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ES2595231T3 - Método de construcción de torre híbrida para un generador eólico - Google Patents

Método de construcción de torre híbrida para un generador eólico Download PDF

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ES2595231T3
ES2595231T3 ES10305351.8T ES10305351T ES2595231T3 ES 2595231 T3 ES2595231 T3 ES 2595231T3 ES 10305351 T ES10305351 T ES 10305351T ES 2595231 T3 ES2595231 T3 ES 2595231T3
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ES
Spain
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concrete structure
metal mast
mast
segment
concrete
Prior art date
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Application number
ES10305351.8T
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English (en)
Inventor
Alain Huynh Tuong
Benoît Melen
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Soletanche Freyssinet SA
Original Assignee
Soletanche Freyssinet SA
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Publication date
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Abstract

Un método de construcción de una torre híbrida (1), que comprende: - montar un mástil metálico (4) conectado a una cimentación (11); - construir una estructura de hormigón (3) que tenga una pluralidad de segmentos de hormigón (6) superpuestos alrededor del mástil metálico mediante el uso del mástil metálico como un soporte; - desconectar el mástil metálico de la cimentación; - elevar el mástil metálico por medios telescópicos y guiado del mástil metálico a lo largo de la estructura de hormigón; y - conectar el mástil metálico elevado a la estructura de hormigón. en el que la construcción de la estructura de hormigón comprende: a) instalar al menos un primer segmento (6) de la estructura de hormigón (3); b) elevar el segmento o segmentos instalados de la estructura de hormigón a lo largo del mástil metálico (4) mediante el guiado de los segmentos elevados (6) de la estructura de hormigón (3) usando el mástil metálico (4), de modo que se libere un espacio que tenga una altura suficiente para recibir un siguiente segmento de la estructura de hormigón; c) instalar el siguiente segmento de la estructura de hormigón en dicho espacio; y d) repetir las etapas b) y c) hasta que se haya instalado un último segmento de la estructura de hormigón en una parte inferior de la estructura de hormigón.

Description

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DESCRIPCION
Metodo de construccion de torre hforida para un generador eolico Sector de la tecnica
La presente invencion se refiere a la construccion de torres hforidas que tengan una parte inferior hecha de hormigon y una parte superior hecha de metal.
Estado de la tecnica
Tfpicamente, dicha torre se usa para soportar la gondola de un generador eolico terrestre de gran potencia (por ejemplo 3 MW o mas) en alto por encima del nivel del suelo (por ejemplo aproximadamente 140 m).
Cuando se incrementa la altura de una torre de generador eolico, el coste de los mastiles de acero cilmdricos convencionales se hace excesivo. Para eludir la limitacion tecnologica de los mastiles metalicos cilmdricos, algunos fabricantes han desarrollado torres hechas de entramados de acero (o armaduras). Sin embargo, dichas torres tienen una pobre estetica.
Otros fabricantes hacen la torre con hormigon fraguado en el sitio sobre al menos parte de la altura de la torre, usando encofrados ascendentes o deslizantes. Esta clase de metodo de construccion es sensible a las condiciones de temperatura que pueden experimentarse en el sitio, ralentizando o impidiendo el fraguado del hormigon, y tambien a las condiciones del viento dado que las armaduras de hormigon deben montarse con una alta grua. Dicho metodo de construccion se convierte en muy caro para torres muy altas.
Algunas torres de generador eolico se hacen en toda su altura de elementos de hormigon prefabricados. Los elementos se elevan usando una alta grua. Pueden montarse en segmentos angulares sobre el terreno, siendo la grua suficientemente potente para elevar todo el segmento, o directamente en su posicion elevada. Un inconveniente de dicha tecnica es la sensibilidad al viento y las limitaciones normativas asociadas, provocando un fuerte impacto sobre los retrasos de la construccion. Otra limitacion es la disponibilidad de gruas de suficiente potencia y altura, que deben reservarse con meses de adelanto.
Se han propuesto tambien algunas tecnicas telescopicas para construir las plantas de generadores eolicos. Por ejemplo, el documento DE10111280 divulga una planta de generacion eolica que tiene segmentos de mastil elevados mediante un dispositivo de elevacion para insertar nuevos elementos desde la parte inferior. El documento JP 1 190883 divulga un metodo de elevacion de una torre de hierro en la parte superior de un edificio alto usando gatos y un peso de equilibrio fijado en la parte inferior de la torre de hierro.
Otro dispositivo de elevacion para el montaje de una turbina eolica se divulga en el documento WO 2007/125138 A1.
Este documento divulga una torre hfbrida con una parte inferior prefabricada preferentemente en hormigon reforzado, y una parte superior fabricada preferentemente en una pieza de acero.
El concepto de una torre hfbrida, hecha de hormigon en parte de la altura (por ejemplo 50 m o mas) y un mastil metalico en la parte superior de esta, hace posible aprovechar el proceso de hormigon industrial y evitar el requisito, para el contratista de obra civil, de manejar cargas pesadas usando gruas de alta capacidad. Dicha tecnologfa es compatible con la organizacion de proveedores de generadores eolicos que tienen sus propias gruas especiales para instalar sus gondolas. Sin embargo, dicha tecnologfa diffcilmente se ha implementado en la practica.
Existe la necesidad de un desarrollo adicional del concepto de torre hforida para hacerla mas practica.
Objeto de la invencion
Se propone un metodo de construccion de una torre hfbrida, que comprende:
- montar un mastil metalico conectado a una cimentacion;
- construir una estructura de hormigon que tenga una pluralidad de segmentos de hormigon superpuestos alrededor del mastil metalico mediante el uso del mastil metalico como un soporte;
- desconectar el mastil metalico de la cimentacion;
- elevar el mastil metalico por medios telescopicos y guiado del mastil metalico a lo largo de la estructura de hormigon; y
- conectar el mastil metalico elevado a la estructura de hormigon.
La etapa de construccion de la estructura de hormigon comprende:
a) instalar al menos un primer segmento de la estructura de hormigon;
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b) elevar el segmento o segmentos instalados de la estructura de hormigon a lo largo del mastil metalico mediante el guiado de los segmentos elevados de la estructura de hormigon a lo largo del mastil metalico usando dispositivos de apoyo adecuados, de modo que se libere un espacio que tenga una altura suficiente para recibir un siguiente segmento de la estructura de hormigon;
c) instalar el siguiente segmento de la estructura de hormigon en dicho espacio; y
d) repetir las etapas b) y c) hasta que se haya instalado un ultimo segmento de la estructura de hormigon en una parte inferior de la estructura de hormigon.
El mastil metalico se usa como un soporte cuando se construye la estructura de hormigon, y posteriormente la estructura de hormigon se usa como un soporte para elevar el mastil metalico. El metodo esta bien adaptado para la instalacion industrial de grandes granjas de molinos eolicos, con muchas etapas llevadas a cabo a nivel del suelo en donde las condiciones medioambientales se manejan o controlan mejor.
La estructura de hormigon se construye tipicamente mediante el montaje de elementos prefabricados, aunque pueden usarse tambien metodos de fraguado in situ para al menos parte de la altura de la estructura de hormigon.
En una realizacion, se conecta una estructura de guiado a una parte inferior del mastil metalico, teniendo la estructura de guiado una parte inferior provista con una parte de grna para cooperacion con la estructura de hormigon cuando se eleva el mastil metalico. La estructura de guiado puede conectarse de modo extrafble a la parte inferior del mastil metalico, y desconectarse despues de la etapa de elevacion del mastil metalico de modo que pueda ser reutilizada para la construccion de otra torre.
La estructura de guiado puede colocarse entre el mastil metalico y la cimentacion en la etapa de levantamiento del mastil metalico, y usarse como una estructura de soporte de elevacion en la etapa de construccion de la estructura de hormigon.
Otras caractensticas y ventajas del metodo y torre divulgados en el presente documento seran evidentes a partir de la descripcion a continuacion de realizaciones no limitativas, con referencia a los dibujos adjuntos.
Descripcion de las figuras
La figura 1 es una vista en perspectiva esquematica de una maquina eolica instalada sobre una parte superior de una torre hnbrida;
Las figuras 2-6 son diagramas que ilustran diferentes etapas de la construccion de la torre hnbrida en una realizacion de la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
Tal como se muestra en la figura 1, una torre hnbrida 1 para un generador eolico 2 tiene una estructura de hormigon 3 en la parte inferior y un mastil metalico 4 en la parte superior. La gondola 5 para el generador 2 se monta sobre la parte superior del mastil metalico 4. El mastil 4 puede hacerse de una o mas secciones de acero cilmdricas montadas mediante atornillado o soldadura.
En la realizacion ilustrada, la estructura de hormigon 3 incluye segmentos 6 superpuestos montados en el sitio a partir de elementos de hormigon prefabricados. La estructura de hormigon 3 tiene una forma generalmente conica que puede formarse con un angulo constante a lo largo de su altura. Es posible tambien tener una seccion de hormigon cilmdrica por encima de la forma conica si se desea tener una distancia constante entre la pared de la torre y las palas rotativas 7 del generador eolico 2. En el ejemplo representado en la figura 1, la forma conica tiene una base circular. Se apreciara que pueden usarse otras diversas formas, por ejemplo formas piramidales con un angulo constante, haciendo posible minimizar el numero de elementos de encofrado para moldear los elementos de hormigon.
Para construir la torre hnbrida, se instala primero una cimentacion (no mostrada en la figura 1) sobre el terreno. Puede ser una cimentacion profunda con barras que se extienden profundamente dentro del terreno, o una cimentacion superficial que tenga suficiente inercia y extension horizontal para estabilizar la torre. A continuacion se levanta el mastil de acero 4 y se conecta firmemente a la cimentacion en su base para usarse como una estructura de soporte cuando se construye la estructura de hormigon 3. Cuando se completa la estructura de hormigon, el mastil metalico se desconecta de la cimentacion y se eleva mediante un sistema telescopico y guiado a lo largo de la estructura de hormigon. Al final del recorrido de elevacion, el mastil de acero 4 se conecta a la parte superior de la estructura de hormigon 3.
La estructura 3 puede construirse mediante la elevacion de elementos de hormigon prefabricados usando una grua o un cabestrante montado en la parte superior del mastil 4 y uniendolos a la estructura que se esta construyendo. El mastil central 4 se usa como un soporte para elevacion y/o posicionamiento de los elementos, lo que es particularmente util cuando esta soplando el viento.
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En otra realizacion, de la que se ilustra un ejemplo en las figuras 2-5, la estructura de hormigon 3 se construye mediante el montaje de segmentos desde la parte superior a la inferior, desde abajo. Cada segmento 6 puede realizarse mediante el montaje de elementos de hormigon a nivel del suelo y uniendolos a lo largo de juntas verticales. La realizacion de los segmentos de hormigon a nivel del suelo es ventajosa dado que es relativamente facil controlar las condiciones medioambientales, si es necesario mediante el suministro de un recinto para proteger el area de trabajo del viento y para asegurar una temperatura adecuada.
Como se muestra en la figura 2, se coloca una estructura de soporte 10 entre el mastil metalico y la cimentacion 11 cuando se levanta el mastil metalico. En el ejemplo ilustrado, la estructura de soporte 10 tiene una plataforma horizontal 12 para el montaje de gatos usados en las etapas de elevacion, un bastidor inferior 13 entre la cimentacion 11 y la plataforma 12 y un bastidor superior 14 entre la plataforma 12 y la parte inferior del mastil 4. Los bastidores 13, 14 se hacen por ejemplo de un entramado (o armadura) de acero.
La figura 2 muestra el primer segmento 6 de la estructura de hormigon 3 que, cuando se acaba la construccion, se localizara en la parte superior de la estructura de hormigon 3. Este segmento 6 puede hacerse mediante el montaje de varios elementos de hormigon prefabricados puestos en su lugar usando carriles de grna dispuestos sobre el terreno, o mediante hormigon fraguado en un encofrado dispuesto por encima de la cimentacion 11 alrededor del bastidor inferior 13 de la estructura de soporte 10. Una vez se completa el primer segmento 6, se fijan soportes 16 a su cara interior cerca de la parte inferior del segmento. Cada soporte 16 tiene una superficie de estribo 17 horizontal para la recepcion del extremo inferior de un cable de elevacion 18. Se distribuyen un numero de soportes 16 (por ejemplo ocho) a lo largo de la circunferencia del segmento 6. Cada cable de elevacion 18, cuyo extremo inferior se apoya contra la superficie de estribo 17 de un soporte 16, se extiende mas alla de la plataforma 12 de la estructura de soporte 10 cuando es mantenido por un gato 19.
A partir de la posicion mostrada en la figura 2, se energizan los gatos 19 para tirar hacia arriba de los cables de elevacion 18, elevando asf el segmento 6 que se acaba de construir. El segmento 6 se mueve a la posicion mostrada en la parte superior de la figura 3 tal como se indica por las flechas A. La figura 3 muestra tambien elementos del grna 20 posicionados entre la cara interior del primer segmento 6 y la cara exterior del mastil de acero 4 cilmdrico. Estos elementos de grna 20 se fijan al segmento 6 y su extremo mas interior puede tener un rodillo para apoyar contra el mastil 4. Se distribuyen varios elementos de grna 20 a lo largo de la circunferencia del segmento 6 para guiar y estabilizar la estructura de hormigon 3 mientras se esta construyendo. Puede fijarse al interior del segmento 6 mediante un operario que permanece sobre la plataforma 12 una vez que el segmento 6 se ha elevado suficientemente. Alternativamente, sus posiciones angulares se desplazan con respecto a las de los gatos 19 y se fijan cuando el segmento 6 esta en la posicion inferior mostrada en la figura 2.
Con el primer segmento 6 en la posicion elevada mostrada en la figura 3, puede montarse el siguiente segmento 6 por debajo de el, por ejemplo llevando los elementos de hormigon tal como se ha indicado por las flechas B y uniendolos juntos. Cuando esta listo este siguiente segmento 6, los gatos 19 se liberan progresivamente para reposar suavemente el segmento previo 6 sobre su superficie superior tal como se ha indicado por las flechas C. Puede colocarse un adhesivo en la interfaz entre los dos segmentos adyacentes 6 para unirlos si es necesario.
En este punto, se controlan los gatos 19 para descender los cables de elevacion 18, se fijan soportes 16 a la cara interior del segmento 6 que se acaba de montar (posiblemente despues de haberse desmontado del segmento previo), y el extremo inferior de los cables de elevacion 18 se aplica respectivamente contra las superficies de estribo 17 de los soportes 16. Entonces los gatos 19 se energizan de nuevo para elevar los dos segmentos 6 montados tal como se ha indicado por las flechas D en la figura 4. Durante esta operacion de elevacion, la estructura de hormigon 3 se grna adecuadamente a lo largo del mastil 4 por medio de los elementos de grna 20.
La secuencia de operaciones de las figuras 3-4 se repite a continuacion un numero de veces hasta que se han instalado todos los segmentos 6 de la estructura de hormigon 3. Opcionalmente, pueden instalarse elementos de grna adicionales tales como los 20 en uno o mas de los segmentos 6 para mejorar adicionalmente la estabilidad de la estructura de hormigon 3.
Despues de que el ultimo segmento 6 (el de la parte inferior de la torre) este en su lugar, pueden montarse los cables de pretension para rigidizar la estructura de hormigon 3, por ejemplo usando el proceso descrito en la solicitud de patente n.° EP 09306323.8 presentada el 23 de diciembre de 2009.
Se eleva a continuacion el mastil le de acero. De nuevo, esta elevacion puede realizarse usando la plataforma 12 de la estructura de soporte 10 y gatos con cables. Se realiza despues de desconectar el bastidor inferior 13 de la estructura de soporte 10 de la cimentacion 11.
En la realizacion ilustrada por la figura 5, se coloca una placa 25 con forma de anillo en la parte superior de la estructura de hormigon 3. La placa 25 tiene un orificio central para dejar paso para el mastil de acero 4 cuando se eleva y aberturas regularmente distribuidas a lo largo de su periferia, pero en el interior de la pared de la estructura de hormigon, para mantener los extremos superiores de los largos cables 28 de elevacion (aproximadamente tan
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Durante la elevacion del mastil de acero 4, la estructura de hormigon 3 que se ha construido previamente y, si es necesario, pretensado se usa como un soporte para guiar y estabilizar el mastil 4. Los elementos de grna 20 localizados cerca del extremo superior de la estructura de hormigon 3 (figuras 2-3) pueden participar de nuevo en el guiado de la estructura de hormigon 3 a lo largo del mastil de acero 4, asf como cualesquiera elementos de grna adicionales que puedan haberse fijado a la cara interior de los segmentos de hormigon 6 durante su levantamiento.
En relacion a esta funcion de guiado de la estructura de hormigon 3, la fase cntica es claramente la fase final en la que el mastil 4 alcanza su posicion final por encima de la estructura de hormigon 3. La eficiencia del guiado es proporcional a la distancia vertical entre los puntos de apoyo mas superior y mas inferior, y esa distancia es minima durante la fase final en la que, adicionalmente, los efectos del viento son maximos.
Para aumentar la funcion de guiado, la distancia vertical anteriormente mencionada se incrementa mediante el uso de elementos de grna 30 adicionales fijados a la parte inferior del bastidor inferior 13 de la estructura de soporte 10. Dichos elementos de grna 30 se distribuyen alrededor de la periferia del bastidor inferior 13 en una disposicion de estrella. Cada uno de ellos tiene un brazo fijo 31 fijado al bastidor inferior 13, un brazo movil 32 que puede deslizarse radialmente en el extremo del brazo fijo 31 remoto respecto al bastidor inferior 13, un rodillo 33 montado de modo pivotante alrededor de un eje horizontal en el extremo del brazo movil 32 y un accionador (no mostrado) para controlar la extension radial del brazo movil 32.
Los elementos de grna 30 se fijan a la estructura de soporte 10 antes de la activacion de los gatos 29 para elevar el mastil 4. En ese momento, los brazos moviles 32 se extienden hacia el exterior para ser aplicados contra la pared interior de la estructura de hormigon 3. Cuando se eleva al mastil, se ajusta la posicion de los brazos moviles 32 por medio de accionadores para retraerlos progresivamente cuando se reduce la seccion transversal de la estructura de hormigon 3 enfrente de los elementos de grna 30.
La gondola 5 del generador eolico 2 puede instalarse sobre la parte superior del mastil 4 despues de la operacion telescopica. Alternativamente, se instala antes de la extension del mastil o una vez que se ha extendido parcialmente. En este caso, se prefiere que el centro de gravedad de la gondola este alineado sobre o proximo al eje central de la torre.
La figura 6 ilustra la posicion del mastil 4 y la estructura de soporte 10 al final de la operacion de elevacion. La parte de la izquierda de la figura muestra una posicion angular en la que hay un elemento de grna 20 mientras la parte derecha muestra una posicion angular en la que hay un cable de elevacion 28 y el gato asociado 29. Se ve que la distancia vertical H entre los elementos de grna 20 cerca de la parte superior de la estructura de hormigon 3 y los elementos de grna 30 en la parte inferior de la estructura de soporte 10 es, significativamente, mucho mayor que la h entre los elementos de grna 20 y la parte inferior del mastil. La estructura 10 se disena asf como una estructura de guiado que contribuye a estabilizacion del mastil 4 antes de su conexion final a la estructura de hormigon 3. Ventajosamente, esta estructura de guiado 10 se usa tambien como una estructura de soporte de elevacion en la etapa de construccion de la estructura de hormigon 3 tal como se ha explicado con referencia a las figuras 2-4.
Pueden considerarse disposiciones de la estructura de guiado/soporte 10 distintas a las ilustradas en las figuras 2-6. En una de dichas disposiciones, la estructura 10 tiene una segunda plataforma, movil, conectada a la plataforma fija 12 por los cables de elevacion 18 y con capacidad de deslizamiento a lo largo de carriles verticales. La plataforma movil se aplica contra la parte inferior de los segmentos 6 para elevarlos desde la parte inferior cuando se monta la estructura de hormigon 3. Sus bordes laterales se encajan con los elementos de grna 30 para usarse en la etapa de elevacion del mastil de acero 4.
Pueden usarse varios medios, solos o en combinacion, para conectar el mastil 4 a la estructura de hormigon 3. Por ejemplo, pueden insertarse vigas de acero horizontalmente en la zona en donde la parte inferior del mastil 4 solapa a la parte superior de la estructura de hormigon 3. Es posible tambien proporcionar primeras armaduras sobre el mastil de acero 4, que se proyectan hacia el exterior en la parte inferior del mastil metalico, y segundas armaduras sobre la estructura de hormigon 3, que se proyectan hacia el interior desde el segmento mas superior 6, y conectar el mastil metalico elevado a la estructura de hormigon mediante vertido de cemento o mortero en el intervalo en donde la primera y segunda armaduras se extienden y solapan.
Posteriormente, una vez se conecta el mastil 4 a la estructura de hormigon 3, puede desconectarse la estructura de guiado 10 desde la parte inferior del mastil metalico 4, y llevarse abajo al nivel de la cimentacion usando los cables 28 y los gatos 29. La estructura de guiado/soporte 10 puede desmontarse entonces y llevarse fuera de la torre para reutilizarse en la construccion de otra torre similar.
Se apreciara que la realizacion descrita anteriormente es una ilustracion de la invencion divulgada en el presente
documento y que pueden realizarse varias modificaciones sin apartarse del alcance tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, es posible montar un numero de elementos de la estructura de hormigon usando una grua previamente a la instalacion de elementos adicionales con un metodo tal como se ha descrito con referencia a las figuras 2-4.
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Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo de construccion de una torre hnbrida (1), que comprende:
    - montar un mastil metalico (4) conectado a una cimentacion (11);
    - construir una estructura de hormigon (3) que tenga una pluralidad de segmentos de hormigon (6) superpuestos alrededor del mastil metalico mediante el uso del mastil metalico como un soporte;
    - desconectar el mastil metalico de la cimentacion;
    - elevar el mastil metalico por medios telescopicos y guiado del mastil metalico a lo largo de la estructura de hormigon; y
    - conectar el mastil metalico elevado a la estructura de hormigon. en el que la construccion de la estructura de hormigon comprende:
    a) instalar al menos un primer segmento (6) de la estructura de hormigon (3);
    b) elevar el segmento o segmentos instalados de la estructura de hormigon a lo largo del mastil metalico (4) mediante el guiado de los segmentos elevados (6) de la estructura de hormigon (3) usando el mastil metalico (4), de modo que se libere un espacio que tenga una altura suficiente para recibir un siguiente segmento de la estructura de hormigon;
    c) instalar el siguiente segmento de la estructura de hormigon en dicho espacio; y
    d) repetir las etapas b) y c) hasta que se haya instalado un ultimo segmento de la estructura de hormigon en una parte inferior de la estructura de hormigon.
  2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la estructura de hormigon (3) se construye mediante el montaje de elementos prefabricados.
  3. 3. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente el montaje de una gondola (5) de generador eolico en una parte superior del mastil metalico (4).
  4. 4. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se conecta una estructura de guiado (10) a una parte inferior del mastil metalico (4), y en el que la estructura de guiado tiene una parte inferior provista con una parte de grna (30) para cooperacion con la estructura de hormigon (3) cuando se eleva el mastil metalico.
  5. 5. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que la estructura de guiado (10) se desconecta de la parte inferior del mastil metalico (4) despues de la etapa de elevacion del mastil metalico.
  6. 6. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 4 o 5, en el que la estructura de guiado (10) se coloca entre el mastil metalico (4) y la cimentacion (11) en la etapa de levantamiento del mastil metalico, y en el que la estructura de guiado se usa como una estructura de soporte de elevacion en la etapa de construccion de la estructura de hormigon (3).
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