Desarrollo y validación de nueva metodología de prediseño de cimentaciones de gravedad para aerogeneradores offshore
- Autores: Marina Llama Vélez
- Directores de la Tesis: Francisco Ballester (dir. tes.), Jokin Rico Arenal (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Development and validation of new methodology for pre-designing gravity based foundations for offshore wind turbines
- Tribunal Calificador de la Tesis: Iñigo J. Losada (presid.), María Inmaculada Gallego Giner (secret.), María del Carmen Rubio Gámez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Civil por la Universidad de Cantabria
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: UCrea
- Resumen
- español
Debido a la reducida experiencia existente en el diseño e instalación de cimentaciones de gravedad (también conocidas como GBF), se cuenta con pocos ejemplos y lecciones aprendidas que sirvan de base para analizar la viabilidad de estas estructuras como cimentaciones en proyectos eólicos offshore. La implantación de un parque eólico offshore es una tarea con largo periodo de maduración, en la que es necesario contar con una solución preliminar que permita realizar estudios de viabilidad suficientemente detallados, partiendo de información limitada.
Tras la revisión de la normativa y directrices que se aplican a tal efecto, se llega a la conclusión de que los procedimientos actuales no son óptimos para la determinación del prediseño de este tipo de estructuras. Éstos requieren un nivel de detalle de la información metoceánica y geotécnica que habitualmente no está disponible en las etapas iniciales del proyecto. Además, la verificación estructural de una geometría determinada requiere de largos procesos para la determinación de cargas y análisis de numerosas combinaciones de éstas mediante métodos de elementos finitos, lo que imposibilita el análisis simultáneo de varias geometrías para la identificación de la opción más adecuada. Además, el desarrollo de un prediseño requiere aunar conocimientos expertos de diferentes áreas, como la geotecnia, la ingeniería náutica, la ingeniería de la construcción o el cálculo estructural.
En este contexto, se desarrolla una metodología que sintetice y simplifique los conocimientos requeridos de cada una de las áreas, ofreciendo un enfoque integral y ordenado del proceso de prediseño. Para ello, se desarrolla un trabajo de identificación de los aspectos de mayor impacto en la realización del prediseño, y basándose en dichos aspectos se propone un procedimiento para la obtención de cargas y verificación de requerimientos. La formulación para obtención de cargas hidrodinámicas es verificada mediante ensayos físicos y simulaciones numéricas.
Para la selección de alternativas de estudio, se analizan diferentes metodologías de análisis multicriterio, optándose por el Proceso Analítico Jerárquico (AHP) junto con el método TOPSIS. Se identifican los procedimientos para realizar un análisis estructural que permita verificar la idoneidad de la estructura durante todas las fases de construcción, instalación y operación, proponiéndose un número limitado de combinaciones de carga que permitan verificar los estados límites últimos y el análisis modal del conjunto.
La Tesis recoge, además de la metodología, la aplicación de ésta a un caso de estudio. Se proporcionan valores de referencia y lecciones aprendidas durante el proceso de prediseño, que culmina en la obtención de una solución satisfactoria que verifica los requisitos establecidos, por lo que se concluye que la metodología se ha validado. Gracias al estudio realizado se conoce que dicha solución cuenta con aspectos de altura inventiva e innovación suficientes para solicitar una patente, por lo que se procede a solicitarla, siendo esta favorable.
- English
Due to the limited experience in the design and installation of gravity based foundations (also known as GBF), there are few examples and lessons learned to serve as a basis for analysing the viability of these structures as foundations in offshore wind projects. The implementation of an offshore wind farm is a task with a long maturation period, in which it is necessary to have a preliminary solution that allows carrying out sufficiently detailed feasibility studies, starting from limited information.
After reviewing the regulations and guidelines applied to this effect, it is concluded that the current procedures are not optimal for determining the pre-design of this type of structures. These require a level of detail of geotechnical and metoceanic information that is usually not available in the initial stages of the project. In addition, the structural verification of a given geometry requires long processes for the determination of loads and analysis of numerous combinations of these by means of finite element methods, which makes it impossible to simultaneously analyse several geometries to identify the most suitable option. In addition, the development of a pre-design requires combining expert knowledge from different areas, such as geotechnics, nautical engineering, construction engineering or structural calculation.
In this context, a methodology is developed that synthesizes and simplifies the required knowledge of each of the areas, offering an integral and orderly approach to the pre-design process. To achieve this, a work of identification of the aspects of greater impact in the realization of the predesign is developed and based on these aspects a procedure is proposed for the obtaining of loads and verification of requirements. The formulation to obtain hydrodynamic loads is verified by means of physical tests and numerical simulations.
For the selection of study alternatives, different multi-criteria analysis methodologies are analysed, opting for the Analytic Hierarchy Process (AHP) together with the TOPSIS method. The procedures for carrying out a structural analysis are identified to verify the suitability of the structure during all the phases of construction, installation and operation, proposing a limited number of load combinations that allow the ultimate limit states and the modal analysis of the whole to be verified.
The Thesis includes, in addition to the methodology, its application to a case study. Reference values and lessons learned during the pre-design process are provided, which culminates in the obtaining of a satisfactory solution that verifies the established requirements, for which reason it is concluded that the methodology has been validated. Thanks to the study carried out, it is known that this solution has aspects of sufficient inventive height and innovation to apply for a patent.
- español
