Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización

TRABAJO DE FINAL DE GRADO Grado en Ingeniería Mecánica ANÁLISIS DE LOS CONTENEDORES MARÍTIMOS Y ESTUDIO PARA SU REUTILIZACIÓN Trabajo Fin de Estudios Autor/a: Carlos Martín-Albo Chapinal Director/a: Jordi Ivern Cacho Convocatoria: Enero 2025 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización i Resumen El objetivo de este trabajo es hacer un análisis de un contenedor marítimo y elaborar un estudio de reutilización, disminuyendo el impacto ambiental de desecharlos completamente al acabar su vida útil en el sector del transporte de mercancías. Se realizará un marco teórico en el que se darán a conocer los contenedores y su entorno. Posteriormente nos decantaremos por un tipo específico, justificando el porqué de dicha elección, y se diseñará utilizando herramientas CAD, concretamente el programa SolidWorks. Someteremos el modelo a diferentes esfuerzos y se estudiará cómo se comporta y evoluciona. En este punto, tomaremos decisiones para poder posicionarlos o apilarlos de varias maneras, y verificaremos mediante simulaciones si las elecciones adoptadas han sido adecuadas. Además, se calcularán las emisiones que genera el desmantelamiento total de los contenedores. Extrapolaremos las tendencias actuales a escenarios futuros, e hipotéticamente veremos cómo nuestro estudio de reutilización contribuye a la reducción de la huella de carbono. Finalmente, se expondrá un abanico de opciones para inspirar a otros en la construcción de proyectos empleando estos objetos. Memoria ii Resum L’objectiu d’aquest treball és fer un anàlisi d’un contenidor marítim i elaborar un estudi de reutilització, disminuint l’impacte ambiental de rebutjar-los completament a l’acabar la seva vida útil al sector del transport de mercaderies. Es realitzarà un marc teòric en el qual es donaran a conèixer els contenidors i el seu entorn. Posteriorment ens decantarem per un tipus específic, justificant el per què d’aquesta elecció, i es dissenyarà utilitzant eines CAD, concretament el programa SolidWorks. Sotmetrem el model a diferents esforços i s’estudiarà com es comporta i evoluciona. En aquest punt, prendrem decisions per poder posicionar-los i apilar-los de varies maneres, i verificarem mitjançant simulacions si les eleccions adoptades han estat adequades. A més, es calcularan les emissions que genera el desmantellament total dels contenidors. Extrapolarem les tendències actuals a escenaris futurs, i hipotèticament veurem com el nostre estudi de reutilització contribueix a la reducció de la petjada de carboni. Finalment, s’exposarà un ventall d’opcions per inspirar a altres en la construcció de projectes emprant aquests objectes. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización iii Abstract The purpose of this work is to analyze a shipping container and carry out a reuse study, reducing the environmental impact of fully discarding them once they have reached the end of their useful life in the freight transport sector. A theoretical framework will be developed, introducing containers and their context. Then, we will focus on a specific type, justifying the choice, and it will be designed using CAD tools, specifically the SolidWorks program. The model will undergo different stress tests, and its behavior and development will be analyzed. At this point, decisions will be made on how to position or stack the containers in various ways, and simulations will be performed to check if the selected solutions are suitable. In addition, the emissions generated by the complete dismantling of containers will be calculated. We will extrapolate current trends to future scenarios and, hypothetically, analyze how our reuse study contributes to reducing the carbon footprint. Finally, a range of options will be presented to inspire others in the creation of projects using these objects. Memoria iv Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización v Agradecimientos Agradezco al tutor de la universidad Jordi Ivern Cacho por todas las reuniones realizadas, y por su gran implicación en el trabajo, aportándome muchas ideas y solucionándome los problemas que me pudieran surgir. Además, remarcar su gran disposición para adaptarse a mis horarios y la rapidez de respuesta ante cualquier correo electrónico. También quiero nombrar a todo el profesorado de la EEBE que me ha aportado los conocimientos necesarios para llevarlo a cabo. Por último, mencionar a toda mi familia, pareja y amigos, que me han apoyado y ayudado durante toda la carrera y me animan día a día a ser una mejor persona. Memoria vi Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización vii Glosario Astillamiento: Existencia de astillas, es decir, fragmentos puntiagudos, irregulares y finos que aparecen al romper o cortar inadecuadamente madera, huesos, chapa… ASTM: American Society of Testing and Materials, traducido al español, Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales. Es una organización de normas internacionales que desarrolla y publica acuerdos aplicables a productos, servicios, materiales y sistemas. AQIS: Australian Quarantine and Inspection Service. Organismo que se encarga de realizar labores de inspección y auditoría de la mercancía que llega a Australia. Pretende controlar las plagas y enfermedades y así poder mantener la flora y fauna nativas. CAD: Computer Aided Design, en español Diseño Asistido por Ordenador, es una tecnología que permite crear dibujos y modelos en dos y tres dimensiones utilizando software especializado. CTE: Código Técnico de la Edificación. Conjunto de normativas que deben cumplir las viviendas para garantizar unas exigencias básicas de calidad y seguridad. Todos los habitáculos de España están sujetos al CTE. Conductividad térmica: Principal propiedad para caracterizar el comportamiento térmico de un material. Es la capacidad de un material de transmitir calor a través suyo. Cuanto menor sea este valor, mejor aislante térmico es. Se representa mediante la letra griega Lambda. Coque: Combustible sólido y poroso formado a consecuencia de la quema de algunos carbones. Se utiliza principalmente para la producción de acero en los altos hornos. Dry: Término que se utiliza en el ámbito de los contenedores para denominar a aquellos que tienen una altura estándar de 2591 mm. Los veinte pies es más habitual encontrarlos con esta medida. FEU: Forty feet Equivalent Unit. Sinónimo para hablar de los contenedores estándar de cuarenta pies. Hidrofobia: Se dice de un material que repele el agua. High Cube: Nos referimos así a los contenedores que tienen sobremedida en la altura, siendo esta medida de 2896 mm. Los cuarenta pies se encuentran mayoritariamente en este formato. JIS: Normas Industriales Japonesas. Es una organización igual que la ASTM pero basándose en la Ley de Normalización Industrial de Japón. Memoria xiv Tabla 5.1.1 Algunas configuraciones de los contenedores que no necesitan refuerzos (Fuente: Propia) ________________________________________________________________________________ 63 Tabla 5.1.2 Algunas configuraciones de los contenedores que precisan refuerzos (Fuente: Propia) _ 64 Figura 5.2.1.1 Conectores de puente de alta capacidad (Fuente: Propia) ______________________ 65 Figura 5.2.1.2 Abrazadera de puente (Fuente: Pinterest) ___________________________________ 66 Figura 5.2.1.3 Soldadura de pletina de acero entre dos contenedores (Fuente: Pacific Pines Ranch)_ 66 Figura 5.2.2.1 Representación de la distribución de la fuerza en el pórtico (Fuente: Propia) _______ 67 Figura 5.2.2.2 Refuerzos en las aberturas con perfiles rectangulares (Fuente: Pacific Pines Ranch) __ 68 Figura 5.2.2.3 Pórtico en los laterales y marco para un ventanal en la parte posterior (Fuente: Pacific Pines Ranch) _____________________________________________________________________ 68 Figura 5.2.3.1 Escalera con peldaños voladizos (Fuente: Pacific Pines Ranch) ___________________ 69 Tabla 5.2.3.1 Pros y contras de las escaleras convencionales (Fuente: Propia) __________________ 69 Figura 5.2.3.2 Dos opciones de escaleras de caracol (Fuente: ArchiExpo) ______________________ 70 Tabla 5.2.3.2 Pros y contras de las escaleras de caracol (Fuente: Propia) ______________________ 70 Figura 5.2.3.3 Escalera tipo marinera a la izquierda y escalera plegable a la derecha (Fuente: Propia)_71 Tabla 5.2.3.3 Pros y contras de las escaleras marineras y/o plegables (Fuente: Propia) ___________ 71 Figura 5.2.3.4 Escaleras industriales por la parte exterior (Fuente: Propia) _____________________ 72 Tabla 5.2.3.4 Pros y contras de las escaleras industriales (Fuente: Propia) _____________________ 72 Figura 5.3.1.1 Proyección de la espuma de poliuretano en un contenedor (Fuente: Innovacel) ______73 Figura 5.3.2.1 Instalación de lamas de fibra de vidrio (Fuente: Homecenter) ___________________ 74 Figura 5.3.3.1 Instalación de la lana mineral (Fuente: NAN Arquitecture) ______________________ 75 Figura 5.3.4.1 Paneles sándwich EPS (Fuente: Made-in-China) ______________________________ 76 Figura 5.3.5.1 Unidad de panel sánwich XPS (Fuente: Onduline) _____________________________ 77 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización xv Figura 5.3.6.1 Rollo de membrana reflectiva de capa muy fina (Fuente: Amazon) _______________ 78 Figura 5.3.7.1 Tipos de aislantes naturales (Fuente: Slowstudio) _____________________________ 79 Figura 5.3.8.1 Rollo de caucho EPDM o neopreno (Fuente: Vargort) _________________________ 80 Tabla 5.3.9.1 Comparativa entre los diferentes tipos de aislantes (Fuente: Propia) ______________ 81 Figura 5.4.1.1 Técnico instalando placas de yeso laminado en el techo de una construcción (Fuente: Payresa) _________________________________________________________________ 84 Figura 5.4.2.1 Ejemplo de decoración interior de un contenedor con madera (Fuente:Tucasabonita)_85 Figura 5.4.3.1 Revestimiento de piedra artificial en una pared (Fuente: Bauhaus) _______________ 86 Figura 5.4.4.1 Suelo de un almacén industrial pintado con resina epoxi (Fuente: Tecnopol) _______ 87 Figura 5.4.4.2 Suelo personalizado de resina epoxi con mezcla de colores azulados (Fuente: Artyfloor) ________________________________________________________________________________ 87 Figura 5.5.1.1 Aplicando la primera capa de pintura térmica en un contenedor (Fuente: FabricaTu Sueño) __________________________________________________________________________ 89 Figura 5.5.2.1 Ejemplo de muro exterior pintado con pintura elastomérica (Fuente: Recubrecolor) _ 90 Figura 5.5.3.1 Aplicación de una capa de pintura epoxi verde con pistola pulverizadora (Fuente: Depintur) ________________________________________________________________ 90 Figura 5.5.4.1 Parking pintado con pintura de poliuretano (Fuente: Larrain Maquinarias) _________ 91 Figura 5.5.5.1 Tejas recubiertas de pintura de caucho (Fuente: Ferretería Torrabadella) __________ 92 Tabla 5.5.6.1 Comparativa entre los diferentes tipos de pintura exteriores (Fuente: Propia) _______ 93 Figura 6.1 Agenda 2030 pactada en el Acuerdo de París en 2015 (Fuente: un.org) _______________ 94 Figura 6.2 Incremento de TEU en la Unión Europea 2000-2022 (Fuente: Propia) ________________ 95 Tabla 6.1 Datos sobre el destino de los contenedores que cambian de propietario anualmente (Fuente: Propia) __________________________________________________________________ 96 Figura 6.3 Representación gráfica de los datos de la Tabla 6.1 (Fuente: Propia) _________________ 96 Memoria xvi Tabla 6.2 Datos de las toneladas de CO2 emitidas entre 2000-2022 por la fundición de contenedores (Fuente: Propia) __________________________________________________________________ 97 Figura 6.4 Gráfico de los contenedores fundidos y las toneladas de CO2 emitidas entre 2000-2022 (Fuente: Propia) __________________________________________________________________ 98 Figura 6.5 Gráfico comparativo entre el escenario actual y el nuevo hipotético (Fuente: Propia) ___ 99 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 17 1. Introducción 1.1. Objetivos del trabajo El trabajo incorporará un análisis detallado de un tipo de contenedor, diseñándolo en SolidWorks, y se someterá a varias simulaciones para poder verificar los resultados obtenidos en base a esfuerzos y deformaciones que el cuerpo experimente cuando se le apliquen determinadas fuerzas. Posteriormente, elaboraremos un estudio que ofrezca una segunda oportunidad a estos objetos en el momento en el que su función en el ámbito del transporte de mercancías cese. De esta manera, se espera reducir el impacto ambiental que supone desmantelarlos, y a su vez, proporcionar alternativas originales para solventar problemas actuales. 1.2. Alcance del trabajo Se diseñará el contenedor utilizando las medidas que he tomado lo más cuidadosamente con una cinta métrica en mi puesto de trabajo, pero es posible que haya alguna ligera variación de los detalles respecto a otros modelos. Cabe considerar que aunque son medidas estándar y las dimensiones básicas de altura, longitud y profundidad se mantienen, existen variaciones en sus formas según la naviera a la que pertenecen o a su fabricante (puertas, bisagras, geometría de las paredes laterales y superiores…). El diseño del contenedor, el estudio de reutilización, las simulaciones de esfuerzos y deformaciones, así como la verificación de los resultados de resistencia obtenidos, se llevará a cabo en los programas SolidWorks y MEFI. Los cálculos económicos se realizarán lo más fieles a la realidad posible, al igual que los números que obtengamos de la huella de carbono. Realizaremos escenarios hipotéticos futuros para analizar el impacto de nuestro trabajo a nivel ambienta. Nos ayudaremos de Internet, y si es necesario, acudiremos a alguna empresa u organismo que nos facilite toda o parte de la información. La fabricación final del proyecto queda fuera del alcance del trabajo, pero se tendrá en cuenta durante todo su desarrollo. Se apoya el desarrollo de un proyecto de la forma más sostenible posible, animando a obtener y utilizar energía de manera renovable, con placas fotovoltaicas por ejemplo. Memoria 18 2. Normativas 2.1. Para el transporte de mercancías En el Real Decreto 2319/2004, de 17 de diciembre, por el que se establecen normas de seguridad de contenedores de conformidad con el Convenio Internacional sobre la seguridad de los contenedores, encontramos los siguientes puntos que podemos localizar en una placa metálica situada en una de las puertas frontales de cada contenedor: Norma ISO 1496: Estándar internacional que deben cumplir todos los contenedores destinados al transporte de mercancías por medio marítimo o terrestre. Incluye: resistencia estructural, cierre y sellado, resistencia, medidas estándar, y requisitos de etiquetado y marcado. Aprobación CSC (Convenio de Seguridad de los Contenedores), aprobado el 2 de diciembre de 1972: Pretende que se garantice un elevado nivel de seguridad humana al manipularlos. Debe cumplir con la norma ISO 1496. Certificado de Sociedad de Clasificación: Se garantiza que el contenedor cumple con las normas de seguridad, calidad, reglamentos, protección del medio ambiente, y responsabilidad social. Periodic Examination Scheme (PES): Los contenedores deben someterse a revisiones periódicas donde se revisa la corrosión, soldaduras, estado de los componentes estructurales o daños mecánicos entre otros. Desde su fecha de fabricación, no debe de exceder los cinco años en hacerse una revisión, y a partir de entonces, cada 30 meses como máximo. Approved Continuous Examination Program (ACEP): De la misma forma que para el PES, hay contenedores que necesitan revisarse más periódicamente, por este motivo, se someten al ACEP cada 30 meses. Un mismo contenedor puede estar sometido al PES, al ACEP o a ambos. Identificación del propietario: Además de estar reflejado en una placa metálica en la puerta del contenedor, este tiene un código particular formado por cuatro letras y siete cifras. Las tres primeras letras hacen referencia al propietario, que está registrado en el BIC (Oficina Internacional de Contenedores). Identificación del fabricante: Indica la empresa que fabrica el contenedor y su ubicación. Aprobación TIR: Permite el transporte internacional de mercancías, y por carretera también. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 19 Tratamiento del Suelo (TCT): Por norma general, la mayoría de los contenedores presentan el suelo de madera contrachapada ya que es ligera, duradera y resistente a la humedad. No obstante, hay que tratarla periódicamente con soluciones antifúngicas y pesticidas. Figura 2.1.1 Placa metálica en la puerta del contenedor (Fuente: Propia) 2.2. Construcción con contenedores en España Según el Real Decreto Legislativo 7/2015, de 30 de octubre, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Suelo y Rehabilitación Urbana, se hace una diferenciación del suelo donde se va a construir: urbano, urbanizable y no urbanizable. El suelo urbano permite construir en él, y ya está dotado con infraestructuras indispensables tales como la luz o el agua corriente. Los terrenos urbanizables también permiten construirse sobre ellos porque están destinados a que la ciudad o pueblo crezca. En el caso de los suelos no urbanizables, no se permite generalmente edificar, ya sea por conservación o por priorizar otros usos, como el agrícola. Prima la ley estatal, pero las comunidades autónomas, y a su vez los municipios, tienen cierta potestad para modificar la normativa que se aplica a su región. Esto supone variaciones entre unas comunidades autónomas y otras, siendo más restrictivas en las de mayor población o renta media. Para la construcción a modo de vivienda empleando contenedores, al igual que para cualquier otra edificación, nos debemos de basar en las indicaciones del Código Técnico de Edificación (CTE), Memoria 20 dictaminado por el Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación, en la Ley de Ordenación de Edificios (LOE), según la Ley 38/1999, de 5 de noviembre, de Ordenación de la Edificación, y en la normativa urbanística regional establecida. Los proyectos como habitáculo con estas estructuras de acero suelen escoger los contenedores de 40 pies High Cube ya que tienen una altura de 2,89 metros, suficiente para cumplir esta dimensión mínima interior de 2,5 metros, posterior a añadir los aislantes, que establece el CTE. Además, estos contenedores proporcionan como unidad una superficie interior de 30 m2 aproximadamente, mínimo espacio para considerarse una vivienda en gran parte de España. Si se quiere realizar un estudio diáfano, sin separación entre las diferentes salas que constituyen el habitáculo, se puede reducir hasta los 25 m2. Si se quieren realizar estructuras más complejas colocando contenedores apilados de forma excéntrica, se necesitan justificar debidamente los cálculos, y añadir refuerzos para garantizar el estatismo. Además, si el proyecto se destina a ser una vivienda, no puede haber una deformación de más de 1/500 parte de la longitud de la viga, es decir, si el contenedor tiene una profundidad de 12192 milímetros, no se permiten deformaciones superiores a 24,38 milímetros. Hasta ahora hemos considerado el contenedor como un bien inmueble, es decir, que la construcción está adherida al suelo. No obstante, si no de ancla al suelo permanentemente, ni su traslado pueda suponer un deterioro del soporte, podríamos tratar el proyecto como bien mueble. La definición de bien inmueble y de bien mueble las encontramos en el Real Decreto de 24 de julio de 1889 por el que se publica el Código Civil. Si la construcción la podemos trasladar sin necesidad de desconectarla de ninguna red y la estructura permanece intacta, no hay necesidad de acogerse a la normativa urbanística, ni al CTE, ni a ningún proyecto de edificación. Con ello, se produce un “vacío legal”, permitiendo construir con contenedores en suelos no urbanizables, si cumplimos con la definición de bien mueble. En este contexto, las construcciones no se consideran edificaciones. En el caso en que las leyes se modificaran, los propietarios no pueden acogerse a la irretroactividad, a diferencia de los bienes inmuebles. Es decir, actualmente las leyes permiten instalar el bien mueble en cualquier suelo, pero si se aprueba en un futuro una nueva norma que deniegue la ubicación actual, requerimos modificar su ubicación. Un contenedor si está únicamente apoyado en el suelo o presenta una estructura con ruedas, y si no dispone de ninguna conexión de abastecimiento, o sea es autosuficiente, se consideraría bien mueble. No obstante, dependerá de las autoridades administrativas locales que permitan implantar el proyecto, emitiendo así normas de homologación y permisos municipales. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 21 3. Estado del arte 3.1. Definición Un contenedor, también conocido como container, lo define el Convenio Internacional para la Seguridad de los Contenedores (C.S.C.), como equipo de transporte caracterizado por: • ser de carácter permanente y suficientemente resistente para permitir su empleo en repetidas ocasiones. • estar ideado para facilitar el transporte de mercancías, sin ser manipuladas, por uno o varios medios (carretera, ferrocarril, marítimo o aéreo). • estar construido de manera que pueda sujetarse y/o manipularse fácilmente, con cantoneras para este fin. • tener un tamaño tal que la superficie delimitada por las cuatro esquinas inferiores exteriores sea por lo menos de 14 m2, o al menos 7 m2 si lleva cantoneras superiores. La Organización Internacional de Estandarización (ISO) lo describe como equipo de transporte: • de carácter permanente y, por tanto, suficientemente resistente para un uso repetido. • Especialmente diseñado para facilitar el transporte de mercancías por uno o más modos de transporte sin necesidad de manipulación intermedia de la carga. • Diseñado para ser manipulado de modo seguro, teniendo para ello especiales anclajes en las esquinas (cantoneras). • Tiene una capacidad de al menos un metro cúbico. La RAE resume el concepto de la siguiente manera: “1. m. Embalaje metálico grande y recuperable, de tipos y dimensiones normalizados internacionalmente y con dispositivos para facilitar su manejo.” Las dos primeras menciones de lo que es un contendor son muy semejantes, únicamente difieren en la capacidad mínima que deben tener. La ISO incluye también los contenedores destinados al transporte aéreo, que presentan dimensiones inferiores. Por otro lado, la C.S.C. se centra en definir los contendores marítimos. Existen muchos tipos de contenedores en la actualidad, modificados y adaptados a determinadas situaciones o necesidades. No obstante, los más comunes son los que están regulados, y garantizan la seguridad y eficiencia de la carga. Memoria 22 3.2. Historia Malcolm McLean, un camionero nacido en Carolina del Norte en 1913, se percató de la saturación de muchos puertos americanos durante la Segunda Guerra Mundial. En 1953 le surgió una idea, subir directamente los camiones, o sus remolques, en los barcos. De esta forma, se disminuiría mucho el tiempo de carga de la mercancía en los buques. El 26 de abril de 1956 se cargan sobre la cubierta del buque “Ideal X” 56 remolques, que cubrieron la ruta de Port Newark (New Jersey) a Houston (Texas). Este se convirtió en el primer viaje que revolucionó el mundo del comercio de mercancías por mar a nivel mundial. Reflexionando más en profundidad, McLean optimizó su ocurrencia ya que cargando únicamente el volumen donde se encontraba la mercancía bastaba, con lo que se ahorraba el espacio que ocupaba el chasis de las plataformas de los camiones. Así apareció el contenedor, inicialmente de 35 pies de largo, y 8 pies de ancho y alto. Su fabricación de metal hizo mucho más seguro el transporte de mercancías, hasta entonces agrupadas en sacos o embalajes de madera. Se redujeron considerablemente los robos y pérdidas de material, así como el coste económico de las labores portuarias. Tal éxito tuvo su invención que McLean decidió fundar la naviera SeaLand. En 1966 la nueva compañía comienza sus viajes por Europa, y el 14 de mayo de 1970 se funda SeaLand Ibérica, con sede en Cádiz. Cinco años después, se asentó definitivamente en Algeciras. Debido a la inmediata acogida de su idea y la rapidez con la que se extendió por todo el mundo, en 1961 se estandarizan internacionalmente los contenedores, siendo las dimensiones de 20, 30 y 40 pies los más comunes, con un ancho de 8 pies (cumplen las normas internacionales ISO que rigen el transporte de mercancías). En noviembre de 1999 la empresa Maersk compra SeaLand, convirtiéndose así en Maersk-SeaLand, la naviera más grande del mundo en cuanto a tráfico de contenedores durante varios años. Actualmente la compañía tiene más de 700 buques portacontenedores, y opera en alrededor de 130 países, haciéndose responsable del 15% del comercio mundial de contenedores. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 23 Figura 3.2.1 Operativa portuaria ideada por Malcom McLean con un contenedor de la compañía SeaLand (Fuente: www.masterlogistica.es) 3.3. Navieras El envío de contenedores por mar es la manera más eficaz de transporte de mercancías, suponiendo el 90% del comercio mundial. Las navieras son compañías dueñas de buques mercantes, y por lo tanto, también propietarias y fletadoras de contenedores. Alphaliner, una web encargada de ordenar las navieras según el número de buques portacontenedores que poseen y su capacidad de TEU (Twenty foot Equivalent Unit), nos ofrece una lista con las 100 compañías principales a fecha actualizada (en nuestro caso, a día 29 de Septiembre de 2024). Figura 3.3.1 Número de buques y TEU que las principales 10 navieras poseen y fletan (Fuente: Alphaliner) Memoria 30 posibilidad de movimientos no deseados del contenedor cuando este se está trasladando debido a las inercias del contenido. 3.4.10. Granel o Bulk Normalmente son del tamaño de 20 pies Dry. Disponen de tapas especiales en la parte superior para facilitar el llenado de mercancía a granel (café, avena, maíz…). La descarga se realiza por las puertas tradicionales. En los casos en los que la carga no llena la totalidad del contenedor, se pueden situar mallas o redes que retengan el material y lo inmovilicen, para evitar movimientos indeseados durante su transporte. Figura 3.4.10.1 Vista superior de dos contenedores de granel (Fuente: Propia) Figura 3.4.9.1 Dos versiones de cisternas con marco fijo (Fuente: Propia) Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 31 3.5. Vida útil y desmantelamiento Su vida útil en el ámbito marítimo es de 10 a 12 años con el mantenimiento adecuado y sin sufrir incidencias destacables. No obstante, hay proveedores que estiman longevidades superiores a los 25 años si su uso en el transporte es mínimo y se tratan correctamente. Climatologías húmedas y con cercanía a zonas costeras pueden hacer disminuir su funcionalidad antes de tiempo. Cuando un contenedor marítimo se retira del servicio de transporte, tiene varias opciones: 1. Reutilización. Principalmente se emplean como espacio de almacenamiento, aunque también se pueden destinar para la construcción de viviendas, locales u otras edificaciones. Es la opción más sostenible ya que se generan pocos residuos. 2. Reciclaje. Los contenedores son de acero en su gran proporción, exceptuando el suelo que es de madera hidrófuga. El acero es un material que se puede reciclar en un 100% e ilimitadas veces sin perder ninguna de sus cualidades. Además, el coste de reciclado es económicamente rentable y el valor de reventa es elevado. 3. Desmantelamiento. En los casos en los que se encuentran en un estado deplorable, que no pueden ser ni reutilizados ni reciclados, se opta por desmantelarlos. Esta opción consiste en cortar el contenedor en piezas y separar los materiales que lo componen. Posteriormente se venden a otras empresas para que lo reciclen y fabriquen nuevos productos. Fundir el acero tiene también sus desventajas. Genera grandes cantidades de residuos peligrosos tales como cenizas, polvo, gases nocivos y escorias. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos estima que por cada tonelada de acero producido, se pueden generar hasta 136 kg de residuos tóxicos. Estos deshechos deben estar debidamente gestionados para evitar la contaminación de tierra y agua. Por otro lado, se emiten grandes cantidades de gases de efecto invernadero que son perjudiciales para la salud humana y del medio ambiente. Esto es debido a que se requiere mucha energía y combustibles fósiles para fundir el acero. La Agencia Internacional de la Energía estima que el 7% de las emisiones globales de dióxido de carbono relacionadas con la actividad humana provienen de esta actividad. Estos impactos negativos pueden ser reducidos mediante el empleo de tecnologías más limpias y eficientes. No obstante, la reutilización de los contenedores marítimos, siempre que se pueda, se convierte en la opción más sostenible y eficiente. Memoria 32 4. Objeto de análisis La elección del modelo que vamos a utilizar para analizarlo y posteriormente realizar un estudio de reutilización es un contenedor de 40 pies High Cube. Esto se debe a dos motivos principalmente: su espacio y su oferta. Al ser una opción muy común en el mercado, hay mucha disponibilidad para encontrarlos, y su precio de segunda mano se encuentra en un rango de 1500-2000€. Sus aproximadamente 30 m2 de superficie, además de contar con una altura de 2896 mm lo convierte en muy buena alternativa para desarrollar una actividad en su interior. 4.1. Materiales El acero COR-TEN, es el material mayoritario que constituye un contenedor. Su composición se basa en una aleación de acero con níquel, cromo, fósforo y cobre, lo que le proporciona un color rojizo anaranjado. Se considera un material “vivo” porque su pigmentación varía con el tiempo, tornándose más oscura en ambientes más hostiles. Sus componentes crean un óxido que a su vez protege perfectamente las piezas de la corrosión atmosférica sin reducir sus propiedades mecánicas. Este material lo dio a conocer la marca United States Steel Corporation a partir de 1959. Su denominación estándar es A242 COR-TEN ASTM. No obstante, hay nuevas variaciones que surgen de modificar las proporciones de sus componentes. Para la construcción de contenedores se emplea el acero COR-TEN JIS G3125 SPA-H, y otorga para placas de grosor inferior a 6 mm un límite elástico de mínimo 345 MPa, un límite de rotura de más de 490 MPa, y una elongación ≥ 22 %. Además, este material presenta una densidad de 7800 kg/m3. Es un material que se corta y se suelda fácilmente, con cordón continuo de fábrica de penetración total, soldador de arco y dióxido de carbono como gas protector. Las soldaduras son los puntos menos resistentes del contenedor, siendo más propensos a la corrosión. Por este motivo, se deben proteger adicionalmente. Las cantoneras son el elemento fundamental de un contenedor, y por eso deben cumplir la norma ISO 1161 en la que se establecen sus dimensiones, tolerancias, resistencias… Únicamente las pueden fabricar talleres autorizados. Están hechas de acero fundido con un límite mínimo elástico de 280 N/mm2 y deben presentar una resistencia a la tensión de 490 N/mm2. Existe un amplio abanico de recubrimientos exteriores para proteger el contenedor: las resinas epoxi, clorocauchos, vinílicos y acrílicos. Sus prestaciones tienen una duración de dos años a seis meses Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 33 respectivamente, momento en que deben volver a someterse al tratamiento para mantenerse en condiciones idóneas. Lo ideal sería que se trataran cada vez que sufrieran un impacto considerable, pero como no es el caso, su vida útil como transporte de mercancías se ve drásticamente reducida. El suelo interior está formado por tableros de contrachapado de madera de 20-30 mm de grosor, y procedente mayoritariamente de árboles tropicales. No obstante, se está potenciando el uso del bambú, ya que reúne las características que se requieren y así se frena la deforestación es estas zonas. Es importante que sea fuerte y resistente, que no se deforme, su reparación sea sencilla, y que ofrezca un coeficiente de fricción adecuado. Las juntas entre los tableros de madera van selladas para mantener la hermeticidad del espacio en todo momento. Las puertas presentan un marco de goma para asegurar la estanqueidad del espacio interior una vez se cierran completamente. La madera es necesario que lleve aplicado un tratamiento químico para evitar la proliferación de plagas. Esto lo especifica el departamento de salud de Australia (AQIS), y se encuentra reflejado en la placa metálica de la puerta del contenedor. 4.2. Especificaciones técnicas En este apartado recogemos las partes básicas por las que está compuesta un contenedor junto a unos breves datos técnicos. Toda esta información se muestra en un formato de tabla para facilitar y amenizar su lectura. Posteriormente, en los planos, se detallarán medidas más concretas de cada elemento. Elemento Imagen Dimensiones Peso Material Cantidad Chapa lateral 11782 x 2660 x 2 (mm) 565,99 kg Acero CORTEN 2 uds. Memoria 34 Chapa superior 11940,57 x 2318 x 2 (mm) 467,78 kg Acero CORTEN 1 ud. Chapa posterior 2118 x 2560 x 2 (mm) 111 kg Acero CORTEN 1 ud. Estructura frontal 2438 x 2896 x 230 (mm) Espesor: 3 (mm) 180,56 kg Acero CORTEN 1 ud. Estructura posterior 2438 x 2896 x 180 (mm) Espesor: 3 (mm) 180,96 kg Acero CORTEN 1 ud. Vigas superiores 50 x 50 x 60 (mm) Espesor: 3 (mm) 115,4 kg Acero CORTEN 2 uds. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 35 Estructura inferior 11832 x 146 x 2438 (mm) Espesor: 5 (mm) 1488,27 kg Acero CORTEN 1 ud. Puerta izquierda 1154 x 2585 x 50 (mm) Espesor: 3 (mm) 156,70 kg Acero CORTEN 1 ud. Puerta derecha 1149 x 2585 x 50 (mm) Espesor: 3 (mm) 156,52 kg Acero CORTEN 1 ud. Goma puerta izquierda 1159 x 2630 x 60 (mm) 3,27 kg Goma EPDM 1 ud. Goma puerta derecha 1199 x 2630 x 60 (mm) 5,26 kg Goma EPDM 1 ud. Memoria 36 Suelo de madera 11832 x 2258 x 20 (mm) 181,64 kg Madera de pino 1 ud. Bisagras 159,49 x 78 x 48,62 (mm) 1,15 kg Acero forjado 8 uds. Barras 2766 x 380 x 17 (mm) Espesor: 13 (mm) 12,24 kg Acero inox. fundido 4 uds. Tabla 4.2.1 Desglose de las partes de un contenedor con información básica (Fuente: Propia) Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 37 4.3. Análisis estático Vamos a simular el comportamiento de las diferentes partes que componen el contenedor marítimo de 40 pies High Cube mediante análisis estáticos en el SolidWorks. El programa nos aportará unos valores de tensión máxima de Von Mises, desplazamientos y deformaciones para cada estado de carga utilizando el Método de Elementos Finitos (FEM). Este método consiste en mallar el objeto, y entonces el ordenador resuelve un sistema lineal, denominado matriz de rigidez. Cuanto más fina sea la malla, más precisos serán los resultados que obtengamos, por ese motivo, voy a establecer el nivel más fino de malla que me permita el programa. Para realizar el análisis estático en SolidWorks, debemos dirigirnos a la pestaña Simulaciones. Seguiremos ordenadamente los pasos que nos indica el propio programa: 1. Piezas seleccionadas. 2. Sólidos y material. Si no hemos asignado un material a la pieza durante el diseño, debemos hacerlo en este punto. Como alternativa al acero COR-TEN, no encontrado en los materiales predefinidos, nos hemos acogido al acero 1.1140 (C15R), con propiedades muy similares. De todas formas, vamos a mantener en los cálculos un límite elástico de 345 MPa, propio del acero COR-TEN, y un límite de rotura de 490 MPa. Figura 4.3.1 Propiedades del acero 1.1140 (C15R) (Fuente: Propia) 3. Interacciones. Para este proyecto no es necesario manipular nada de este apartado. 4. Conexiones. Nosotros usaremos las conexiones fijas y el rodillo o control deslizante. 5. Cargas externas. Fuerzas o presiones que se ejercen en algún punto o superficie. 6. Malla. Crear el mallado, intentando el más fino posible. 7. Ejecutar este estudio. Nos aportará el programa los valores de las tensiones de Von Mises, desplazamientos resultantes y deformaciones unitarias equivalentes. Memoria 38 4.3.1. Posiciones Se dispondrán los contenedores en diferentes posiciones y se analizará cada una de las piezas que contribuyen a la resistencia del contenedor. Contemplaremos tres escenarios: usaremos contenedores vacíos en uno, otro a media carga (18350 kg), y uno con la carga máxima autorizada (32500 kg). El primer caso únicamente muestra el mejor de los casos, pero funcionalmente no es muy útil. Esta información puede ser interesante para empresas que se dedican a almacenar contenedores vacíos para saber hasta qué altura pueden apilarse sin peligro de que se desfonden. La segunda alternativa es la más atractiva puesto que los contenedores se modificarán, añadiendo la masa que tengan los aislantes, recubrimientos, pinturas, y/o revestimientos. Además del inmobiliario que el proyecto pueda considerar. La última simulación se muestra para representar el límite superior del estudio, con las condiciones de masa máxima que se puede ejercer sin modificar el contenedor estructuralmente. Aplicaremos un factor de seguridad de 4 en cualquiera de nuestros proyectos, por lo que descartaremos los escenarios que resulten con valores inferiores. Contenedores apilados sobre sus cantoneras Esta disposición consiste en el posicionamiento de contenedores uno encima de otro apoyándose sobre sus cantoneras. Cada cantonera soportará una cuarta parte del contenedor de encima. Figura 4.3.1.1 Simulaciones en apilamiento sobre sus cantoneras (Fuente: Propia) Para esta simulación hemos fijado las cantoneras inferiores al suelo, y las caras que están en contacto con las chapas laterales y con las vigas superiores e inferiores, las hemos considerado deslizantes porque permiten cierto grado de deformación. Los vectores rojos corresponden a las cargas exteriores. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 39 En la siguiente tabla se recogen los resultados de los ensayos para el frontal y la chapa posterior: Piezas: FRONTAL Y CHAPA POSTERIOR (𝝈𝒆𝒍𝒂𝒔.𝒍𝒊𝒎 =𝟑𝟒𝟓 𝑴𝑷𝒂) Contenedores por encima Carga del contenedor Tensión por cantonera Tensión máx. de Von Mises Desplazamientos resultantes Deformación unitaria equivalente FS 1 0,447 MPa 8,63 MPa 0,0475 mm 3,5·10-5 40,02 1,954 MPa 37,68 MPa 0,208 mm 1,529·10-4 9,16 3,462 MPa 66,76 MPa 0,368 mm 2,709·10-4 5,17 2 0,895 MPa 17,28 MPa 0,0952 mm 7,012·10-5 19,97 3,909 MPa 75,38 MPa 0,415 mm 3,059·10-4 4,58 6,923 MPa 133,5 MPa 0,735 mm 5,42·10-4 2,58 3 1,342 MPa 25,88 MPa 0,143 mm 1,050·10-4 13,33 5,863 MPa 113,1 MPa 0,623 mm 4,588·10-4 3,05 Memoria 46 Piezas: CORRUGADO LATERAL (𝝈𝒆𝒍𝒂𝒔.𝒍𝒊𝒎. =𝟑,𝟒𝟓·𝟏𝟎𝟖 𝑵/𝒎𝟐) Alturas Tensión aplicada Tensión máxima de Von Mises Desplazamientos resultantes Deformación unitaria equivalente FS 1 1332,14 N/m2 1,784·107 N/m2 0,702 mm 6,801·10-5 19,24 2 1513,80 N/m2 2,027·107 N/m2 0,798 mm 7,728·10-5 17,02 3 1643,90 N/m2 2,189·107 N/m2 0,862 mm 8,347·10-5 15,76 4 1756,01 N/m2 2,351·107 N/m2 0,926 mm 8,965·10-5 14,67 5 1816,56 N/m2 2,432·107 N/m2 0,957 mm 9,274·10-5 14,19 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 47 6 1877,11 N/m2 2,513·107 N/m2 0,989 mm 9,583·10-5 13,73 7 1695,46 N/m2 2,270·107 N/m2 0,894 mm 8,656·10-5 15,20 8 1748,44 N/m2 2,341·107 N/m2 0,922 mm 8,926·10-5 14,74 9 1801,42 N/m2 2,412·107 N/m2 0,949 mm 9,197·10-5 14,30 10 1854,41 N/m2 2,483·107 N/m2 0,977 mm 9,467·10-5 13,89 Tabla 4.3.1.3 Resultados de la simulación de la acción del viento en las chapas laterales según la altura (Fuente: Propia) Memoria 48 Tal y como podemos observar, el viento en España no supondrá un problema para construcciones con contenedores de hasta diez alturas. Hemos establecido este límite porque las tablas del CTE referentes a la carga del viento consideran hasta 30 metros, el equivalente muy aproximado de torres de diez contenedores. Anteriormente hemos comprobado que por peso, aguantaría una torre de once vacíos, pero es un escenario poco funcional, por lo que este estudio lo damos por adecuado. El caso de que las chapas laterales estén expuestas al viento de forma perpendicular sería el peor de los escenarios, por lo que el corrugado posterior y las puertas soportarán sin peligro la acción de este fenómeno meteorológico. Debemos tener en cuenta que las torres son unidades compactas, es decir, el apilamiento de contenedores para ganar alturas ha quedado fijado correctamente, tanto entre ellos como anclado al pavimento. Comprobamos el peso que aguanta el suelo de la estructura. El contenedor tiene una masa de 4200 kg aproximadamente, así que podría soportar una carga de 28000 kg distribuida en su base hasta llegar a las 32 toneladas y media máximas autorizadas. Figura 4.3.1.3 Simulación de la estructura inferior y suelo del contenedor (Fuente: Propia) Los extremos de las vigas inferiores, donde se ensamblaría con las cantoneras de los frontales, los consideramos fijos, mientras que las vigas transversales las indicamos como rodillo porque pueden deformarse. El suelo de madera lo he considerado acero 1.1140 (C15R) como el resto de la estructura para que el programa me permitiera simularlo. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 49 La “madera” está dividida en tres tablones. Cada tablón podrá soportar: 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑠𝑜 =28000𝑘𝑔·9,81 𝑚 𝑠2=274,68 𝑘𝑁 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑑𝑒𝑟𝑎 =11,832 𝑚 · 2,258 𝑚=26,72 𝑚2 𝜎𝑚𝑎𝑑𝑒𝑟𝑎: =274,68 𝑘𝑁 26,72 𝑚2=10,28𝑘𝑁 𝑚2 𝜎𝑡𝑎𝑏𝑙ó𝑛 =10,28 𝑘𝑁/𝑚2 3 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠 =3,43 𝑘𝑁 𝑚2=𝟑𝟒𝟐𝟔,𝟔𝟓 𝑵 𝒎𝟐 Piezas: ESTRUCTURA INFERIOR Y SUELO DE MADERA (𝝈𝒆𝒍𝒂𝒔.𝒍𝒊𝒎 =𝟑,𝟒𝟓·𝟏𝟎𝟖 𝑵/𝒎𝟐) Tensión sobre la madera (N/m2) Tensión máxima de Von Mises (N/m2) Desplazamientos resultantes (mm) Deformación unitaria equivalente FS 10280 3,042·108 39,81 1,102·10-3 1,13 2700 8,559·107 12,77 3,113·10-4 4,03 Tabla 4.3.1.4 Resultados de la simulación de la estructura inferior y del suelo del contenedor (Fuente: Propia) Podemos comprobar que la masa máxima autorizada escasamente soporta la cantidad de carga, obteniendo un factor de seguridad de 1,13. Al estar por encima de 1, aceptamos la resistencia de la estructura. De todas formas, nosotros estamos trabajando con un FS de 4, por lo que hemos probado empíricamente valores de tensión hasta cumplir con el criterio. Nos damos cuenta de que el máximo desplazamiento si cargamos uniformemente 28 toneladas nos da 39,81 mm en el centro de la estructura. La distancia entre la viga inferior y el suelo es de 20 mm, por lo que sobresaldría. Para contenedores que se encuentren en contacto con el pavimento, se apoyarían sobre este, y para los apilados cumple justo con la distancia entre la estructura del suelo y el corrugado superior (cada nivel de cantoneras tiene una separación de 20 mm, y hay dos niveles). Encontramos que para una tensión de 2700 N/m2 sobre la madera, se genera una tensión máxima de Von Mises de 85,59 MPa, respetando el factor de seguridad. Siguiendo los pasos anteriores en sentido contrario, buscamos la masa que la madera puede soportar, y la de cada tablón, con las condiciones de nuestros escenarios: Memoria 50 2700 𝑁 𝑚2·26,72 𝑚2=72144 𝑁 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑑𝑒𝑟𝑎 = 72144 𝑁 9,81 𝑚/𝑠2=𝟕𝟑𝟓𝟒,𝟏𝟑 𝒌𝒈→𝟐𝟒𝟓𝟏 𝒌𝒈 𝒑𝒐𝒓 𝒕𝒂𝒃𝒍ó𝒏 Por lo tanto, en nuestros proyectos vamos a reducir la carga máxima que la base puede sostener de 28000 kg a 7350 kg aproximadamente, permitiendo posicionar una masa de 2450 kg por tablón. Además, si el proyecto se va a destinar a convertirse en vivienda o establecimiento en el que las personas desarrollen algún tipo de actividad, no podemos permitir deformaciones de más de 1/500 de la longitud de la viga o parte. Podemos apreciar que con el nuevo límite de masa máxima que autorizamos, este criterio se cumple adecuadamente: 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒:11832 𝑚𝑚 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎: 1 500·11832 𝑚𝑚=𝟐𝟑,𝟔𝟔 𝒎𝒎>𝟏𝟐,𝟕𝟕 𝒎𝒎→ ¡𝑶𝑲! Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 51 Contenedor posicionado verticalmente, apoyado sobre su frontal posterior Los contenedores no están pensados para disponerse de esta forma, no obstante, vamos a simular esta situación y a valorar su viabilidad. Elegimos esta opción frente al apoyo con el frontal delantero porque las puertas son abatibles, por lo que es endeble aplicar fuerzas sobre ellas, con el peligro de que cedan. Esta posición podría ser una opción interesante para miradores, situando una escalera de caracol en su interior o un ascensor, o como torre de iglesia donde establecer el campanario, por ejemplo. Figura 4.3.1.4 Disposición vertical del contenedor (Fuente: Propia) Veamos cómo se comporta el objeto ante esta posición y posteriormente aplicando esfuerzos exteriores. Empezaremos con el frontal y chapa posteriores, que cuenta con una masa de 292 kg. Las cantoneras deberán soportar la masa restante del contenedor, alrededor de los 3900 kg. Figura 4.3.1.5 Simulación del frontal y chapa trasera en disposición vertical (Fuente: Propia) Memoria 52 Piezas: FRONTAL Y CHAPA POSTERIOR (𝝈𝒆𝒍𝒂𝒔.𝒍𝒊𝒎 =𝟑𝟒𝟓 𝑴𝑷𝒂) Contenedores por encima Masa del contenedor (kg) Fuerza aplicada (N) Tensión máx. de Von Mises (MPa) Desplazamientos resultantes (mm) Deformación unitaria equivalente FS 1 4200 38338 53,61 0,596 1,558·10-4 6,44 2 4200 76675 107,2 1,191 3,115·10-4 3,21 Tabla 4.3.1.5 Resultados de la simulación del frontal y chapa posterior en posición vertical (Fuente: Propia) Esta situación no permite el apilamiento en vertical de más contenedores, ya que los pilares del marco no respetan el factor de seguridad, pudiendo fallar. Esto podría corregirse con añadir puntos de apoyo en su medianía. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 53 Comprobaremos cuál es la carga máxima que admite la chapa posterior: Figura 4.3.1.6 Tensión máxima que el corrugado posterior soporta (Fuente: Propia) Piezas: FRONTAL Y CHAPA POSTERIOR (𝝈𝒆𝒍𝒂𝒔.𝒍𝒊𝒎 =𝟑𝟒𝟓 𝑴𝑷𝒂) Tensión sobre la chapa (N/m2) Tensión máxima de Von Mises (N/m2) Desplazamientos resultantes (mm) Deformación unitaria equivalente FS 2700 7,328·107 3,75 2,614·10-5 4,71 3000 8,142·107 4,17 2,905·10-5 4,24 3175 8,617·107 4,41 3,074·10-4 4,00 Tabla 4.3.1.6 Resultados de la simulación de la masa máxima que soporta la chapa posterior (Fuente: Propia) Probamos inicialmente la simulación con la fuerza que soporta el suelo de madera en el estudio anterior, y conseguimos un factor de seguridad de 4,71. Aumentando la fuerza bajo el criterio de prueba y error, obtenemos que con una tensión de 3175 N/m2 logramos alcanzar el FS mínimo. Pasamos de las unidades de presión (fuerza entre superficie) a la masa que soporta esta parte, haciendo más tangible su interpretación: 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑢𝑔𝑎𝑑𝑜:2,560 𝑚 ·2,118 𝑚=5,422 𝑚2 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑜𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎:3175 𝑁 𝑚2·5,422 𝑚2=17215,1 𝑁 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒: 17215,1𝑁 9,81 𝑚/𝑠2=𝟏𝟕𝟓𝟒,𝟖𝟓 𝒌𝒈 El corrugado posterior soporta una fuerza de 1754,85 kg repartidos en su superficie manteniendo un factor de seguridad de 4. Además, se respeta la norma de la máxima deformación de la luz, que no Memoria 54 puede exceder de 1/500 de su longitud. El lado más corto mide 2438 mm, por lo que puede haber un desplazamiento máximo de 4,88 mm, siendo superior a los del estudio realizado (4,88 > 4,41 mm, OK!). Otros elementos que pueden verse perjudicados con esta disposición son las vigas superiores. Estas deberán soportar una cuarta parte del peso del marco frontal con las puertas y todos sus complementos. Este conjunto ejerce una fuerza de 5503,4 N que se ha de repartir en cuatro puntos, dos de ellos los soportarán las vigas (cada una 1375,9 N). Realizamos el estudio con el SolidWorks y obtenemos: Piezas: VIGAS SUPERIORES (𝝈𝒆𝒍𝒂𝒔.𝒍𝒊𝒎 =𝟑𝟒𝟓 𝑴𝑷𝒂) Tensión aplicada (N) Tensión máxima de Von Mises (MPa) Desplazamientos resultantes (mm) Deformación unitaria equivalente FS 1375,9 3,426 0,125 1,365·10-5 100,7 Tabla 4.3.1.7 Resultados de la simulación de las vigas superiores en disposición vertical (Fuente: Propia) Concluimos con que las vigas no sufren ningún sobreesfuerzo y se permite que carguen con la carga de 1375 N sin acercarnos al límite elástico. Además, los desplazamientos resultantes son negligibles en comparación con su longitud. Analizando el impacto del viento en la chapa lateral (sería el peor de los casos por ser la zona con más área) del contenedor obtenemos los siguientes valores: Piezas: CHAPA LATERAL (𝝈𝒆𝒍𝒂𝒔.𝒍𝒊𝒎 =𝟑,𝟒𝟓·𝟏𝟎𝟖𝑵/𝒎𝟐) Tensión aplicada (N/m2) Tensión máxima de Von Mises (N/m2) Desplazamientos resultantes (mm) Deformación unitaria equivalente FS 1536,51 1,970·107 0,79 7,407·10-5 17,51 Tabla 4.3.1.8 Resultados de la simulación del viento en un contenedor en vertical (Fuente: Propia) Para este estudio hemos seleccionado todo el perímetro de la chapa considerándolo sujeción fija ya que queda rígida gracias a la viga superior y a la estructura del suelo. Aplicando una presión de 1536,51 N/m2 a toda la superficie de la chapa, obtenemos una tensión máxima de Von Mises de 19,70 MPa, respetando en más de cuatro veces por encima el factor de seguridad. Además, el desplazamiento Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 55 máximo resultante corresponde con 0,79 mm, considerado negligible frente a la 1/500 parte de la luz de la chapa. Concluimos este escenario demostrando que ni el viento es un inconveniente para esta disposición, ni las vigas superiores se deformarán al estar soportando unas fuerzas para las que no han sido diseñadas. Además, podemos cargar la chapa posterior con hasta 1754 kg. Memoria 62 ALGUNAS CONFIGURACIONES DE LOS CONTENEDORES SIN REFUERZOS Usando 2 contenedores Con 3 contenedores Con 4 contenedores Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 63 Con 5 contenedores Tabla 5.1.1 Algunas configuraciones de los contenedores que no necesitan refuerzos (Fuente: Propia) Memoria 64 Ahora exponemos los casos que precisan de refuerzos en algunos de sus puntos para poder funcionar en nuestros proyectos: ALGUNAS CONFIGURACIONES DE LOS CONTENEDORES QUE NECESITAN REFUERZOS Usando 2 contenedores Con 3 contenedores Con 4 contenedores Con 5 contenedores Tabla 5.1.2 Algunas configuraciones de los contenedores que sí precisan refuerzos (Fuente: Propia) Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 65 5.2. Tipologías de unión 5.2.1. Uniones externas En los proyectos que se requieran más de un contenedor y que se combinen entre ellos, no usarlos como unidades independientes, se necesitan anclajes que aseguren su inmovilización. Existen los anclajes mecánicos y la soldadura. Los anclajes mecánicos solamente se pueden usar para conectar las cantoneras, y a lo largo de toda la vida del contenedor se han utilizado para apilarlos en las terminales portuarias o en los buques mercantes. En el ámbito marítimo se denominan pletinas o twistlocks, y hay diversos tipos. No obstante, los más adecuados en proyectos para asegurar la fijación entre contenedores que se encuentren al mismo nivel son: los puentes de alta capacidad y las abrazaderas de puente. Los puentes de alta capacidad se conectan en las cantoneras inferiores, y son muy resistentes. Típicamente se utilizan en zonas propensas a los terremotos, ya que pueden soportar hasta el peso de treinta toneladas. No obstante, el espacio que ocupa la pieza es amplio, por lo que es necesario rellenarlo de más material de cerramiento. Figura 5.2.1.1 Conectores de puente de alta capacidad (Fuente: Pinterest) Las abrazaderas de puente también unen las cantoneras, asegurando su alineado. Este mecanismo permite combinarse con la soldadura. No están diseñados para ser usados permanentemente, pero tampoco es mala opción mantenerlos durante largos periodos ya que son muy resistentes a la corrosión y oxidación, e implementarán resistencia a la unión. De todas formas, su forma poco estética decanta a la mayoría de los usuarios a retirarlos cuando los trabajos han cesado. Memoria 66 Figura 5.2.1.2 Abrazadera de puente (Fuente: Amazon) La soldadura es la opción más versátil, y permite posicionar los contenedores de forma no concéntrica (no haciendo coincidir las cantoneras necesariamente). Aunque estéticamente se pueden disimular fácilmente, hay que tener en cuenta que las soldaduras son los puntos más débiles de la estructura, tanto mecánicamente como ante la oxidación y la corrosión. Dos contenedores unidos haciendo coincidir las cantoneras, presentan separaciones de 6 a 12 mm, ya que estas partes sobresalen de la estructura rectangular. Estos huecos deben taparse soldando una placa de acero de grosor opcional, prefiriéndolo entre 2 y 4 mm. Además, se debe de soldar a los postes principales de los frontales o del techo, no a la chapa corrugada. La resistencia a la corrosión de la pletina de acero debe de ser superior a la del acero COR-TEN del que está hecho el contenedor. Para realizar una buena soldadura que impida filtraciones y corrosión, se debe pulir la superficie eliminando cualquier resto de pintura u óxido. Emplear una soldadura de hilo si se necesita un poco de relleno, o una soldadura de tungsteno para proteger más de la corrosión. Seguidamente se aplica un cordón continuo de soldadura y se suaviza con una amoladora o cepillo de púas de acero para uniformar la superficie. Finalmente se debe aplicar algún tratamiento para proteger adicionalmente estas uniones con productos impermeables (resina epoxi o pintura asfáltica, entre otras opciones). Figura 5.2.1.3 Soldadura de pletina de acero entre dos contenedores (Fuente: Pacific Pines Ranch) Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 67 5.2.2. Comunicaciones interiores al mismo nivel No todos los proyectos deben presentar aberturas adicionales, haciendo referencia principalmente a puertas y ventanas, pero son opciones muy comunes, y por lo tanto, vamos a tratarlas. Estos huecos normalmente tienen lugar en los laterales, y disminuyen la resistencia del contenedor drásticamente, pudiendo llegar a colapsar. El corrugado no es solamente un elemento de cerramiento, sino que también aporta resistencia a la estructura. Cada ondulación funciona como un soporte, y el hecho de eliminarlos supone la sustitución por un elemento que ejerza la misma función, es decir, se requiere un pórtico. Dicho pórtico está compuesto por una viga y dos pilares. La viga del pórtico es la encargada de repartir las fuerzas que se distribuyen por la viga estructural del contenedor hacia los pilares, y estos a su vez, la trasladan a la base. Figura 5.2.2.1 Representación de la distribución de la fuerza en el pórtico (Fuente: Propia) Los bastidores de los pórticos tienen medidas variables según el proyecto, por lo que su espesor dependerá de ello. No obstante, el ancho máximo es constante, teniendo en cuenta que las ondulaciones de la placa corrugada hacen 60 mm. El uso más extendido de estos refuerzos son los perfiles estructurales cuadrados o rectangulares, cuyas medidas comerciales más comunes son 60 x 60 x 3 mm y 100/120/140/160 x 60 x 3 mm respectivamente. A su vez, estas estructuras se sueldan empleando un cosido continuo que asegure la conexión total de la estructura. Memoria 68 Figura 5.2.2.2 Refuerzos en las aberturas con perfiles rectangulares (Fuente: Pacific Pines Ranch) Estos huecos deben realizarse con mucha precaución para evitar accidentes, siempre utilizando un equipo de seguridad adecuado y las herramientas en buen estado. Se debe cortar la chapa lateral con una radial o disco de corte para metal, evitando las sierras de calar ya que su trazado es menos regular y hay altas posibilidades de que se produzca astillamiento. Además, se ha de empezar a cortar por la parte inferior, dejando dos trozos a modo de bisagra para provocar una caída controlada de la chapa y prevenir cortes en los operarios. Posteriormente estos salientes se retirarán. En los laterales sí que se necesita que los pilares del pórtico conecten la viga superior con la inferior del contenedor, sobre todo si se van a apilar o van a tener que soportar peso encima. En la parte frontal o posterior, al tener los pilares del contenedor relativamente cercanos, se puede prescindir de la estructura de refuerzo en algunas ocasiones. Figura 5.2.2.3 Pórtico en los laterales y marco para un ventanal en la parte posterior (Fuente: Pacific Pines Ranch) Finalmente se sueldan unas pestañas en los laterales del pórtico o marco para posteriormente sujetar el ventanal o la puerta, y se da una primera capa de imprimación acrílica de calidad marina a todo el refuerzo. Si el proyecto consiste en la unión de varios contenedores, se recomienda trabajarlos individualmente, haciendo las aberturas, reforzándolos, y después unirlos. De esta forma cada contenedor es una unidad sólida y no depende del otro para funcionar. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 69 5.2.3. Comunicaciones a distinto nivel Las escaleras son los elementos de unión a distinto nivel por excelencia en los contenedores. Pueden situarse por la parte interior o exterior de la estructura, y existen varios tipos: La escalera convencional, de peldaños es una de las opciones preferidas ya que ofrece buena resistencia y durabilidad, a la vez que un mantenimiento mínimo. Además, se pueden personalizar fácilmente, proporcionando más o menos inclinación y escogiendo la altura de los peldaños según el proyecto. Puede diseñarse en madera o acero, admitiendo su combinación. La alternativa creando peldaños voladizos con estructura de acero y peldaños de madera lo hace muy atractivo y moderno, con disponibilidad de implantación de una barandilla en los laterales. Idealmente, se debería colocar en un lateral del contenedor para perder el mínimo espacio disponible. Figura 5.2.3.1 Escalera con peldaños voladizos (Fuente: Pacific Pines Ranch) ESCALERA CONVENCIONAL VENTAJAS DESVENTAJAS • Personalizables. • Duraderas y resistentes. • Mantenimiento mínimo. • Opciones atractivas estéticamente. • Combinación o uso de varios materiales. • Pérdida de espacio útil. • Poco adecuadas para personas mayores o con movilidad reducida. Tabla 5.2.3.1 Pros y contras de las escaleras convencionales (Fuente: Propia) Memoria 70 Otra opción son las escaleras de caracol, ya que se optimiza el espacio en áreas reducidas. Estéticamente también pueden ser atractivas, y su estructura metálica proporciona gran resistencia, durabilidad y bajo mantenimiento. Además, se adaptan a cualquier altura y permiten un acceso sencillo. Los peldaños también se pueden distanciar más o menos y se pueden hacer voladizos. El uso de barandillas no es obligatorio pero sí ampliamente recomendable. Figura 5.2.3.2 Dos opciones de escaleras de caracol (Fuente: ArchiExpo) ESCALERA DE CARACOL VENTAJAS DESVENTAJAS • Personalizables. • Duraderas y resistentes. • Mantenimiento mínimo. • Opciones atractivas estéticamente. • Combinación o uso de varios materiales. • Ahorro de espacio. • Incomodidad para subir o bajar con carga. • Poco adecuadas para personas mayores o con movilidad reducida. Tabla 5.2.3.2 Pros y contras de las escaleras de caracol (Fuente: Propia) Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 71 La escalera marinera tiene un diseño muy simple, consiste en dos vigas laterales que transversalmente tienen unidos los peldaños. Pueden ser de algún material metálico o de madera, y por norma general no se combinan. Permiten ocupar el mínimo espacio posible y en algunos casos se podrían retirar cuando la tarea de subir o bajar de la planta superior quede finalizada. Existen modelos con protección para disminuir el impacto de la caída. Un aspecto a tener en cuenta es la protección del agujero con una trampilla o vallas que impidan la caída de usuarios a distinto nivel. Al haber una diferencia de más de dos metros, se puede considerar caída mortal. Además, es necesario un anclaje, permanente o móvil, pero que impida el movimiento de la escalera mientras se está usando. Si el ascender a niveles superiores se va a hacer de manera poco cotidiana, se recomienda la instalación de una escalera plegable junto a la trampilla. Cabe destacar que el precio de estas es más elevado que las marineras sencillas. Figura 5.2.3.3 Escalera tipo marinera a la izquierda y escalera plegable a la derecha (Fuente: Amazon) ESCALERA MARINERA Y/O PLEGABLE VENTAJAS DESVENTAJAS • Muy sencillas. • Duraderas y resistentes. • Mantenimiento mínimo. • Ahorro máximo de espacio. • Opciones económicas. • Incomodidad para subir o bajar con carga, o sin ella. • Inadecuadas para personas mayores o con movilidad reducida. • Alto riesgo de caída. Tabla 5.2.1.3 Pros y contras de las escaleras marineras y/o plegables (Fuente: Propia) Memoria 78 5.3.6. Membranas reflectivas Las membranas reflectivas pueden estar formadas de una o varias capas, y entre su composición destacamos su superficie y algunas capas internas de un material reflectante, normalmente papel de aluminio, y otros niveles de burbujas de polietileno, espuma u otros materiales aislantes. A diferencia de otros materiales que se centran en el flujo conductivo y convectivo, las membranas reflectivas están diseñadas también para captar calor radiante. Estas tienen valores de reflectividad de 0,94-0,97, es decir, se bloquea el 94%-97% de la transferencia de calor, manteniendo los espacios frescos en verano y más cálidos en invierno. Al tener valores tan altos de reflectividad, supone emitancias (0,03-0,04), que significa que poca radiación traspasa el material. Como ventajas cabe destacar: • Su bajo peso y facilidad de instalación. • Eficiencia sobre todo en climas calurosos. • Precio moderado. Por el contrario, sus desventajas: • Durabilidad limitada, teniendo incluso la mitad de vida útil que otros aislantes. • Mantenimiento, ya que la suciedad, desgarros y los microorganismos que crecen en la superficie hacen disminuir su funcionalidad. • Menos eficiente en climas fríos. • No ofrece buenos rendimientos en términos de aislamiento acústico. Figura 5.3.6.1 Rollo de membrana reflectiva de capa muy fina (Fuente: Amazon) Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 79 5.3.7. Materiales naturales Como materiales naturales hacemos referencia a la celulosa, lana natural, cáñamo o al corcho. Todos son ecológicos y biodegradables, por lo que tienen un bajo impacto ambiental. Además, proporcionan un buen rendimiento en términos de aislamiento térmico y acústico. No obstante, suelen tener precios más elevados que otros materiales sintéticos más eficientes. La celulosa está hecha de papeles reciclados, y se puede instalar de manera muy sencilla con el formato soplado, llegando a cubrir espacios de difícil acceso. No obstante, se requerirá de un equipo especializado y técnicos profesionales para esta modalidad. Una desventaja de este aislante es que absorbe la humedad, por lo que hay que asegurarse que queda muy protegido. Su valor de conductividad térmica oscila entre 0,038 - 0,044 W/m·K. El corcho natural es un aislante que viene usándose desde hace muchos siglos por ser un perfecto aislante térmico y acústico. Además, es un material muy duradero, resistente a insectos y hongos, y no absorbe el agua ni la humedad. Como desventajas destacamos el espesor necesario para ser efectivo, por lo que se pierde más espacio útil en el interior del contenedor. Su aislamiento térmico oscila entre los 0,036 - 0,038 W/m·K. La lana natural de oveja es una opción económica que ofrece un buen aislamiento térmico y acústico. Es flexible y ligera, por lo que se adapta fácilmente a las superficies irregulares del contenedor. Se instala fácilmente ya que comercialmente se vende como paneles o rollos. Por otro lado, absorbe la humedad, por lo que el espacio que vaya a ocupar debe de estar muy bien impermeabilizado. Tiene valores de aislamiento térmico de entre 0,030-0,040 W/m·K. El cáñamo es un buen aislante tanto térmico como acústico, y presenta buena transpirabilidad, por lo que ayuda a regular la humedad interna del espacio. Su desventaja principal es la dificultad de instalación, que puede necesitar más trabajo en términos de manipulación y colocación, aunque no libera sustancias nocivas para la salud. Presenta un valor de aislamiento térmico de 0,048 W/m·K. Figura 5.3.7.1 Tipos de aislantes naturales (Fuente: Slowstudio) Memoria 80 5.3.8. Neopreno o caucho espumado (EPDM) Técnicamente el EPDM es caucho de polietileno propileno dieno monómero. Presenta una alta resistencia y elasticidad, además de impermeabilización completa de superficies. Es un material muy resistente a los agentes atmosféricos y tiene una elevada resistencia mecánica debido a sus propiedades elásticas. Podemos encontrar el formato en láminas de hasta 900 metros cuadrados, por lo que es posible impermeabilizar usando una sola pieza. Esto facilita su instalación y reduce los fallos de aislamiento por culpa de las juntas. Como ventajas destacamos: • Durabilidad superior a los 50 años sin perder facultades. • Impermeabilización completa. • Podemos prescindir de prácticamente juntas. • Instalación rápida, prescindiendo de sopletes ni gases inflamables. • Buena capacidad de aislamiento térmico y acústico. Por otro lado: • El precio es elevado, más aún si hay que contar con la instalación de una lámina geotextil entre soporte y lámina. • Puede ser menos eficiente que otras medidas. • Necesidad de profesionales para su correcta instalación. Figura 5.3.8.1 Rollo de caucho EPDM o neopreno (Fuente: Vargort) Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 81 5.3.9. Resumen de los aislantes En este punto se va a hacer una comparativa con las propiedades comunes más importantes como materiales aislantes: Conductividad térmica (W/m·K) Aislante acústico (dB) Vida útil (años) Impermeabilidad Resiste ncia al fuego* Estructura auxiliar** Coste económico PU 0,022 20-50 >50 Sí Sí No ** Fibra de vidrio 0,032 30-70 >50 No Sí Sí * Lana de roca 0,033-0,040 <52 >50 No Sí Sí ** Paneles sándwich EPS 0,035 30 (50 mm de espesor) >50 Sí No No necesaria, pero recomend able *** Paneles sándwich XPS 0,030 34-38 (50 mm de espesor) >50 Sí No No necesaria, pero recomend able *** Membranas reflectivas - - <25 Sí No Sí * Materiales naturales 0,030-0,040 20-50 >50 Solamente el corcho No Sí ** EPDM 0,23 30-50 >50 Sí No Sí ** Tabla 5.3.9.1 Comparativa entre los diferentes tipos de aislantes (Fuente: Propia) Memoria 82 *Con la resistencia al fuego aceptamos aquellos materiales que se puedan consumir pero no permitan la propagación de las llamas. ** Con la estructura auxiliar hacemos referencia a la necesidad de instalar un “esqueleto” de aluminio o de madera para poder sujetar las láminas o rollos de aislante, y posteriormente fijar el revestimiento. El coste económico lo he valorado con estrellas según los precios que he encontrado en varias webs. Una estrella (*) serían las opciones más económicas y cuatro estrellas (****) los más caros. El precio en sí puede variar según el lugar de adquisición del material, lugar y año, por lo que este punto es únicamente orientativo. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 83 5.4. Revestimiento de los muros interiores Posteriormente a la instalación del aislante escogido, debemos barajar el acabado final para que el proyecto tenga un aspecto estéticamente atractivo y quede cubierto el aislante. En el caso de la instalación de paneles sándwich, ya disponen de un revestimiento que puede funcionar como acabado final. No obstante, en este caso particular, debemos considerar la necesidad de rellenar los huecos entre la chapa y los paneles con algún aislante de lana o espuma que cubra la cámara de aire existente. 5.4.1. Placas de Yeso Laminar (PYL) El PYL es un material compuesto formado por una capa de yeso recubierta de dos capas de cartón. Actualmente es una opción muy adecuada para la construcción y renovación de paredes, techos y tabiques interiores. También es conocido como cartón yeso. Aunque su función como aislante térmico es poco funcional, da buenos resultados como aislante acústico. Además, es muy rápido de instalar y se adapta fácilmente a las geometrías o curvas que puedan existir. Como ventajas destacamos: • Ligereza, reduce la carga estructural de las paredes y facilita su transporte. • Facilidad de reparación, pudiendo tapar agujeros o grietas sin necesidad de hacer grandes obras. • Es un material reciclable. • Proporciona un acabado liso y limpio, permitiendo pintarlo posteriormente. • Instalación rápida. • Buena resistencia al fuego, pudiendo aguantarlo hasta 30 minutos por placa. Los contras que surgen al usar este revestimiento: • Fragilidad al recibir fuertes impactos, al igual que es susceptible a la aparición de grietas. • No presenta resistencia a la humedad, por lo que en salas como baños o saunas se requiere otro tipo de material. • No tiene propiedades estructurales, por lo que no soporta cargas pesadas como armarios, estanterías, cuadros u otros elementos. • No es un buen aislante térmico. • Es sensible a los cambios de temperatura, disminuyendo su vida útil. • Se necesita aplicar masilla a las juntas y sujeciones para disimularlas, lo que incrementa el tiempo de instalación y precio. Memoria 84 Figura 5.4.1.1 Técnico instalando placas de yeso laminado en el techo de una construcción (Fuente: Payresa) 5.4.2. Madera La madera es un revestimiento muy popular que se ha utilizado a lo largo de los años por su belleza natural y versatilidad. Es un material sostenible si proviene de fuentes responsables, y es biodegradable, por lo que es una opción respetuosa con el medio ambiente. Además, puede ser usada en techos, paredes y suelos, y haciendo una instalación adecuada, aportará más rigidez estructural. Como cualquier material, tiene sus ventajas y desventajas. Por un lado: • Proporciona una buena estética. • Si se trata y mantiene adecuadamente, puede ser muy duradera. • Tiene funciones de aislamiento térmico y acústico adicionales al material dedicado a ello anteriormente. • Mejora con el tiempo ya que adquiere tonalidades y texturas que la hacen más atractiva. • No pasa de moda, aparte de poder escoger entre tonalidades más claras u oscuras. Por otro lado: • Precisa de un mantenimiento regular, aplicando capas de barniz, aceite o cera. • Puede rayarse o dañarse con el paso del tiempo, y es más complicado repararlo que otros materiales. • Se degrada con la exposición prolongada a la luz solar. • Es susceptible a la aparición de plagas como carcoma o termitas si no se trata adecuadamente. • Presenta sensibilidad a la humedad, por lo que no es apta para todas las superficies como baños o cocinas. Se puede hinchar, contraer o incluso desprender. • El coste de una madera de calidad puede ser bastante elevado. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 85 • Hay que tener en cuenta que los paneles de madera aportan peso, así que depende de la disposición de los contenedores o del nivel en que se encuentran, habrá que realizar un estudio de viabilidad. • El material no presenta resistencia al fuego, por lo que debería tratarse previamente, y así se encarece. Figura 5.4.2.1 Ejemplo de decoración interior de un contenedor con madera (Fuente: Tucasabonita) 5.4.3. Materiales pétreos y/o cerámicos Es una opción menos común pero igualmente interesante, ya que aporta un acabado duradero, único y atractivo. Hay alternativas a la roca natural como pueden ser piedras artificiales o mosaicos, disminuyendo así el peso que haya que soportar. Otra posibilidad es situar la roca o los ladrillos por la parte exterior, protegiendo la estructura del contenedor de los agentes externos. No obstante, se pierde la esencia de un proyecto realizado con este objeto. Como ventajas obtenemos: • Apariencia natural y atractiva. • Extremadamente duradera y resistente a golpes. • No se ve afectada por la humedad ni por la condensación interna. • Aislamiento térmico pero sobre todo acústico. • No necesita mantenimiento. • Es una opción sostenible. • Presenta una resistencia total o muy buena frente al fuego en el caso de los mosaicos. Memoria 86 Por contras destacamos: • Peso elevado, lo que solo permitiría establecerse en el nivel inferior si las cimentaciones lo soportan. • Coste elevado, tanto de la roca natural como de los mosaicos artificiales. • Su instalación es costosa y compleja, requiriendo de mano de obra cualificada para estas funciones. • Riesgo de agrietamiento con el tiempo, y suciedad o aparición de manchas. Figura 5.4.3.1 Revestimiento de piedra artificial en una pared (Fuente: Bauhaus) 5.4.4. Resina epoxi El epoxi es un material compuesto que ofrece unas prestaciones ventajosas en ambientes industriales y modulares. Es una excelente opción para usar en ambientes con humedad como pueden ser baños o cocinas, ya que es impermeable y resistente a los productos químicos y a la corrosión. Sus ventajas se describen a continuación: • Alta resistencia a impactos, abrasión y al desgaste. • Resistente a la humedad. • Mantenimiento muy simple, siendo excesivamente sencilla su limpieza. • Se puede personalizar con los colores y texturas deseadas, además de poder aportar efectos metálicos o brillantes. • Instalación rápida. • Aislamiento acústico, reduciendo el eco dentro del contenedor. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 87 Sus desventajas son: • Instalación compleja y dirigida por profesionales, porque el tiempo de secado de a resina es muy breve. Además, requiere de condiciones controladas de temperatura y humedad. • Desprende vapores tóxicos durante su instalación. • Dificultad de reparación si se crean grietas, burbujas o se daña. • Si se expone a un ambiente de continuos impactos, puede llegar a desprenderse alguna capa con el tiempo. • Dependiendo del grosor aplicado, su peso puede ser algo a tener en cuenta. • Proceso muy costoso. • No tiene ninguna resistencia al fuego, por lo que debería combinarse con otros materiales para que el conjunto tenga propiedades ignífugas. Figura 5.4.4.1 Suelo de un almacén industrial pintado con resina epoxi (Fuente: Tecnopol) Figura 5.4.4.2 Suelo personalizado de resina epoxi con mezcla de colores azulados (Fuente: Artyfloor) Memoria 94 6. Análisis del impacto ambiental Los contenedores marítimos están constituidos de acero en prácticamente su totalidad. El acero es un material reciclable al 100%, por lo que es muy apreciado como chatarra. No obstante, la industria acerera es una de las más contaminantes del mundo, liberando grandes cantidades de gases de efecto invernadero y compuestos nocivos como son el monóxido de carbono, el óxido nitroso y el dióxido de azufre. Estos gases contribuyen al calentamiento global, a la formación de lluvia ácida, perjudicando así el suelo y la vegetación, y es causa de problemas de salud. Por cada tonelada de acero producida, se generan 1,8 toneladas de dióxido de carbono. En 2018 la industria siderúrgica contribuyó con aproximadamente el 25% de las emisiones industriales mundiales de CO2. Utilizando chatarra se reducen las emisiones, necesitando un 56% menos de energía de lo que se requiere para producir acero nuevo. Para cumplir con el Acuerdo de París, en el cual se impulsa la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero para no superar el incremento de los 2ºC de temperatura media global al final del siglo, se debería utilizar el 40% de chatarra para la producción de acero. Figura 6.1 Agenda 2030 pactada en el Acuerdo de París en 2015 (Fuente: un.org) De acuerdo a estos datos, cada tonelada de acero producida mediante chatarra genera 0,8 toneladas de CO2 que se liberan a la atmósfera. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 95 El tráfico de contenedores marítimos en la Unión Europea entre el 2000 y el 2022 incrementó cada año en un 4,4%, superando los 100 millones de TEU a final del periodo. Es un sector en crecimiento por lo que interpolando hacia el futuro, se prevé que sigan construyendo, vendiendo y fundiendo contenedores. Figura 6.2 Incremento de TEU en la Unión Europea 2000-2022 (Fuente: Propia) En el gráfico podemos observar dos decaídas destacables, pasados los años 2008 y 2020, periodos en los que coincide con crisis económicas a nivel mundial (la primera, crisis financiera, y la segunda, por el COVID-19). De todas maneras, la tendencia de tráfico de TEU es al alza. Los datos referentes a la venta de contendores y lo que se hace con ellos no está pública en ningún lugar, por lo que habría que consultar con las navieras y empresas dedicadas a la compraventa de estas estructuras para obtener datos más precisos. De todas formas, en elmercantil, se muestra que en 2022 se vendieron aproximadamente 500.000 contenedores a nivel europeo. Este valor corresponde al 0,5% del tráfico total de contenedores de ese mismo año. A partir de esta información, consideramos el mismo porcentaje de contenedores que cambian de propietario para todos los años, ya que no se encuentran más datos al respecto. Contrarrestando la información con Alphaliner, web que publica estadísticas referentes a los contenedores, obtenemos que un 40% de estos tiene más de 20 años, superando el rango de vida útil en el entorno marítimo, por lo que consideramos que se destinan a plantas de fundición como si fueran chatarra. Año TEU 2000 41051632 2001 42672228 2002 46785653 2003 51632029 2004 59654992 2005 63373218 2006 67710907 2007 81299855 2008 81986205 2009 70521473 2010 74006533 2011 80049698 2012 82258685 2013 83890894 2014 87297327 2015 86492580 2016 89475750 2017 94505905 2018 99115638 2019 100824745 2020 97754764 2021 103780574 2022 100270403 Memoria 96 De ese 0,5% del total anual que cambia de propietario, supondremos que un 5% se reutiliza en forma de proyectos como pueden ser almacenes o edificaciones. El 55% restante se destinaría a la reventa con otras compañías y seguirán ejerciendo su función como transporte de mercancías. Este escenario es a nivel europeo. 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑒𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑒𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜=𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜𝑠+𝑟𝑒𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜𝑠+𝑟𝑒𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜𝑠 Tabla 6.1 Datos sobre el destino de los contenedores que cambian de propietario anualmente (Fuente: Propia) Figura 6.3 Representación gráfica de los datos de la Figura 6.3 (Fuente: Propia) Año Contenedores fundidos Contenedores revendidos Contenedores reutilizados Contenedores cambiados de propietario 2000 81882 112588 10235 204705 2001 85114 117032 10639 212786 2002 93319 128314 11665 233297 2003 102986 141605 12873 257464 2004 118988 163609 14874 297471 2005 126405 173806 15801 316012 2006 135057 185703 16882 337642 2007 162161 222972 20270 405403 2008 163530 224854 20441 408826 2009 140663 193411 17583 351656 2010 147614 202969 18452 369035 2011 159668 219543 19958 399169 2012 164074 225601 20509 410184 2013 167329 230078 20916 418323 2014 174124 239420 21765 435310 2015 172519 237213 21565 431297 2016 178469 245395 22309 446172 2017 188502 259190 23563 471255 2018 197697 271833 24712 494242 2019 201106 276520 25138 502764 2020 194982 268101 24373 487456 2021 207001 284627 25875 517504 2022 200000 275000 25000 500000 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 97 Los tráficos de contenedores se miden en TEU (veinte pies), pero en estos se incluyen los FEU (cuarenta pies), que equivalen a dos de los anteriores. Recordemos que estos son los formatos más comunes con los que se transportan mercancías. Un TEU tiene un peso de 2500 kg en vacío, mientras que un FEU, asciende a 4500 kg aproximadamente. Como masa media de los contenedores que se comercializan he decidido hacer la media entre estas, obteniendo un valor de 3500 kg. Si el 0,5% del tráfico de contenedores marítimos anual en la Unión Europea se encuentra en el mercado de segunda mano, y de este valor el 40% se funden para reciclarse, considerando una masa media de 3,5 toneladas por contenedor, y que por tonelada producida de acero reciclado se generan 800 kg de CO2, creamos la siguiente tabla de valores junto a una representación visual: 𝑇𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠 𝐶𝑂2 𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎𝑠 (𝐴ñ𝑜 2000)=81882 𝑐𝑜𝑛𝑡.𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜𝑠· 3,5 𝑡𝑛 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑒𝑑𝑜𝑟 ·0,8 𝑡𝑛 𝐶𝑂2 1 𝑡𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 𝑇𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠 𝐶𝑂2 𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎𝑠 (𝐴ñ𝑜 2000)=𝟐𝟐𝟗𝟐𝟔𝟗,𝟐 𝒕𝒏 𝒅𝒆 𝑪𝑶𝟐 Tabla 6.2 Datos de las toneladas de CO2 emitidas entre 2000-2022 por la fundición de contenedores (Fuente: Propia) Año Contenedores fundidos Toneladas de CO2 emitido 2000 81882 229269,19 2001 85114 238320,05 2002 93319 261293,11 2003 102986 288359,63 2004 118988 333167,06 2005 126405 353932,98 2006 135057 378158,53 2007 162161 454051,42 2008 163530 457884,61 2009 140663 393855,25 2010 147614 413318,96 2011 159668 447069,42 2012 164074 459406,39 2013 167329 468522,11 2014 174124 487546,69 2015 172519 483052,26 2016 178469 499712,96 2017 188502 527805,87 2018 197697 553550,75 2019 201106 563095,94 2020 194982 545950,41 2021 207001 579603,95 2022 200000 560000 Memoria 98 Figura 6.4 Gráfico de los contenedores fundidos y las toneladas de CO2 emitidas entre 2000-2022 (Fuente: Propia) Observamos que la tendencia de fundición de contenedores es ascendente ya que cada año aumenta su fabricación. China es el país que lidera la producción de acero, seguido de India y Japón. Las dos primeras son potencias emergentes que no disponen de leyes estrictas contra la contaminación, por lo que es complicado entrar en este ámbito. La combustión de coque para fundir el acero en los altos hornos es el principal motivo de generación de emisiones, por lo que sustituyendo este agente por hidrógeno, se podría solventar en gran parte esta problemática. De todas maneras, este modelo no está comercializado actualmente, aunque hay varias empresas dedicándose a su desarrollo. Esta nueva forma de producir acero utiliza electricidad para fundir el hierro en vez de calor, pero entonces hay que resolver el elevado consumo de energía que en muchas ocasiones se consigue por la quema de combustibles fósiles, y por otro lado, disminuir su coste. Hipotéticamente hemos creado dos escenarios futuros hasta el 2030: uno en el que se considera las tendencias actuales como constantes, y otro en el que gracias a proyectos de reutilización, la fundición de los contenedores disminuya un 1% anualmente, salvándolos en forma de nuevas construcciones. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 99 Creamos un gráfico que lo ilustre y compare: Figura 6.5 Gráfico comparativo entre el escenario actual y el nuevo hipotético (Fuente: Propia) Como podemos observar, las tendencias siguen ascendentes en ambos escenarios. Esto es lógico puesto que la producción de contenedores sigue creciendo debido al aumento de tráfico de mercancías, capacidad de los buques y de las terminales portuarias que se prevé próximamente. Por lo tanto, considerando un aumento anual del 4,4% del tráfico de contenedores, y haciendo la suposición de que el 0,5% de estos se destina al mercado de segunda mano, los contenedores fundidos a partir de 2024 empezarán a disminuir un 1% cada año. A su vez, los contenedores reutilizados se incrementarán en un 1% anualmente, por lo que las emisiones totales de CO2 serán menores respecto al escenario actual. Hemos establecido 2030 como límite del periodo de estudio porque es el año en que los objetivos de la Agenda 2030 serán revisados. Con nuestro proyecto, contribuimos a que las emisiones de la industria siderúrgica se reduzcan, aunque debemos luchar por el desarrollo de nuevas técnicas que permitan producir y reciclar estos materiales de forma sostenible y sin contaminar. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 101 7. Implicaciones éticas Este proyecto contribuye a crear un futuro más sostenible, reduciendo la huella de carbono y dando a conocer alternativas de construcción para cualquier usuario, partiendo de presupuestos bajos hasta donde uno mismo quiera llegar. Los contenedores marítimos están creados específicamente para transportar mercancía de forma segura y hermética, y su vida útil media se sitúa alrededor de los 15 años. El ambiente hostil al que están expuestos (altos índices de humedad, salinidad, exposición a temperaturas extremas, etc.) así como su continua manipulación, exponiéndose a impactos, son los principales motivos por los que se degradan. Una vez finalizado su ciclo de vida en el sector mercantil, comúnmente se desmantelan, fundiéndose para dar lugar a nuevos contenedores u objetos de acero. Actualmente este proceso genera un alto nivel de gases de efecto invernadero, principalmente el dióxido de carbono. Realizando proyectos de reutilización, se ayuda a que disminuyan las emisiones nocivas que se liberan a la atmosfera. Por un lado, destacamos la mejora del nivel de vida de las personas, al sufrir menos enfermedades respiratorias o consecuentes de estar expuestos a altos niveles de contaminación. El suelo y la vegetación también agradecen este cambio, ya que se reduciría el efecto de las lluvias ácidas que contribuyen a la desertización. El pH del agua de ríos y mares se vería menos alterado y se mantendría en niveles neutros en vez de a los ácidos a los que tiende si seguimos ejerciendo las actividades actuales. Por otro lado, la reutilización de contenedores ofrece a los interesados opciones muy atractivas de construcción para cualquier ámbito. Se destinan sobre todo a convertirse en viviendas, pero también se podrían crear iglesias, refugios de alta montaña, miradores, almacenes, piscinas, laboratorios o escuelas entre otros. Por supuesto que deben adaptarse y modificarse según su propósito. Estas edificaciones no generan ningún estereotipo del perfil del interesado, no supone desigualdades ni discriminaciones de género, raza, o edad. Los clientes que se lanzan a construir con contenedores crean estructuras personalizadas y eficientes en las que desarrollar parcial o totalmente su vida. Además, la mayoría de las veces el coste económico es inferior al de comprar o elaborar un proyecto desde cero de forma convencional. Con este tipo de proyectos, se pueden conseguir construcciones lujosas con todo tipo de comodidades y adaptaciones, o son una solución rápida y eficaz para algunas situaciones que pueden mejorar la calidad de vida de la población. Algunos ejemplos pueden ser: instalación de escuelas, centros de Memoria 102 atención primaria, ayuntamientos o incluso viviendas básicas en países poco desarrollados. También pueden funcionar como alternativa inmediata para acoger temporalmente a la población afectada por algún desastre natural (inundaciones, incendios, terremotos, etc.) en cualquier parte del mundo. La únicas barreras que hay son las legislaciones vigentes, que debemos acogernos a ellas para no tener problemas con la justicia, las leyes de la física, que no pongan en riesgo la integridad estructural ni humana, y la creatividad de las personas. En los países con muchas leyes impuestas se puede ver limitado el abanico de oportunidades que se lograrían alcanzar reutilizando los contenedores marítimos. En España las leyes están muy acotadas, y se necesitan permisos para realizar cualquier actividad. En determinados casos, las leyes podrían presentar cierta flexibilidad, acercándose más a la población para ayudarla y no obstaculizarla. Finalmente, comentar los valores éticos del sector del transporte de mercancías, sobre todo a nivel marítimo ya que las navieras son las grandes propietarias y fletadoras de contenedores. Estas compañías son muy poderosas y cuentan con el apoyo y respaldo de uno o varios países. No obstante, la marinería de menos rango la conforman habitantes de países poco o en vías de desarrollo (sobre todo provienen de India o el sureste asiático). Sus sueldos seguramente sean poco elevados a pesar de la dureza del trabajo y de pasar largas temporadas lejos de su hogar. Además, es muy posible que existan situaciones de explotación laboral e infantil en países que no cuenten con leyes de protección laboral. Actualmente existen organismos que velan por los trabajadores del mar, como la OMI (Organización Marítima Internacional), pero cuenta con 176 miembros, así que los que no pertenecen a esta quedan fuera de su control. El proyecto de reutilización de los contenedores no tiene manera de poder mejorar las condiciones de estos marineros desprotegidos, pero sí puede hacer pública su situación y concienciar a la sociedad de estas realidades, que en muchos casos pasan desapercibidas. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 103 Conclusiones Este proyecto ha sido creado para popularizar la reutilización de contenedores como alternativa a su fundición, y así disminuir las emisiones de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático. Por otro lado, damos a conocer posibilidades de construcción, unas más lujosas, y otras sencillas con el objetivo de mejorar la calidad de vida de la población. Diseñamos en SolidWorks un contenedor de 40 pies High Cube por ser de los formatos más comunes en el mercado, aparte de disponer de un espacio interior que permite el desarrollo total o parcial de la actividad humana. La toma de medidas la realicé personalmente en mi puesto de trabajo, ya que en Internet es complicado encontrar las dimensiones de ciertos elementos más allá de su tamaño exterior. Posteriormente, analizamos el modelo por partes ya que el SolidWorks fue incapaz de cargar el diseño completo, y estudiamos diferentes posibilidades de posicionamiento de los contenedores. Consideramos un factor de seguridad de 4 para evitar cualquier imprevisto a la hora de su construcción, y este criterio únicamente nos permitió orientarlos en su forma convencional, y en vertical. Más tarde creamos una especie de “catálogo” en el que se exponen combinaciones de contenedores originales y funcionales, que pueden inspirar a futuros proyectos. Se proporcionan en este documento posibilidades de asilamientos, revestimientos y pinturas exteriores con las que tratar a los contenedores, así como diversos tipos de escaleras para comunicar diferentes alturas. No es un proyecto cerrado a un caso particular, por lo que las opciones a las que se pueden destinar quedan limitadas por las legislaciones, que hay que revisar detenidamente antes de emprender con algo, y por la creatividad. Hemos obtenido simulaciones con resultados muy cercanos a la realidad, además, el diseño respeta tanto las dimensiones como la masa total del conjunto. Con estos datos objetivos podemos cerciorarnos de haber realizado un análisis y estudio adecuados, consiguiendo la finalidad deseada. El proyecto final queda abierto, necesitando una segunda fase en la que se estudiara su instalación eléctrica, a poder ser obtenida de fuentes de energía renovables como con placas fotovoltaicas. Tampoco se ha diseñado un sistema de agua corriente, servicio básico para poder vivir con las necesidades cubiertas, y que debería implementarse en futuros desarrollos del proyecto. Finalmente, comentar que he tratado conceptos de varias asignaturas cursadas a lo largo de la carrera, necesitando recurrir a apuntes y refrescar el uso de programas como el MEFI o el SolidWorks. Ha sido un Trabajo de Fin de Grado muy enriquecedor que da a conocer alternativas innovadoras de reutilización. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 105 Bibliografía y webgrafía Acacia Tec. (s.f.). Contenedores marítimos. Acacia Tec. https://acaciatec.com/contenedoresmaritimos/ Real Academia Española. (s.f.). Real Academia Española. https://www.rae.es/ Puentedemando. (2020, 19 de agosto). La revolución del contenedor y mi etapa en SeaLand. Puentedemando. https://www.puentedemando.com/la-revolucion-del-contenedor-y-mi-etapa-ensealand/ The Logistics World. (2023, 16 de noviembre). Así es la flota de barcos de Maersk. The Logistics World. https://thelogisticsworld.com/logistica-y-distribucion/asi-es-la-flota-de-barcos-demaersk/#:~:text=Maersk%20es%20actualmente%20una%20de,del%20comercio%20mundial%20de% 20contenedores Logisber. (s.f.). Contenedor de 20 pies. Logisber. https://logisber.com/blog/contenedor-20-pies iContainers. (s.f.). Contenedor de 40 pies. iContainers. https://www.icontainers.com/es/ayuda/contenedor-40-pies/ EcoContainers. (s.f.). Contenedores marítimos. EcoContainers. https://ecocontainers.es/tipo/contenedores-maritimos Normas ISO. (s.f.). Norma ISO 1496. Normas ISO. https://normasiso.org/norma-iso-1496/ Camae. (2020, 5 de agosto). Las 10 mayores compañías navieras del mundo. Camae. http://www.camae.org/barcos/las-10-mayores-companias-navieras-del-mundo/ Alphaliner. (s.f.). Top 100 of the largest container shipping companies. Alphaliner. https://alphaliner.axsmarine.com/PublicTop100/ MSC. (s.f.). Página principal de MSC. MSC. https://www.msc.com/es COSCO SHIPPING Lines. (s.f.). Página principal de COSCO SHIPPING Lines. COSCO SHIPPING Lines. https://world.lines.coscoshipping.com/ International Maritime Organization. (2021). Código ESC. Código de prácticas de seguridad para la estiba y sujeción de la carga. International Maritime Organization. https://imoepublications.org/content/books/9789280131772 Anexos 112 La esbeltez de un edificio es el cociente entre la base del edificio y su altura. Nos dirigimos al anexo D.1 Presión dinámica, y encontramos la siguiente expresión: 𝑞𝑏=0,5·𝛿·𝑣𝑏 2 Siendo 𝛿 la densidad del aire y 𝑣𝑏 la velocidad del viento básica. La densidad del aire en España se puede considerar constante, 1,25 kg/m3, aunque en zonas costeras podría aumentar ligeramente. El caso más extremo de velocidad básica del viento es la de la zona C, e implementando en un 20% su valor para obtener mayor seguridad, obtenemos 34,8 m/s (≈125 km/h), valor que utilizaremos en nuestros cálculos. Figura A3.3 Mapa de España con las velocidades básicas del viento (Fuente: Documento Básico SE-AE) Calculamos la constante de la acción dinámica del viento: 𝑞𝑏=0,5·1,25·34,82=𝟕𝟓𝟔,𝟗 𝑵 𝒎𝟐 Para un único contenedor, calculamos la fuerza del viento perpendicular a la superficie: 𝑞𝑒=756,9 𝑁 𝑚2·2,2·0,8=𝟏𝟑𝟑𝟐,𝟏𝟒 𝑵 𝒎𝟐 𝐸𝑠𝑏𝑒𝑙𝑡𝑒𝑧 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑒𝑑𝑜𝑟= 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎=12192𝑚𝑚 2896𝑚𝑚 =𝟒,𝟐𝟏→𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜,𝒄𝒑=𝟎,𝟖. Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 113 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑒𝑙á𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜:𝟑,𝟒𝟓·𝟏𝟎𝟖 𝑵/𝒎𝟐 Alturas Esbeltez 𝒒𝒃 [𝑵 𝒎𝟐] 𝒄𝒆 𝒄𝒑 𝒒𝒆 [𝑵 𝒎𝟐] 1 4,21 756,9 2,2 0,8 1332,14 2 2,10 756,9 2,5 0,8 1513,80 3 1,40 756,9 2,7 0,8 1634,90 4 1,05 756,9 2,9 0,8 1756,01 5 0,84 756,9 3,0 0,8 1816,56 6 0,70 756,9 3,1 0,8 1877,11 7 0,60 756,9 3,2 0,7 1695,46 8 0,53 756,9 3,3 0,7 1748,44 9 0,47 756,9 3,4 0,7 1801,42 10 0,42 756,9 3,5 0,7 1854,41 Tabla A3.1 Coeficientes y presión ejercida por el viento según las alturas de la construcción con contenedores (Fuente: Propia) • Para la disposición vertical: Calculamos la constante de la acción dinámica del viento: 𝑞𝑏=0,5·1,25·34,82=𝟕𝟓𝟔,𝟗 𝑵 𝒎𝟐 Para un único contenedor, calculamos la fuerza del viento perpendicular a la superficie: 𝑞𝑒=756,9 𝑁 𝑚2·2,9·0,7=𝟏𝟓𝟑𝟔,𝟓𝟏 𝑵 𝒎𝟐 𝐸𝑠𝑏𝑒𝑙𝑡𝑒𝑧 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑒𝑑𝑜𝑟= 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎=2896𝑚𝑚 12192𝑚𝑚=𝟎,𝟐𝟒→𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜,𝒄𝒑=𝟎,𝟕. 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑒𝑙á𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜:𝟑,𝟒𝟓·𝟏𝟎𝟖 𝑵/𝒎𝟐 Anexos 114 A4. Resultados obtenidos con el programa MEFI en las simulaciones Debemos especificar en el programa las propiedades de área e inercia de su sección: 𝐼𝑧=1 12·𝑏·𝑎3−1 12·𝑏′·𝑎′3=1 12·0,06·0,053−1 12·0,03·0,023=𝟔,𝟎𝟓·𝟏𝟎−𝟕 𝒎𝟒 Á𝑟𝑒𝑎=𝑎·𝑏−𝑎′·𝑏′=0,05·0,06−0,02·0,03=𝟐,𝟒·𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝟐 Figura A.4.2 Vista de la pantalla del programa para el contenedor situado transversalmente en el centro de las vigas superiores (Fuente: Propia) a a’ b’ b Figura A4.5.5.1 Sección de la viga (Fuente: Propia) Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 115 Primera configuración (dos contenedores de base): Figura A4.3 Resultados de la primera configuración (Fuente: Propia) Segunda configuración (3 contenedores de base): Figura A4.4 Resultados de la segunda configuración (Fuente: Propia) Anexos 116 Tercera configuración (4 contenedores de base): Figura A4.5 Resultados de la tercera configuración (Fuente: Propia) Cuarta configuración (5 contenedores de base): Figura A4.6 Resultados de la cuarta simulación (Fuente: Propia) Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 117 • Contenedores apilados transversalmente en un extremo de las vigas superiores 𝑈𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑒𝑑𝑜𝑟 𝑣𝑎𝑐í𝑜 𝑒𝑗𝑒𝑟𝑐𝑒 𝑢𝑛𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑢 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒:4200 𝑘𝑔·9,81 𝑚/𝑠2 4 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 =𝟏𝟎𝟑𝟎𝟎,𝟓 𝑵 4200 𝑘𝑔·9,81 𝑚/𝑠2 8 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 =𝟓𝟏𝟓𝟎,𝟐𝟓 𝑵 4200 𝑘𝑔·9,81 𝑚/𝑠2 12 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 =𝟑𝟒𝟑𝟑,𝟓 𝑵 4200 𝑘𝑔·9,81 𝑚/𝑠2 16 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 =𝟐𝟓𝟕𝟓,𝟏𝟑 𝑵 4200 𝑘𝑔·9,81 𝑚/𝑠2 20 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 =𝟐𝟎𝟔𝟎,𝟏 𝑵 Primer escenario (1 contenedor de base): Figura A4.7 Resultados del primer escenario (Fuente: Propia) Anexos 118 Segundo escenario (2 contenedores de base): Figura A4.8 Resultados del segundo escenario (Fuente: Propia) Tercer escenario (3 contenedores de base): Figura A4.9 Resultados del tercer escenario (Fuente: Propia) Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 119 Cuarto escenario (4 contenedores de base): Figura A4.10 Resultados del cuarto escenario (Fuente: Propia) Quinto escenario (5 contenedores de base): Figura A4.11 Resultados del quinto escenario (Fuente: Propia) Anexos 120 A5. Incremento anual de los TEU (Impacto ambiental) Figura A5.1 Datos y obtención del promedio del incremento anual (Fuente: Propia) Año TEU Incremento anual 2000 41051632 2001 42672228 1,039477018 2002 46785653 1,096395834 2003 51632029 1,103586798 2004 59654992 1,155387328 2005 63373218 1,062328832 2006 67710907 1,068446721 2007 81299855 1,20069068 2008 81986205 1,008442204 2009 70521473 0,86016267 2010 74006533 1,049418423 2011 80049698 1,081657183 2012 82258685 1,027595195 2013 83890894 1,019842391 2014 87297327 1,040605516 2015 86492580 0,990781539 2016 89475750 1,034490473 2017 94505905 1,056218081 2018 99115638 1,048777195 2019 100824745 1,017243566 2020 97754764 0,969551314 2021 103780574 1,061642111 2022 100270403 0,966176994 Promedio del incremento anual: 1,043587185 Contenedores de segunda mano por año: 0,004986516 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 121 A6. Propiedades físicas del contenedor diseñado en SolidWorks Masa = 4237.58 kilogramos Volumen = 1.06 metros cúbicos Área de superficie = 410.81 metros cuadrados Centro de masa: ( metros ) X = -0.30 Y = -0.44 Z = -4.29 Ejes principales de inercia y momentos principales de inercia: ( kilogramos * metros cuadrados ) Medido desde el centro de masa. Ix = ( 0.00, 0.01, 1.00) Px = 8980.53 Iy = ( 0.00, -1.00, 0.01) Py = 72426.30 Iz = ( 1.00, 0.00, 0.00) Pz = 73906.20 Momentos de inercia: ( kilogramos * metros cuadrados ) Obtenidos en el centro de masa y alineados con el sistema de coordenadas de resultados. (Usando notación tensorial positiva.) Lxx = 73906.20 Lxy = -0.76 Lxz = 1.61 Lyx = -0.76 Lyy = 72423.34 Lyz = 433.07 Lzx = 1.61 Lzy = 433.07 Lzz = 8983.48 Anexos 128 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 129 Anexos 130 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 131 Contenedores apilados sobre sus cantoneras: FRONTAL DELANTERO Y PUERTAS Anexos 132 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 133 Anexos 134 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 135 Anexos 136 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 137 Contenedores apilados sobre sus cantoneras: CHAPA LATERAL (ACCIÓN DEL VIENTO) Anexos 144 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 145 Anexos 146 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 147 Anexos 148 Contenedor en vertical: FRONTAL Y CHAPA POSTERIORES Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 149 Anexos 150 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 151 Anexos 152 Análisis de los contenedores marítimos y estudio para su reutilización 153 Contenedor en vertical: PESO SOBRE EL FRONTAL Y CHAPA POSTERIOR