Mejor en concreto

De concreto y
aerogeneradores

Cada vez es más urgente hacer obras sustentables que respeten el entorno y que usen sistemas constructivos que no vulneren la integridad del planeta.

Es en el contexto de la sustentabilidad que aparece la energía eólica, una aplicación que se ha hecho popular en los últimos tiempos y que, en la actualidad, está orientada también a instalaciones en ambientes marinos. Cierto, los costos de una estructura ubicada mar adentro son superiores a los de una en tierra; pero su vida útil también, lo que se debe, entre otras cosas, al uso del concreto en las cimentaciones donde estarán los aerogeneradores de energía.

Un viajero en Europa encontrará un gran número de aspas en movimiento encargadas de producir miles de kilovatios al día. Colocar estos “pájaros tecnológicos” es benéfico, toda vez que el viento convive con una superficie variable, (las olas) y sin barreras (como islas o islotes), lo cual asegura que la velocidad de este elemento sea uniforme. Además, en el mar el viento es menos turbulento que el que se produce en el ámbito terrestre, lo que aumenta el periodo de trabajo útil de un aerogenerador.

Este tipo de emplazamientos –conocidos como Parques Offshore– están en aguas poco profundas, alejadas de las rutas marítimas comerciales, de las instalaciones militares y de los espacios de interés natural o animal. La distancia que deben tener los artefactos en relación a la costa debe ser al menos de dos kilómetros, pues así se aprovecha mejor el régimen de vientos.

Las ventajas del concreto

El ing. Íñigo J. Losada, especialista del Instituto de Hidráulica Ambiental de la Universidad de Cantabria (Santander, España) expresa a CyT que este tipo de construcciones se pueden realizar con cimentaciones tipo monopilote, de tres componentes:

• Un pilote de acero, de entre 3,5 y 5 m de diámetro, clavado en el suelo marino mediante una perforación de hasta 30 m de profundidad.
• Una pieza de transición, asentada en el extremo superior del pilote de acero que sirve de sujeción a la torre.
• Una plataforma de atraque para el acceso a la torre.

Este método se aplica para profundidades de entre 10 y 25 m. Los monopilotes requieren una preparación mínima del fondo marino y resisten la erosión. También existen las cimentaciones por gravedad, Gravity Base Structures (GBS), que son grandes cimentaciones de concreto o acero que aseguran las turbinas al fondo marino por su propio peso. Tienen un diámetro de entre 12 y 15 metros y un peso de entre 500 y mil toneladas. Su instalación requiere una preparación previa del suelo marino y un barco especial para su transporte. Las GBS se emplean en aguas costeras. Su costo es inferior al de los monopilotes, aunque el precio se eleva cuando la profundidad es mayor a 10 m. Losada explica que hay una modalidad más, conocida como cimentaciones en trípode, para usarse en aguas de 30 m o mayor profundidad (hasta 40 m). En este caso, un trípode se ancla al fondo marino mediante pilotes de acero.

La investigación y el concreto

Recientemente se dio a conocer un convenio de co-laboración entre la empresa española IBERDROLA –primer grupo energético de España– y la Fundación Leonardo Torres Quevedo de la Universidad de Cantabria, para desarrollar un proyecto de investigación para la optimización de cimentaciones de concreto armado de aerogeneradores offshore. La iniciativa pretende mejorar las cimentaciones de los parques eólicos marinos, que ayudarán a propiciar el progreso en la fiabilidad que al día de hoy ofrece esta tecnología, considerada como la segunda revolución de las energías recuperables. El proyecto abarca todo el proceso de instalación de estas plataformas: el diseño de un nuevo sistema de cimentación, el análisis de su proceso constructivo y la instalación final. Así, el sector de la energía eólica se está posicionando a la cabeza de las tecnologías renovables, apuntó el ing. Francisco Balles-ter, subdirector de Empresas y Relaciones Externas de la Escuela de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos, de la Universidad de Cantabria, quien señaló que “en el mar, los aerogeneradores deben ser más potentes y eficientes para ser económicamente rentables". El especialista, cabeza del grupo de investigación implicado en el proyecto, estableció que los parques eólicos construidos en el mar han sido comúnmente implantados por medio de monopilas; pero, a medida que la profundidad marina aumenta, estos elementos, que van desde los cimientos hasta la unión con el molino, se vuelven inadecuados. “Debemos desarrollar nuevos modelos para asegurar la viabilidad económica de las plataformas”, apuntó.

El nuevo tipo de cimentación que el grupo de Ballester desarrollará para Iberdrola tendrá en cuenta el peso y las cargas provenientes del aerogenerador, la tensión máxima admisible por el terreno, el diámetro con base en el fuste del molino y las cargas hidrodinámicas provenientes del mar. GITECO, por su parte, adaptará a las necesidades de la empresa un diseño de torre que tiene patentado, el policono, pensado para la construcción de estructuras verticales de concreto in situ. De acuerdo con Ballester "este tipo de estructura tiene dos ventajas respecto a la forma cónica tradicional: menor precio, debido al uso de un mismo tipo de cimbra que elimina una serie importante de costos fijos y a la reducción de los medios auxiliares necesarios para la construcción de dichas estructuras”. GITECO "estudiará el proceso constructivo y de instalación de los molinos a partir de los datos que proporcione Iberdrola, definiendo con ellos la mejor forma para superar los retos técnicos que se derivan del diseño de las nuevas cimentaciones".

De viva voz

Ballester comentó que “las cimentaciones (Gravity Base Foundations) utilizadas para los aerogeneradores eólicos marinos se basan en una estructura de concreto sumergida que resiste las cargas transmitidas tanto por el propio aerogenerador como por las acciones marinas (oleaje, corrientes, etc.) por su propio peso. “La energía eólica marina es algo que está en pleno desarrollo, sobre todo la orientada a aguas de profundidad media que es donde está el ámbito de aplicación de las cimentaciones de gravedad. La mayoría de los parques eólicos instalados están en zonas de poco calado y por ello su implantación se hace con monopilotes. No obstante, esta solución pierde competitividad a medida que la profundidad aumenta, debido al gran diámetro de pila necesario y a los posibles efectos de pandeo que aparecen. Nótese que las zonas en donde se plantea instalar las cimentaciones de gravedad pueden tener una profundidad en el rango de los 30 a los 60 metros. La alternativa frente a las cimentaciones de gravedad es la de las estructuras tipo jacket, compuestas por una celosía metálica apoyada en 4 pilas independientes en el caso que tenga una planta cuadrada.

Tradicionalmente, la corrosión es un dolor de cabeza para quienes planean y ejecutan obras en ambientes marinos. ¿Cómo evitar, entonces, que esta circunstancia afecte a las cimentaciones marinas? Dice Ballester:

“La propia naturaleza del concreto hace que los efectos de la corrosión y el ambiente marino sean inferiores a aquellas soluciones metálicas. No obstante, existen tipologías de concreto diseñadas para ambientes marinos, y en otro ámbito de cosas es sabido que los concretos de gran compacidad y bajo índice de poros ofrecen una mayor resistencia frente a los ambientes agresivos. Los concretos autocompactantes y los de Alta resistencia, son los más indicados por su mayor compacidad. Como última medida, en cualquier caso podría llegarse a la aplicación epóxicos que aíslen el concreto del entorno agresivo. Por su parte, “los costos de mantenimiento de la estructura son menores que en los casos metálicos, toda vez que el problema de la corrosión ha desaparecido. Las características técnicas del concreto varían de caso a caso; no obstante el concreto utilizado en alguna cimentación tiene una resistencia característica a compresión C45/55 para un entorno de tipo ES4 y una consistencia S3. La tipología de cemento utilizada era Cem III HSR 42.5 LA. Fueron usados 440 kg/m3 de cemento con una relación agua cemento de 0.36. Como he indicado, este es un caso particular y el cemento debe de estar adaptado a cada caso particular, haciendo un estudio adecuado del mismo y particularizándolo para la tipología del diseño”, señaló el experto, quien, en relación a la seguridad de este tipo de obras dijo: “En este campo no hay ningu-na particularidad que le diferencie de otro tipo de construcción en base concreto, la única reseña a hacer sería la de las limitaciones que posee la instalación de la estructura en cuanto a la ventana temporal en la que el estado marítimo tiene las características adecuadas para su correcto posicionamiento”.

Esta tecnología, la de cimentaciones de gravedad, se ha utilizado ya en varios parques eólicos del mundo. Son dignos de destacar el parque de Lillgrund, situado entre Dinamarca y Suecia, relató el ingeniero Ballester, quien se mostró satisfecho de que en la actualidad haya numerosos proyectos en curso en los que se aplicará esta tipología de cimentación.

Autor: Juan Fernando González G.

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