Diseño Estructural y Diseño de Uniones para 74 Silos de Material Reciclado bajo Cargas Extremas
En el núcleo del proyecto se encontraban 74 nuevos silos de materiales reciclables con alturas estructurales de hasta 35 m. La instalación se complementó con puentes de tuberías, plataformas de mantenimiento, pasarelas y torres de escaleras de emergencia. Con aproximadamente 800 t de acero instalado, el proyecto se convirtió en uno de los proyectos industriales más exigentes acometidos por la empresa. La combinación de cargas verticales elevadas, detalles de unión complejos y mayores requisitos sísmicos exigió una planificación digital precisa, así como verificaciones normativas estructurales transparentes y verificables.
Descripción del proyecto
La nueva instalación de silos fue concebida como componente central de la ampliación de la planta. Sirve para el almacenamiento de grandes cantidades de materiales reciclables destinados al procesamiento industrial. La instalación comprende varios grupos de silos de diferentes tamaños, interconectados mediante un complejo sistema de tuberías, pasarelas de mantenimiento y estructuras de acero.
El rango geométrico de los silos fue excepcional. Los diámetros oscilan entre 2,5 m y 4,5 m, y los volúmenes de almacenamiento varían entre 125 m³ y 400 m³. En condición de llenado, cada silo individual alcanza un peso operativo de hasta 350 t. Además, los puentes de tuberías, plataformas y sistemas de escaleras de emergencia debían integrarse en el sistema estructural global para garantizar una operación segura, así como el acceso de mantenimiento y las vías de evacuación a alturas de hasta 35 m.
Retos de ingeniería
Un reto fundamental surgió ya durante el diseño conceptual de las subestructuras de los silos. Los contenedores, con alturas de hasta 35 m, se apoyan sobre vigas anulares circulares, a través de las cuales las elevadas cargas verticales deben transmitirse de forma uniforme a la subestructura de acero. Incluso pequeñas desviaciones geométricas pueden provocar excentricidades no deseadas y tensiones adicionales en la envolvente del silo.
Para reducir estos riesgos, los componentes estructurales esenciales fueron preensamblados en los talleres de fabricación de Stahlbau Süssen. Este ajuste y control de calidad garantizó que las vigas anulares, los elementos de plataforma y los detalles de unión pudieran montarse en obra con gran precisión.
Una complejidad adicional derivó de la interacción de los distintos componentes estructurales. Las columnas principales, las vigas anulares, los sistemas de arriostramiento, los puentes de tuberías y las plataformas debían coordinarse dentro de un sistema estructural global tridimensional. Al mismo tiempo, debían considerarse acciones significativas debidas al peso propio, las cargas variables, las condiciones operativas y los efectos dinámicos.
Diseño sísmico bajo acciones elevadas
Un reto particular derivó de la ubicación del proyecto en Rheinfelden, en el Foso del Rin Superior. El emplazamiento se encuentra en una región con actividad sísmica elevada. En combinación con las considerables alturas estructurales y las grandes masas en movimiento, esto genera acciones horizontales significativas y, en consecuencia, esfuerzos internos elevados.
La estructura completa fue modelizada en Dlubal RSTAB. El modelo global detallado permitió la determinación precisa de las reacciones en los apoyos y los esfuerzos internos para el diseño posterior. Sin embargo, las uniones con cargas elevadas y las grandes uniones en la base requerían un análisis avanzado más allá de los métodos de verificación simplificados convencionales (Figuras 5a, 5b).
Los procedimientos de verificación convencionales habrían supuesto un considerable esfuerzo manual debido al gran número de uniones y a la complejidad de las combinaciones de carga. Al mismo tiempo, existía el riesgo de que hipótesis excesivamente simplificadas condujeran a estructuras innecesariamente pesadas.
Solución con IDEA StatiCa
Para la verificación de las uniones determinantes, el equipo utilizó IDEA StatiCa Connection en combinación con IDEA StatiCa Checkbot. Gracias a la interfaz directa con RSTAB, los esfuerzos internos calculados pudieron transferirse al diseño de las uniones sin pasos intermedios manuales.
Esto permitió un flujo de trabajo digital continuo entre el modelo estructural global y el diseño detallado. Los ingenieros pudieron así analizar las uniones más solicitadas y evaluar las distribuciones de tensiones y las deformaciones plásticas de forma transparente y fiable.
Especialmente para las placas base y las uniones de las columnas principales, la tecnología CBFEM proporcionó información valiosa sobre el comportamiento resistente de las zonas de unión. Se identificaron concentraciones de tensión locales y se redujeron mediante medidas específicas, como la incorporación de rigidizadores. Al mismo tiempo, se verificó que todas las uniones satisfacen los niveles de seguridad requeridos incluso bajo condiciones de carga excepcionales.
Resultados
Combinando la modelización global en RSTAB con el diseño de uniones en IDEA StatiCa, Stahlbau Süssen pudo llevar a cabo el diseño estructural preliminar y detallado de los 74 silos y las estructuras auxiliares asociadas de forma eficiente y transparente.
La coherencia digital entre el análisis estructural global y el diseño local de las uniones redujo significativamente el esfuerzo manual y minimizó los posibles errores de transferencia. Al mismo tiempo, el análisis detallado de las uniones permitió una optimización específica de la estructura sin comprometer los márgenes de seguridad requeridos.
El resultado es una estructura de acero de alto rendimiento con un peso total de aproximadamente 800 t, que satisface tanto las acciones operativas excepcionales como los mayores requisitos sísmicos del emplazamiento. La estrecha integración del diseño estructural, el detallado y la fabricación permitió la realización segura de uno de los proyectos de silos más grandes de la cartera de la empresa.
Sobre el ingeniero estructural
Bilal Al Dukhan es ingeniero civil e ingeniero estructural en Stahlbau Süssen GmbH. En el proyecto, fue responsable de partes esenciales del diseño estructural preliminar y detallado, así como del diseño de las uniones de acero. Su enfoque se centra en soluciones económicas y prácticas para estructuras complejas en la construcción industrial y metálica.
Prueba IDEA StatiCa gratis
