CAPÍTULO 2 2. DEFINICIÓN DEL SILO ANALIZADO DISEÑO DE UN SILO CONFORME AL EUROCÓDIGO CAPÍTULO 2: DEFINICIÓN DEL SILO ANALIZADO. 2.1.

Transcripción

1 CAPÍTULO 2 2. DEFINICIÓN DEL SILO ANALIZADO 2.1. Introducción En este capítulo se va a presentar brevemente el silo objeto de análisis en este proyecto. Se establecerán las propiedades de los materiales, tanto de la estructura del silo, como del material almacenado. Además se definirán las diferentes configuraciones geométricas que se han analizado. Hay que recordar que el silo que se analiza en este proyecto es un silo real que se proyectó con una configuración inicial y que debido a problemas de abolladura (pandeo local) ha sufrido cambios en su configuración en forma de la adición de rigidizadores verticales. En el presente proyecto se analizan todas estas configuraciones y de ahí que deban ser presentadas tres configuraciones geométricas del silo en este capítulo. E.T.S. INGENIEROS, UNIVERSIDAD DE SEVILLA 16

2 2.2. Definición geométrica Como se ha indicado anteriormente se han analizado tres configuraciones diferentes en el silo, que difieren entre sí en la inclusión, o no, de rigidizadores verticales, y en la longitud de los mismos. La estructura laminar de chapa y el rigidizador horizontal en anillo en la parte superior es común a todas ellas, ya que estaban presentes en el proyecto inicial Configuración inicial 1 a. Descripción El silo está compuesto por una pared vertical de chapa cilíndrica de 30 m de altura formada por 10 virolas de altura constante igual a 3 m. La pared vertical constituye un cilindro de 30 m de altura y 30 m de diámetro que forma el cuerpo principal del silo, donde se almacena el material, que en este caso es clinker de cemento. Las virolas son de espesor variable yendo desde los 20 mm de espesor máximo en la virola inferior a los 8 mm de espesor mínimo en las tres virolas superiores. Las virolas están soldadas unas a otras dejando la pared exterior de aspecto liso, por lo que el desfase en las uniones entre virolas de diferente espesor queda en el interior del silo. La pared vertical está empotrada en el terreno en su base a través de la primera virola y está zunchada horizontalmente en su extremo superior mediante un rigidizador en anillo materializado en un perfil UPN-300 que se encuentra soldado a la virola superior a través de sus alas. Encima de la pared vertical del silo está la cubierta transitable que se ejecuta mediante una chapa de acero lisa de 5 mm de espesor que reposa sobre 16 vigas radiales IPE-270 unidas por 128 correas IPE-160. Esta cubierta transitable está bordeada por una barandilla de 1,85 m de altura que discurre por el perímetro exterior de la cubierta y descansa sobre el rigidizador UPN-300 antes mencionado. La cubierta está en pendiente y va desde los 30 m de altura en los que concluye la pared vertical hasta una 1 En el anexo I pueden verse algunos planos esquemáticos de esta configuración inicial E.T.S. INGENIEROS, UNIVERSIDAD DE SEVILLA 17

3 plataforma circular de 7,20 m de diámetro por cuyo centro pasa el eje del silo, que se encuentra a 36,60 m de altura. La plataforma situada a 36,60 m de altura se compone de una chapa de acero estriada 5/7 que descansa sobre 4 vigas IPE-270 que están soldadas a la corona perimetral de la plataforma formada por dos perfiles UPN-280 unidos formando un perfil hueco rectangular. Estas vigas se unen mediante correas IPN-140 que son transversales al eje de las vigas. La citada plataforma sirve de base de un casetón octogonal cerrado por 8 entramados de barras revestidos de chapa estriada. Este casetón sirve para la operación de llenado del silo, donde llega el clinker para almacenar con ayuda de un dispositivo elevador adosado al silo. La cubierta de este casetón también se compone de una chapa de acero estriada apoyada sobre otro entramado de barras. El casetón se eleva hasta una altura total sobre el suelo, en su cumbrera de 47,30 m. La tolva de descarga no se ve desde el exterior debido a que se encuentra por debajo de la cota del terreno y tras las paredes verticales, que como se ha comentado anteriormente llegan en su virola inferior a empotrarse en el terreno. Aún así al ser el ángulo de inclinación de las paredes de esta tolva inferior a los 20º recogidos en el eurocódigo 1 parte 4 como límite para la consideración de silos de fondo plano nuestro silo será considerado como tal a todos los efectos. La cimentación del silo es una cimentación mixta, ya que se compone de una zapata corrida de hormigón armado que sirve como encepado de los pilotes de hormigón prefabricados (de hinca), a la que se une la virola inferior bajo las paredes verticales y una losa de hormigón armado bajo el foso de descarga y bajo el pozo elevador. b. Magnitudes relevantes Una vez descrita a grandes rasgos la tipología de la configuración inicial conviene anotar las dimensiones características a recordar. Además en la tabla 2.1 se detallan los espesores de chapa de acero por virola, numeradas del 1 al 10 ascendentemente desde la virola inferior. E.T.S. INGENIEROS, UNIVERSIDAD DE SEVILLA 18

4 - Radio del cuerpo principal del cilindro (r) = 15 m - Altura de cada una de las virolas (h vir ) = 3 m - Número de virolas que componen las paredes verticales (n) = 10 - Altura total de las paredes verticales (cuerpo principal) (h) = 30 m - Altura a la que se encuentra la plataforma = 36,60 m - Altura máxima de la estructura = 47,30 m Nº de virola Espesor, t en mm Tabla 2.1: Espesores por virolas Configuración 2: Rigidizadores verticales en las 4 virolas superiores Al tiempo de estar en operación el silo con la configuración inicial ya presentada, se detectaron problemas de abolladura en las virolas superiores de la pared vertical del cuerpo principal del silo. Una primera solución a este problema consistió en rigidizar esta zona con rigidizadores. Para ello se soldaron 48 rigidizadores espaciados de forma equidistante (uno cada 7,5º de sección circular) con una longitud cada uno de ellos de 12 m, es decir, ocupando las 4 virolas superiores. Los rigidizadores consisten en medios perfiles IPE-330 (en forma de T) que se sueldan a las virolas por el sitio del alma de los perfiles por donde han sido cortados. podría decir: Por lo demás esta configuración no difiere en nada de la inicial. Por lo que se Configuración 2 = Configuración inicial + 48 rigidizadores verticales (medios perfiles IPE-330) soldados en las 4 virolas superiores Configuración 3: Rigidizadores verticales hasta abajo Una vez subsanado el problema inicial mediante la añadidura de los rigidizadores verticales antes mencionados, al poco tiempo apareció de nuevo un problema de abolladura de la chapa cilíndrica de las paredes verticales, sólo que esta vez el problema E.T.S. INGENIEROS, UNIVERSIDAD DE SEVILLA 19

5 de pandeo local se localizó en la virola inmediatamente inferior a la virola de menos altura de las rigidizadas (siguiendo la numeración antes expuesta, en la virola 6). La solución por la que se optó esta vez, y que es la definitiva, consistió en la prolongación de los medios perfiles IPE-330 soldados a la chapa actuando como rigidizadores verticales, hasta la base del silo, con lo que se tienen 48 medios perfiles IPE-330 de 28,7 m de longitud (de la base del silo hasta el rigidizador UPN-300 en anillo) soldados a la pared vertical del silo. Otra vez el resto permanece igual, pudiendo decirse a modo de resumen: Configuración 3 = Configuración inicial + 48 rigidizadores verticales (medios perfiles IPE- 330) soldados en toda la extensión de la pared vertical del silo 2.3. Definición del material estructural del silo El material usado en la construcción de las virolas de chapa metálica que componen el silo es acero CORTEN S-360 con las siguientes propiedades: - Módulo de Young o de elasticidad (E) = MPa - Módulo de elasticidad transversal (G) = MPa - Módulo de elasticidad tangente (E t ) = 210 MPa - Coeficiente de Poisson (ν) = Coeficiente de dilatación térmica (α t ) = 12e-6 m/mºc - Densidad (ρ) = 7850 kg/m 3 - Límite elástico (f yk ) = 3600 kg/cm 2 = 353,16 MPa El hecho de que sea acero CORTEN indica una composición especial con un alto contenido de cobre, cromo y níquel. Esta composición consigue que la capa de óxido superficial tenga unas características especiales que, en condiciones normales, interrumpen el proceso de corrosión debido a agresiones atmosféricas (esto justificará que más tarde en los cálculos se tome un espesor de corrosión, t corr = 0). E.T.S. INGENIEROS, UNIVERSIDAD DE SEVILLA 20

6 El material que se usa en los perfiles laminados que se añaden a la estructura inicial como rigidizadores es también acero de las mismas características. siguientes: Las principales características mecánicas de estos perfiles laminados son las Perfiles IPE-330 h = 330 r = 18 b = 160 h1 = 271 Dimensiones en mm e = 7,5 W = 85 e1 = 11,5 a = 25 A cm I cm 2 4 = 62, 6 x = t =26,5 y =788 I cm I cm Propiedades mecánicas Perfiles UPN-300 h e r m = = = 16 = 54,1 = = 8 = 27 = 10 1 = 232 = 25 b r c e h a Dimensiones en mm A cm I cm 2 4 = 58,8 x = t =40,6 y =495 I cm I cm Propiedades mecánicas E.T.S. INGENIEROS, UNIVERSIDAD DE SEVILLA 21

7 2.4. Fotos del silo en su configuración 2 A continuación se muestran algunas fotos del silo analizado: Panorámica del silo Detalle de pandeo local desde abajo Vista lateral, se aprecia la zona abollada originalmente Detalle de unión entre virolas soldadas E.T.S. INGENIEROS, UNIVERSIDAD DE SEVILLA 22