Tabla EHE-08 Vida útil de la estructura
117
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Tabla 17. Tabla EHE-08 Designación del hormigón
118
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INGENIERO INDUSTRIAL
Tabla 18. Tabla EHE-08 coeficientes parciales de seguridad para Estados
Límite Últimos
Tabla 19. Tabla EHE-08 tipos de acero corrugado
119
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Tabla 20. Tabla EHE-08 recubrimientos mínimos según clase de exposición
120
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Ilustración 46. Ensayo torre base plana 5 metros con huella
Ilustración 47. Detalle ensayo Catia torre base plana 5 metros
121
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Ilustración 48. Ensayo torre base semiesférica 5 metros con huella
Ilustración 49. Detalle torre base semiesférica 5 metros
122
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Pliego de condiciones
El objeto del presente pliego de condiciones es delimitar los requisitos a que se debe ajustar
el proceso de fabricación de la torre así como las tareas de transporte e instalación de la
misma, cuyas características técnicas han quedado especificadas anteriormente.
1.1 Objeto de este Pliego
Son objeto de este Pliego de Condiciones todos los trabajos de los diferentes
oficios necesarios para la realización del Proyecto de Infraestructuras Eléctricas del
parque eólico objeto de estudio en este proyecto, incluidos los materiales y medios
auxiliares, así como la definición de la normativa legal a que están sujetos todos los
procesos y las personas que intervienen en la obra y el establecimiento previo de unos
criterios y medios con los que puedan estimar y valorar las obras realizadas.
1.2 Documentos del Proyecto
Este Pliego de Condiciones, juntamente con las Memorias Descriptiva,
Justificativa y de Cálculo, Presupuesto y Planos, son los documentos que han de servir
de base para la realización de las obras.
Documentos complementarios serán el Libro de Órdenes y Asistencia en el que
la Dirección Técnica podrá fijar cuantas órdenes crea oportunas para la mejor
realización de las obras, así como todos los planos o documentos de obra que a lo largo
de la misma vaya suministrando la Dirección Técnica.
1.3 Interpretación del Proyecto
Corresponde exclusivamente a la Dirección Técnica la interpretación técnica del
proyecto y la consiguiente expedición de órdenes complementarias para su desarrollo.
La Dirección Técnica podrá ordenar antes de la ejecución de las obras las
modificaciones que considere adecuadas siempre que no alteren las líneas generales del
Proyecto, no excedan las garantías t é c n i c a s y sean razonablemente aconsejables por
eventualidades surgidas durante la ejecución de los trabajos o por mejoras que sea
conveniente introducir.
También la Dirección Técnica podrá ordenar y rehacer todo tipo de obra o
partida, parcial o totalmente, si según su criterio estima que está mal ejecutada o no
responde a lo especificado en el Proyecto.
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1.4 Libro de Órdenes
El Constructor o Contratista tendrá en la obra el Libro de Órdenes y Asistencia
para que la Dirección Técnica de la obra consigne cuantas instrucciones y observaciones
crean oportunas sobre las que deba quedar constancia. El Constructor o Contratista,
firmado su enterado, se obliga al cumplimiento de lo allí ordenado si no reclama por
escrito dentro de las 48 horas siguientes ante la Dirección Técnica.
1.5 Condiciones no especificadas
Todas las condiciones no especificadas en este Pliego se regirán por las
recogidas en la normativa de obligado cumplimiento.
1.6 Permisos, Licencias y Dictámenes
El Promotor o el Contratista por delegación de aquél, tendrá que obtener a su
costa los permisos, licencias y dictámenes necesarios para la ejecución de las obras y
que sean necesarios para la obtención de la aprobación y autorización/ de puesta en
servicio, por parte de la Delegación de Industria o de las distintas Compañías
Suministradoras.
1.7 Documentación Previa al Inicio de Obra
Una vez adjudicada la obra definitivamente y antes de iniciar las distintas
instalaciones, el Contratista presentará a la Dirección Técnica, los catálogos, cartas,
muestras, Certificados de Garantía de Homologación, etc. de los materiales a utilizar en
Obra.
No se podrán emplear materiales sin que previamente hayan sido aceptados por
la Dirección de la Obra. Este control previo no constituye recepción definitiva, y por
tanto, los materiales pueden ser rechazados por la citada Dirección, incluso después de
ser colocados si no cumpliesen las condiciones exigidas en este Pliego de Condiciones,
pudiendo ser reemplazados por otros, que cumplan las citadas calidades.
Los materiales rechazados por la Dirección Técnica, si fuesen recogidos o
colocados, tendrán que ser retirados por el Contratista, inmediatamente y en su
totalidad. De no cumplirse esta condición, la Dirección podrá mandarlos retirar por el
medio que crea oportuno por cuenta de la Contrata.
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Todos los materiales y elementos estarán en perfecto estado de conservación y
uso, y se rechazarán aquellos que estén averiados, con defectos o deterioros.
1.8 Normativa de Obligado Cumplimiento
Será de obligado cumplimiento la Normativa recogida en los correspondientes
apartados de la Memoria de este Proyecto así como la que se reseña en los anejos.
1.9 Medidas de orden y seguridad
El Contratista queda obligado a adoptar las medidas de orden y seguridad para la
buena y segura marcha de los trabajos. En cualquier caso, el Constructor será único y
exclusivamente el responsable, durante la ejecución de las obras, de todos los accidentes
o perjuicios que pueda sufrir su personal o causarlo a otras personas o Entidades.
Corresponde al constructor elaborar, el Plan de Seguridad y Salud en el trabajo de la
obra en aplicación del estudio correspondiente y disponer en todo caso de la ejecución
de las medidas preventivas, velando por el cumplimiento y por la observancia de la
normativa vigente en materia de seguridad y salud en el trabajo.
1.10 Indemnización por cuenta del contratista
El Contratista deberá reparar, a su cargo, los servicios públicos o privados que se
estropeen, indemnizando a las personas o propiedades que resulten perjudicadas. El
Contratista adoptará las medidas necesarias a fin de evitar la contaminación del medio
ambiente, por la acción de combustibles, aceites, ligantes, humos, etc., y será
responsable de los desperfectos y perjuicios que se puedan causar. El Contratista deberá
mantener durante la ejecución de la obra, y rehacer cuando ésta finalice. las
servidumbres afectadas siendo a cuenta del Contratista los trabajos necesarios para tal
fin.
1.11 Gastos a cargo del contratista
Serán a cargo del Contratista, si no se prevé explícitamente lo contrario, los
siguientes gastos:
• Gastos correspondientes a instalaciones y equipos de maquinaria.
• Gastos de construcción y retirada de toda clase de construcciones auxiliares,
instalaciones, herramientas, etc.
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• Gastos de alquiler o adquisición de terrenos para depósito de maquinaria y
materiales.
• Gastos de protección del almacenaje y de la propia obra contra todo deterioro.
• Gastos de montaje, conservación y retirada de instalaciones para el suministro
de agua y de energía eléctrica necesarios para la ejecución de las obras, así como
de los derechos, tasas o impuestos de toma, contadores, etc.
• Gastos e indemnizaciones que se producen en las ocupaciones temporales;
gastos de explotación y utilización de préstamos, canteras, cauces y vertederos.
• Gastos de retirada de materiales rechazados, evacuación de restos de limpieza
general de la obra y de zonas confrontadas afectadas por las obras, etc.
• Gastos de permisos o licencias necesarios para la ejecución, excepto los que
correspondan a expropiaciones y servicios afectados.
• Gastos ocasionados por el suministro y colocación de los carteles anunciadores
de la obra.
Cualquier otro tipo de gasto no especificado se considerará incluido en los
precios unitarios contratados.
1.12 Control de unidades de obras
La Dirección Técnica solicitará a los laboratorios homologados presupuestos
sobre control de calidad de las unidades de obra, escogiendo el que sea más idóneo para
las condiciones de las obras. El importe hasta el l% del Presupuesto de Ejecución
Material, correrá a cargo del Contratista. El resto, si es preciso, será abonado por el
Promotor.
El laboratorio encargado del control de la obra realizará todos los ensayos del
programa, previa solicitud de la Dirección Facultativa de las obras, de acuerdo con el
siguiente esquema de funcionamiento:
A criterio de la Dirección Facultativa se podrá ampliar o reducir el número de
controles que se abonarán, a partir de los precios unitarios aceptados.
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Los resultados de cada ensayo se comunicarán simultáneamente a la Dirección
Técnica y al Constructor o Contratista. En caso de resultados negativos, se avanzará la
comunicación telefónicamente, con el fin de tomar las medidas necesarias con urgencia.
1.13 Replanteo de las obras
El Contratista realizará todos los replanteos parciales que sean necesarios para la
correcta ejecución de las obras, que deberán ser aprobados por la Dirección Técnica.
Deberá también materializar sobre el terreno todos los puntos de detalle que dicha
Dirección considere necesarios para la finalización exacta, en planta y perfil, de las
diferentes unidades. Todos los materiales, equipos y mano de obra necesarios para estos
trabajos, irán a cargo del contratista.
1.14 Contradicciones y omisiones en el proyecto
Lo mencionado en el Pliego de Condiciones y omitido en los Planos, o
viceversa, habrá de ser ejecutado como si estuviese expuesto por ambos documentos.
En caso de contraindicación entre los Planos y el Pliego de Condiciones,
prevalecerá lo escrito en éste último.
Las omisiones en Planos y Pliego de Condiciones o las descripciones erróneas
de los detalles de la obra que sean indispensables para llevar a cabo el espíritu e
intención expuestos en los Planos y Pliego de Condiciones o que por su uso y costumbre
deben ser realizados, no sólo no exime al
Contratista de la obligación de ejecutar estos detalles de obra omitidos o
erróneamente descritos, sino que, por el contrario, deberán ser ejecutados como si
hubieran sido completa y correctamente especificados en los Planos y Pliego de
Condiciones.
1.15 Obras defectuosas o mal ejecutadas
Si alguna unidad de obra no cumpliera las prescripciones que para la misma se
establecen en el presente Pliego, deberá ser demolida y reconstruida a costa del
Contratista. Sin embargo, si aún con menor calidad que la exigida resulta aceptable, a
juicio de la Dirección Facultativa, se fijará por ésta el precio a abonar por la misma en
función del grado de deficiencia. El Contratista podrá optar por aceptar la decisión o
atenerse a lo especificado en el párrafo primero de este artículo.
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Cuando se sospeche la existencia de vicios ocultos de construcción o de
materiales de calidad deficientes, la Administración, podrá ordenar la apertura de catas
correspondientes, siendo de cuenta del Contratista todos los gastos de apertura, ensayos,
etc., que se originen de esta comprobación, en caso de confirmarse la existencia de
dichos defectos. En caso contrario, dichos gastos serán de cuenta de la Administración,
valorándose los mismos a precios unitarios del
1.16 Pliego de condiciones para instalaciones eléctricas de baja
tensión
No está estudiado en profundidad ya que no es objetivo de este proyecto la
instalación eléctrica del aerogenerador marino.
1.16.1 Calidades y características de los materiales empleados
en la instalación
Contendrá como mínimo:

Conductores eléctricos. Conductores de protección.

Identificación de los conductores.

Tubos y canalizaciones protectoras.

Cajas de empalmes y derivaciones.

Aparatos de mando y maniobra.

Elementos de protección.
1.16.2 Normas de ejecución de las instalaciones
1.16.3 Pruebas, ensayos y verificaciones reglamentarias
1.16.4 Certificados y documentación
1.16.5 Libro de órdenes
1.17 Pliego de condiciones para líneas eléctricas subterráneas de
alta tensión
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1.17.1 Calidades y características de los materiales empleados

Conductores

Empalmes y accesorios.

Arquetas.
1.17.2 Normas de ejecución de las obras y de las instalaciones

Características de la empresa instaladora.

Características y normas de tendido.
1.17.3 Pruebas, ensayos y verificaciones reglamentarias
1.17.4 Condiciones de uso, mantenimiento y seguridad
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Estudio del impacto
Establecer una metodología estándar para la valoración de los impactos
producidos por la instalación es muy complicado, debido a la diversidad de factores
que se pueden ver afectados, así como a que las respuestas de los ecosistemas a los
diferentes impactos variarán en función de la localización de la instalación. Asimismo,
los niveles aceptables de impacto también variarán, dependiendo del estado de
conservación de la zona, así como del estado de la especie o del hábitat estudiado.
En la valoración del impacto también debe considerarse la escala del estudio, ya
que variará en función del aspecto ambiental estudiado. Por ejemplo, para especies
migratorias que recorren grandes distancias, el impacto en una localización específica
puede tener consecuencias para otras especies que se encuentran en un área alejada de
la instalación.
1. Caracterización de impactos
Para poder realizar la valoración del impacto global del proyecto, en primer
lugar se debe caracterizar cada uno de los impactos que produce la instalación. Es
importante seleccionar los criterios de valoración adecuados, a continuación se describe
algunas de las características del impacto a las que se debe atender:

Naturaleza: hace referencia al carácter beneficioso o perjudicial del
impacto.

Carácter: simples, acumulativos o sinérgicos. Se dice que dos efectos son
sinérgicos si su manifestación conjunta es superior a la suma de las
manifestaciones si las valorásemos por separado.

Duración: temporales o permanentes.

Recuperabilidad: se refiere a la posibilidad de reconstruir el factor
afectado por medio de la intervención humana.

Reversibilidad: se refiere a la posibilidad de reconstruir el medio factor
afectado por medios naturales, se considerarán impactos reversibles o
irreversibles.
131
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
Relación causa-efecto: es Directa si es la acción misma la que origina el
efecto, e Indirecta si es otro efecto el que lo origina, generalmente por la
interdependencia de un factor sobre otro.

Intensidad: expresa el grado de incidencia de la acción sobre el factor,
que puede considerarse desde una afección mínima hasta la destrucción
total del factor.

Extensión: representa el área de influencia esperada en relación con el
entorno del proyecto, que puede ser expresada en términos porcentuales.
Si el área está muy localizada, el impacto será puntual, mientras que si el
área corresponde a todo el entorno el impacto será total.

Momento: se refiere al tiempo que transcurre entre el inicio de la acción
y el inicio del efecto que esta produce. Puede expresarse en unidades de
tiempo, normalmente años, y se considera que el Corto plazo
corresponde a menos de un año, y el largo plazo a más de cinco años.
 Persistencia: se refiere al tiempo que se espera que permanezca el efecto
desde su aparición. Puede expresarse en unidades de tiempo,
generalmente años, y se considera que es fugaz si se mantiene menos de
un año, temporal si lo hace de uno a diez, y si supera los diez años
permanente
2. Valoración de impactos
Una vez caracterizados los impactos, y definidos los impactos negativos, es
necesario diferenciar la gravedad de dicho impacto en el proyecto. Para ello, se
definirán los siguientes criterios de valoración:
- Impacto ambiental compatible
- Impacto ambiental moderado
- Impacto ambiental severo
- Impacto ambiental crítico
Para los impactos positivos también se recomienda establecer una escala de
valoración similar a la empleada para los impactos negativos.
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Al no ser el objetivo de este proyecto la realización de un estudio de impacto
ambiental de un Parque eólico marino en concreto, nos limitaremos a describir algunos
de los factores a tener en cuenta a la hora de la evaluación de los impactos de un parque
eólico marino, así como anotar en alguno de ellos el carácter de dicho impacto.
1. Medio físico
1.1. Geología, geomorfología, alteración del lecho marino
1.1.1. Alteración de la estratigrafía de la zona: va a estar
fundamentalmente relacionada con el tipo de cimentación empleado y con las
características del lecho existente. Respecto a la cimentación, en el capítulo 1
vimos los distintos tipos de cimentación y sus principales características, por lo
anteriormente descrito se puede deducir que el impacto será de mayor o menor
magnitud en función del tipo de cimentación empleado.
1.1.2. Alteración de procesos geomorfológicos: la presencia física del
parque eólico puede producir cambios en el oleaje y las corrientes, lo que
dependerá de la estructura del Parque eólico (número de aerogeneradores,
disposición, distancia entre ellos) y de la localización del parque eólico. Debido
al cambio en el oleaje se pueden dar procesos de erosión en el entorno de las
cimentaciones o en lugares más alejados, lo que debe ser estudiados mediante
modelizaciones. Será preciso disponer de una caracterización de los sedimentos,
así como de las modelizaciones de los cambios en las corrientes, y oleaje que se
producirán con la instalación.
1.1.3. Alteración y modificación del lecho marino: el impacto estará
relacionado con el tipo de cimentación y el tipo de lecho.
1.1.4. Contaminación del lecho marino por combustibles: se puede
producir por vertidos accidentales por parte de las embarcaciones y maquinarias
necesarias para las labores de construcción y mantenimiento del parque eólico
(en este caso la medidas protectoras van destinadas a evitar este tipo de impacto)
y por movilización de contaminantes ya existentes en el sustrato. Este riesgo se
debe valorara en función de los resultados de las prospecciones previas.
1.2. Aire
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1.2.1. Ruido aéreo: la valoración de este impacto dependerá del ruido
emitido y de la distancia a los receptores. Es importante el realizar una
modelización de los niveles de ruido. El ruido generado durante la fase de
construcción será de carácter temporal, pero puede ser de mayor o menor
magnitud en función del momento en que se produzca por el impacto en las
aves.
1.2.2. Calidad del aire: la valoración del ahorro de emisiones dependerá
del tipo de instalación eléctrica respecto al cual se realice el análisis
comparativo. También en este punto es importante tener en cuenta las
implicaciones económicas por la aparición del mercado de créditos de emisión.
Este impacto se considerará positivo.
1.2.3. Contaminación lumínica: la señalización de los aerogeneradores
deben cumplir lo especificado en la legislación de cada país, por lo que será un
impacto que no se podrá evitar. Para valorarlo se debe tener en cuenta la
intensidad, disposición de dicha señalización, distancia a la costa, así como las
condiciones ambientales predominantes. 46
1.3. Agua
1.3.1. Hidrografía. Alteración de las corrientes marinas: en este punto
será fundamental el disponer de un estudio de las corrientes marinas existentes
en la zona, así como de la modelización del efecto del parque en las corrientes y
el oleaje de la zona.
1.3.2. Alteración de la calidad del agua por la resuspensión de
sedimentos durante las labores de cimentación y colocación del cable
submarino: La construcción y el desmantelamiento del parque eólico pueden
causar efectos en la calidad del agua al distribuir y resuspender las partículas de
sedimento del fondo marino.
1.3.3. Alteración de la calidad del agua por vertidos: que pueden
proceder de las embarcaciones, turbinas,.. Uno de los principales impactos que
podrían presentarse es el de contaminación del agua por vertidos, procedentes
tanto de las embarcaciones y maquinarias empleadas en la construcción, como
de las embarcaciones usadas para el mantenimiento o de alguna de las
infraestructuras del parque.
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1.3.4. Impacto producido por el calor y campo electromagnético
generado por la línea eléctrica submarina: se ha demostrado en estudios
existentes acerca de la generación de campos electromagnéticos de líneas
eléctricas subterráneas que a escasos metros de la línea el campo magnético
producido es similar al de la tierra
1.3.5. Ruidos y vibraciones submarinas: como hemos visto, durante la
fase de construcción se producirá la emisión de ruidos y vibraciones submarinas
que pueden causar impactos en las poblaciones piscícolas de la zona
2. Medio biótico
2.1. Organismos bentónicos
Durante la fase de construcción del parque eólico se verán afectados los
organismos tanto planctónicos como bentónicos, aunque generalmente de manera
temporal, y es de suponer que los efectos de este impacto desaparecerán gradualmente.
2.1.1. Creación de nuevos hábitats
2.1.2. Alteración del hábitats: Durante la fase de construcción se
producirá una alteración del hábitat debido a los efectos producidos por las
tareas constructivas, tales como la resuspensión de sedimentos, la apertura de
zanjas, aumento de turbidez, y posibles vertidos.
2.2. Vegetación terrestre: las estructuras en tierra asociadas a estas
instalaciones solo influyen en la vegetación terrestre si ésta se caracteriza por una
elevada densidad o si se trata de especies protegidas o bien a lo largo del trazado de la
línea eléctrica o bien en la ubicación de la estación transformadora terrestre.
2.3. Potenciales impactos en peces
Será necesaria la realización de muestreos para identificar las especies presentes
en la zona, así como la existencia de rutas de migración de algunas especies. En el
informe se debe indicar el tipo de muestreo empleado, recomendándose que sea de al
menos un año.
2.3.1. Alteración del hábitat
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2.3.2. Trastornos en la orientación causados por la emisión de ondas
electromagnéticas por el cable submarino de evacuación.
2.3.3. Muerte de determinadas especies por el ruido generado en la fase
de funcionamiento: este efecto se considera de carácter temporal.
2.3.4. Creación de nuevos hábitats
2.4. Potenciales impactos en mamíferos marinos
Para determinar la magnitud del impacto del parque eólico sobre los mamíferos
marinos será necesario conocer el grado de ocupación de la instalación de las zonas de
cría, reproducción y alimentación de las especies presentes en la zona
2.4.1.1. Desplazamiento del hábitat por el ruido generado en la fase de
construcción: se considera que este impacto tendrá carácter temporal.
2.4.1.2. Molestias generadas por el ruido procedente del funcionamiento:
2.5. Aves
2.5.1. Alteración /eliminación del hábitat: como en apartados anteriores
distinguiremos entre las fases de construcción y funcionamiento.
2.5.2. Alteración del comportamiento: la presencia del parque eólico
puede suponer una alteración tanto por la presencia de los aerogeneradores como
por los ruidos generados por los mismos.
2.5.3. Riesgo de colisión: con las palas del aerogenerador, con la torre o
con las infraestructuras asociadas a la instalación.
2.5.4. Presencia física de las turbinas: pueden actuar como una barrera en
el paso de las aves migratorias.
3. Medio socioeconómico
3.1. Paisaje: alteración de la calidad del paisaje. En la percepción del parque
eólico van a influir numerosos factores: dimensión del parque, número de
aerogeneradores, color de los aerogeneradores, disposición de los mismos y tipo de
paisaje (mar abierto, estuario,…), la utilización de la zona y del litoral adyacente, la
distancia a los observadores, las condiciones meteorológicas,…
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3.2. Empleo: en la valoración se debe tener en cuenta los principales sectores de
actividad económica de la zona, y prever en cuáles de ellos podría causar impacto, tanto
positivo como negativo, la construcción del Parque eólico marino.
3.3. Obstáculo para la navegación: es necesaria la consulta, ya en la fase de
desarrollo del proyecto, a entidades y organismos como el Ministerio de Defensa,
autoridades marítimas y portuarias y asociaciones ligadas con actividad pesquera.
3.4. Efectos sobre el turismo: se debe tener en cuenta la localización del parque
eólico, la distancia a la costa y el uso de la zona costera.
3.5. Efectos sobre la pesca: se deben realizar estudios para conocer las zonas
más importantes de recursos piscícolas, la localización de las principales áreas de
desove, crecimiento de especies y flujos migratorios, la caracterización de la flota
pesquera, artes utilizadas, actividades económicas relacionadas, así como la importancia
de la actividad en las economías locales.
3.6. Reducción de los niveles de dióxido de carbono emitidos a la atmósfera:
puede considerarse el beneficio medioambiental más importante del proyecto. [33], [34], [35]
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Estudio de seguridad y salud
1. Objeto del estudio de seguridad y salud
El estudio precisará las normas de seguridad y salud aplicables a la obra,
contemplando la identificación de riesgos laborales que puedan ser evitados, indicando
las medidas técnicas necesarias para ello; relación de riesgos laborales que no puedan
eliminarse especificando las medidas preventivas y protecciones técnicas tendentes a
controlar y reducir dichos riesgos, a la vez que se valora su eficacia. Además se
contemplará las previsiones y las informaciones útiles necesarias para efectuar en su
día, en las debidas condiciones de seguridad y salud, los previsibles trabajos posteriores.
Resulta de vital importancia, aplicar con todo su rigor el Real Decreto 614/2001,
de 8 de junio, sobre disposiciones mínimas para la protección de la salud y seguridad de
los trabajadores frente al riesgo eléctrico, dado la especificidad de su articulado, en
relación con la ejecución de las instalaciones eléctricas.
2. Descripción general de la actividad
El objeto de las obras es la construcción de un parque eólico, con todas las
instalaciones que ello conlleva. Las actividades a realizar son las siguientes:
· Transporte y acopio de materiales.
· Excavaciones (apertura y cierre de zanjas) y movimiento de tierras.
· Adecuación terrenos, accesos y plataformas que facilite el transporte de
materiales y montaje de los aerogeneradores
· Tendido de cables subterráneos.
· Hormigones.
· Construcción de CT y edificio de control.
3. Recursos considerados
Los medios auxiliares y maquinaria para la ejecución de las obras son:
· Retroexcavadora.
· Camiones y barcos.
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· Barco grúa. Grúa para montaje aerogeneradores.
· Máquina compactadora.
· Autohormigonera.
· Martillo rompedor - retro.
· Compresores de diferentes presiones.
· Maquinaria de tendido de cables y rodillos.
· Herramientas manuales para ejecución de empalmes y terminaciones.
· Cubas de agua.
· Compactador vibrador para los hormigones.
· Planchas metálicas, etc.
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PARTE III: Presupuesto
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Presupuesto
En este capítulo se pretende hacer el cálculo del presupuesto necesario para llevar a
cabo la construcción de la parte de la torre que nos ocupa en este proyecto, es decir, los
65 metros inferiores del aerogenerador. Se estimarán también los costes de instalación y
de preparación del terreno necesaria para la implantación del aerogenerador marino. Los
costes unitarios han sido obtenidos de diversas bases de costes, tanto públicas como
privadas (ver referencias [35], [36], [38], [39], [40], [41], y [42] de la Bibliografía).
Primero se ha realizado el análisis de los costes de la fabricación y construcción de la
torre mediante las fuentes ya citadas, y posteriormente, dado que la instalación del
aerogenerador offshore en el mar no es objetivo de este proyecto, se ha realizado una
comparación de esos costes con los de cimentaciones actuales basándose en proyectos
recientes y públicos en internet. Así, conseguimos la comparación de la parte que se
ocupa este proyecto que se necesita para poder dar una conclusión acerca de si este tipo
de cimentación es mejor económicamente, hablando de la infraestructura y parte
mecánica, únicamente.
Como se puede ver en el siguiente gráfico, los costes de cimentación disminuyen un
33% cuando la potencia del aerogenerador aumenta en 1 MW, por lo que en el caso del
aerogenerador propuesto, los costes totales también serían menores (en torno a un 15%).
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El presupuesto obtenido para nuestra infraestructura es el siguiente:
Materiales de construcción de la torre
Concepto
Refuerzos de
acero
16,99€/h∙kg
Acero B 500 S
Alambre de atar para cercos
0,34
€/kg acero
0,81€/kg
1,08
0,87
€/kg acero
1,23€/kg
0,005
0,01
€/kg acero
Costes directos
Σ(costes i)
1,22
€/kg acero
13% Costes directos
1,3786
€/kg acero
232674
kg acero
Hormigón fluido
Grua hormigonar
7850 kg/m
87,94€/m
3
29,64 m
3
3
55,84€/hm
3
0,150h
Costes directos
Σ(costes i)
Costes indirectos
13% Costes directos
TOTAL CONSTRUCCION
87,94
€/m hormigon
8,376
€/m3 hormigon
96,316
€/m3 hormigon
108,83708
€/m3 hormigon
402,7609 m hormigón
2
Encofrado
37,40€/m
Cables de acero
1,82€/kg
320.764,38 €
3
3
Volumen hormigón
Cables de acero
Unidades
0,02h
Costes indirectos
Masa de acero
Hormigón y
encofrado
Precio unitario Factor Volumen/peso Precio total/ud de masa o volumen
Oficial de primera ferrallista
38,013 m x 65 m
43.835,32 €
92.409,60 €
4.730,00 €
461.739,30 €
Y el presupuesto conseguido de una aerogenerador de las características del estudiado
en este proyecto, pero con un tipo de cimentación convencional (tripilote), por medio de
las fuentes indicadas en la bibliografía, que provienen de las conferencias “Advance in
Wind Turbines and components testing”, oscilan entre valores de: 1.357.249€ 1.750.000 €. Se ha estimado el coste de construcción de los 50 metros inferiores como
un 40% de los de la estructura de 150 metros debido al mayor volumen de la primera.
Por lo tanto, podemos afirmar que según los estudios realizados, el modelo planteado de
infraestructura y cimentación reduce los costes entorno a un 50%, teniendo en cuenta las
posibles variaciones de características del aerogenerador comparado, como por ejemplo
la potencia de éste, que es de 4 MW en vez de 5 MW como el de estudio.
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PARTE IV: Planos
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