Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo de Fin de Grado Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Autor: Álvaro Tébar Adorna Tutor: Rafael Valenzuela García Dpto. Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 Trabajo de Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Autor: Álvaro Tébar Adorna Tutor: Rafael Valenzuela García Dpto. de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 Trabajo de Fin de Grado: Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Autor: Álvaro Tébar Adorna Tutor: Rafael Valenzuela García El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2020 El secretario del Tribunal A mi abuela, mi segunda madre. A mis padres y mi familia. A mis profesores. A quienes alguna vez confiaron en mí. Agradecimientos Quisiera dedicar estas palabras a mi familia, porque lo que hoy soy no es si no gracias a ellos. Pero también a mis amigos por estar siempre. A mis profesores por su paciencia y su vocación por enseñar, en especial a los departamentos de Construcción y de Estructuras. Y, por último, a la Universidad de Sevilla y su magnífica labor durante esta crisis sanitaria provocada por el COVID-19. Álvaro T. Adorna Sevilla, 2020 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Antecedentes. Capacidad de carga admisible en medio muy fracturado [Geosymsa]. 5 Tabla 2: Antecedentes. Capacidad de carga admisible a profundidad [Geosymsa]. 5 Tabla 3: Referencias operacionales. Dimensiones de aplicación. Camión bitren 60 Tm [Elaboración propia]. 9 Tabla 4: Referencias operacionales. Dimensiones de aplicación. Buques graneleros [Elaboración propia]. 10 Tabla 5: Alternativa de almacenamiento 1. Cuadro resumen de presupuesto [Elaboración propia]. 15 Tabla 6: Alernativa de almacenamiento 2. Cuadro resumen de presupuesto [Elaboración propia]. 16 Tabla 7: Alternativa de almacenamiento 3. Cuadro resumen de presupuesto [Elaboración propia]. 17 Tabla 8: Tabla matriz de ponderación de las alternativas [Elaboración propia]. 18 Tabla 9: Cintas transportadoras. Parámetros básicos de cálculo [Elaboración propia]. 29 Tabla 10: Cuerpo del domo. Armado y espesores por tramos altura [Elaboración propia]. 48 Tabla 11: Losa de coronación. Armado y espesor por intervalos de radio [Elaboración propia]. 48 Tabla 12: Volumen y sistemas de almacenaje. Situaciones de alamacenaje 1 y 2 [Elaboración propia]. 61 Tabla 13: Volumen y sistemas de almacenaje. Situaciones de alamacenaje 3 y 4 [Elaboración propia]. 61 Tabla 14: Dimensiones de las propuestas. Hoja de cálculo [Elaboración propia]. 61 Tabla 15: Número de elementos básicos del sistema de recepción. Hoja de cálculo [Elaboración propia]. 65 Tabla 16: Metodología S.L.P. Tabla relacional de actividades [Elaboración propia]. 70 Tabla 17: Metodología S.L.P. Códigos indicadores de motivos [Elaboración propia]. 70 Tabla 18: Metodología S.L.P. Códigos indicadores de relación [Departamento de Construcción ETSI Sevilla]. 70 Tabla 19: Cintas transportadoras. Factor de anchura de banda, Cb [Ingemecanica]. 79 Tabla 20: Cintas transportadoras. Factor de longitud de banda, Cl [Ingemecanica]. 79 Tabla 21: Cintas transportadoras. Factor de servicio, Kf [Ingemecanica]. 80 Tabla 22: Cintas transportadoras. Potencias de equipos auxiliares [Ingemecanica]. 81 Tabla 23: Parámetros de diseño de cintas transportadoras. Hoja de cálculo [Elaboración propia]. 83 Tabla 24: Parámetros de potencia de cintas transportadoras. Hoja de cálculo [Elaboración propia]. 84 Tabla 25: Dimensionamiento del silo Domo. Hoja de cálculo. [Elaboración propia]. 91 Tabla 26: Clasificación de las cubiertas en categorías [UNE EN-1991-1-1]. 95 Tabla 27: Sobrecargas en cubiertas de categoría H [UNE EN-1991-1-1]. 95 Tabla 28: Corrección de propiedades del material [Elaboración propia]. 97 Tabla 29: Cálculo de las presiones de llenado sobre el cuerpo en función de la altura [Elaboración propia]. 99 Tabla 30: Giro de las presiones de llenado sobre el cuerpo [Elaboración propia]. 100 Tabla 31: Acción de llenado del material sobre el cuerpo en ejes locales [Elaboración propia]. 100 Tabla 32: Acción de llenado y vaciado del material almacenado sobre el fondo [Elaboración propia]. 103 Tabla 33: Caga de viento. Velocidades de diseño por el criterio local [Elaboración propia]. 105 Tabla 34: Carga de viento. Factores de forma C [RNE E.020]. 107 Tabla 35: categorías de terrenos y parámetros [UNE-EN 1991-1-4]. 108 Tabla 36: Cálculo de las presiones de viento en función de la altura [Elaboración propia]. 109 Tabla 37: Coeficientes de fricción para superficies de cubiertas [UNE EN-1991-1-4]. 111 Tabla 38: Situaciones de proyecto y disposiciones de carga de nieve [UNE EN 1991-1-3]. 114 Tabla 39: Valores recomendados de Ce para diferentes topografías [UNE-EN 1991-1-3]. 115 Tabla 40: Factores de zona para sismos [RNE]. 117 Tabla 41: Parámetros del suelo para sismos [RNE]. 118 Tabla 42: Coeficiente de uso e importancia según la categoría de la edificación [RNE]. 119 Tabla 43: Coeficiente de reducción para estructuras regulares [RNE]. 119 Tabla 44: Combinación de cargas. Coeficientes parciales de seguridad y simultaneidad [Elaboración propia]. 121 Tabla 45: Cuerpo del domo. Espesores y áreas de refuerzo mínimo en cada sección [Elaboración propia]. 129 Tabla 46: Losa de cumbre. Espesores y áreas de refuerzo mínimo en cada sección [Elaboración propia]. 130 Tabla 47: Barras de acero corrugadas normalizadas. Propiedades [Ingeniería Civil]. 130 Tabla 48: Cuerpo del domo. Armado y espesores por tramos altura [Elaboración propia]. 131 Tabla 49: Losa de coronación. Armado y espesor por tramos [Elaboración propia]. 131 Tabla 50: Estructura del domo. Reacciones máximas en apoyos [Elaboración propia]. 132 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Localización. Costa Norte de la Península de Illescas, Perú [Google Earth]. 2 Ilustración 2: Localización. Vista del Puerto de Bayóvar y zona de parcela ocupada [Google Earth]. 3 Ilustración 3: Meteorología. Precipitación mensual promedio en Sechura, Perú [Weather Spark]. 6 Ilustración 4: Meteorología. Dirección del viento promedio en Sehura, Perú [Weather Spark]. 7 Ilustración 5: Meteorología. Dirección del viento promedio en Sechura, Perú [Weather Spark]. 7 Ilustración 6: Meteorología. Temperaturas máximas y míminas promedio en Sechura, Perú [Weather Spark]. 8 Ilustración 7: Meteorología. Niveles de comodidad de humedad y de humedad relativa promedio en Sechura, Perú [Weather Spark]. 8 Ilustración 8: Referencias operacionales. Detalle de modelo de camión bitren 60 Tm [Volvo Trucks]. 9 Ilustración 9: Tramo de uso de carretera 4 de la provincia de Sechura, Perú [Google Earth]. 10 Ilustración 10: Referencias operacionales. Detalle de buque granelero tipo Capesize. [Nautic Expo]. 11 Ilustración 11:Referencias operacionales. Detalle de muestra de fosfato sódico [clorurodesodio.org]. 11 Ilustración 12: Pictogramas de corrosivo e irritante de la GHS. 12 Ilustración 13: Alternativa de almacenamiento 1. Croquis de la solución [Elaboración propia]. 15 Ilustración 14: Alternativa de almacenamiento 2. Detalle de silo domo [Geometrica]. 16 Ilustración 15: Alternativa de almacenamiento 2. Croquis de solución [Elaboración propia]. 16 Ilustración 16: Alternativa de almacenamiento 3. Detalle de silos de hormigón armado [Ghenova]. 17 Ilustración 17: Alternativa de almacenamiento 3. Croquis de la solución [Elaboración propia]. 17 Ilustración 18: Nota de planos. Diferencia entre planos de referencia de la obra [Elaboración propia]. 23 Ilustración 19: Vehículos de transporte. Ficha técnica [Ghenova]. 25 Ilustración 20: Cintas transportadoras. Croquis del sistema [Elaboración propia]. 29 Ilustración 21: Terminal marítimo de carga. Estructura tipo con pilotes y superestructura [Structuralia]. 34 Ilustración 22: Terminal marítimo de carga. Detalle de plano de alzado tipo [Ghenova]. 34 Ilustración 23. Modelo de elementos finitos. Estructura laminar domo [SAP2000]. 44 Ilustración 24: Modelo de elementos finitos. Estructura y cimentación [SAP2000]. 45 Ilustración 25. Modelos de elementos finitos. Losas de fondo de silo [SAP2000]. 45 Ilustración 26: Proceso constructivo: Detalle de excavación de fondo [Ghenova/Berenguer]. 51 Ilustración 27: Proceso constructivo. Detalle de fijación de la membrana [EstructurasDomo]. 53 Ilustración 28: Proceso constructivo. Detalle de montaje de armaduras [Ghenova/Berenguer]. 55 Ilustración 29: Proceso constructivo. Detalle de proyección de hormigón [EstructurasDomo]. 55 Ilustración 30: Metodología S.L.P. [Departamento de Construcción ETSI Sevilla]. 67 Ilustración 31: Metodología S.L.P. Diagrama de recorrido sencillo. 69 Ilustración 32: Metodología S.L.P. Diagrama relacional de recorridos y actividades [Elaboración propia]. 71 Ilustración 33: Metodología S.L.P. Diagrama – croquis de espacios distribuídos [Elaboración propia]. 74 Ilustración 34: Cintas transprortadoras. Sección transversal del material sobre la cinta [Ingemecanica]. 77 Ilustración 35: Dimensionamiento del silo. Patrones de flujo en silos [UNE EN-1991-4]. 87 Ilustración 36: Límites entre los tipos de flujo en tolvas en cuña [UNE-EN 1991-4]. 88 Ilustración 37: Presiones sobre silos de sección cilíndrica [UNE-EN 1991-4]. 96 Ilustración 38: Cargas de presión del material sobre el fondo [UNE-EN 1991-4]. 101 Ilustración 39: Carga de viento. Mapa eólico de velocidades básicas de Perú [RNE E.020]. 106 Ilustración 40: Valores recomendados del factor de forma [UNE EN-1991-1-4]. 111 Ilustración 41: Ámbito de ocurrencia de nevadas [CENEPRED Perú]. 113 Ilustración 42: Cargas de nieve sobre cúpulas y arcos [RNE]. 114 Ilustración 43: Coeficientes de forma para carga de nieve en cubiertas cilíndricas [UNE-EN 1991-1-3]. 116 Ilustración 44: Mapa de zonas sísmicas de Perú [RNE]. 117 Ilustración 45: Espectro de respuesta sísmica según la Norma E.030 [SAP2000]. 120 Ilustración 46: Estructura del domo. Planta y perspectiva del modelo de elementos finitos [SAP2000]. 125 Ilustración 47: Estructura del domo. Perspectiva de corte del modelo de elementos finitos [SAP2000]. 126 Ilustración 48: Estructura del domo. Área de refuerzo circunferencial mínima, Ast1 [SAP2000]. 127 Ilustración 49: Estructura del domo. Área de refuerzo meridional mínima, Ast2 [SAP2000]. 127 Ilustración 50: Estructura del domo. Área mínima de refuerzo meridional, Ast2 [SAP2000]. 128 Ilustración 51: Zapata corrida. Modelo de comportamiento de zapata bajo muro [Universidad de Sevilla]. 136 Ilustración 52: Zapata corrida. Relación de resultantes [Departamento de Construcción ETSI Sevilla]. 137 Ilustración 53: Zapata simple. Método de Meyerhof [Departamento de Construcción ETSI Sevilla]. 137 Ilustración 54: Zapata corrida. Resultantes en vuelco [Departamento de Construcción ETSI Sevilla]. 139 Ilustración 55: Prespectiva del modelo de elementos finitos de la estructura con cimentación [SAP2000]. 141 Ilustración 56: Zapata anular. Momento flector vertical, M3. Error de modelado [SAP2000]. 142 Ilustración 57: Zapata anular. Axil máximo, N, para cargas estáticas [SAP2000]. 142 Ilustración 58: Zapata anular. Axil máximo, N, para cargas sísmicas [SAP2000]. 143 Ilustración 59: Zapata anular. Sección transversal y armado longitudinal [SAP2000]. 143 Ilustración 60: Zapata corrida. Modelo de bielas y tirantes para el refuerzo de una zapata rígida [EHE-08]. 144 Ilustración 61: Fondo de silo: superficies cónicas. Modelo de elementos finitos [SAP200]. 148 Ilustración 62: Fondo de silo: superficies cónicas. Refuerzo circunferencial, Ast1, en la cara exterior en situación estática [SAP2000]. 149 Ilustración 63: Fondo de silo: superficies cónicas. Refuerzo en dirección generatriz, Ast2, en la cara interior en situación estática [SAP2000]. 150 Ilustración 64: Fondo de silo: superficies cónicas. Refuerzo circunferencial, Ast1, en situación sísmica [SAP2000]. 150 Ilustración 65: Fondo de silo: superficies cónicas. Refuerzo en dirección generatriz, Ast2, en situación sísmica [SAP2000]. 151 Ilustración 66: Fondo de silo: paredes de tolva. Modelo de elementos finitos [SAP200]. 152 Ilustración 67: Fondo de silo: superficies cónicas. Refuerzo circunferencial, Ast1, en la cara exterior en situación estática [SAP2000]. 153 Ilustración 68: Fondo de silo: superficies cónicas. Refuerzo en dirección generatriz, Ast2, en la cara interior en situación estática [SAP2000]. 154 Planteamiento y Alcance Este Trabajo de Fin de Grado se basa en la recreación un antiguo Proyecto real de una planta industrial de almacenamiento y expedición en barco de fosfato sódico situada en Bayóvar, Perú, llevado a cabo por varias empresas en el año 2014, para la explotación de las minas de la provicia de Sechura. El Proyecto de Detalle abarca un total aproximado de 5000 horas de trabajo. Es por ello por lo que este TFG representa y tiene carácter de Anteproyecto de este, ya que, aunque se presta a la definición y justificación completa de la instalación industrial, se centra en el estudio, cálculo y diseño general de las instalaciones principales, otorgando especial atención y mayor desarrollo al sistema de almacenamiento. En este sentido, el Trabajo se presenta como un proyecto de cálculo estructural y diseño constructivo de uno de los domos silos que forman el sistema de depósito del metrial, pues supone también la razón de ser de la obra industrial. 1 1 MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1 Introducción y Objeto del Proyecto El presente Proyecto tiene por objeto la descripción y justificación en Memoria de la construcción de la instalación de recepción, almacenamiento y carga en terminal marítimo de material fosfato sódico situada en Bayóvar, Perú, centrando el estudio en el área productiva de la planta industrial. En especial, el Proyecto se concentra en el diseño, predimensionamiento y construcción de los espacios de almacenamiento del material: domos silos. Para ello, en primer lugar, y en base a los términos de referencia y requerimientos del cliente, así como condicionantes legales, locacionales y otros antecedentes, se define la línea de producción de la instalación, que la comprenden los sistemas desde la entrada por tierra hasta la salida por mar del material. El actual Documento (1), junto con el Anejo de Cálculo A, recoge la Ingeniería Básica, cumpliendo las condiciones y especificaciones técnicas y de diseño propuestas, para el desarrollo y la implantación de la instalación. El Documento 2 contiene la memoria constructiva de los domos de almacenamiento: se describe y justifica la solución estructural y constructiva adoptada, los datos de obra y el proceso de construcción. El Anejo B agrupa los cálculos relativos al predimensionamiento, cálculo y diseño de las estructuras. Adjuntos a estos documentos se incorporan Pliego de condiciones técnicas, Mediciones y Presupuesto y Planos de obra. Memoria descriptiva 8 Ilustración 6: Meteorología. Temperaturas máximas y míminas promedio en Sechura, Perú [Weather Spark]. Se observa una variación de temperatura anual no demasiado importante, aunque la diferencia de temperatura máxima durante el día es de 7 ºC. Se deberá estudiar su influencia sobre construcciones y estructuras. • Humedad En Sechura la humedad relativa y percibida varía extremadamente, alcanzando niveles de saturación muy elevados a principios de año. Ilustración 7: Meteorología. Niveles de comodidad de humedad y de humedad relativa promedio en Sechura, Perú [Weather Spark]. 9 9 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 1.2.2 Referencias operacionales 1.2.2.1 Recepción La llegada del material fosfato sódico se realiza desde la planta de refino situada a 40 km de Bayóvar. Un volumen másico mínimo requerido de 8.000 Tm/día, transportado en camiones bitren, se recibirán en la costa de Bayóvar de manera constante, en 2 turnos. Supondrá una jornada de 16 horas, 5 días a la semana y 245 días año. Los vehículos bitren que deberán utilizarse se caracterizan por su capacidad de hasta 60 Tm por camión, de entre 25 y 35 m de largo y entre 7 y 11 ejes, que dependerá de los volquetes de descarga lateral con accionamiento hidráulico a seleccionar. Ilustración 8: Referencias operacionales. Detalle de modelo de camión bitren 60 Tm [Volvo Trucks]. Modelo Bitren 60 Tm Largo completo / volquetes (m) Alto (m) Ancho (m) FH 460 / 500 / 540 6x2T 34 / 30 4 2,5 Tabla 3: Referencias operacionales. Dimensiones de aplicación. Camión bitren 60 Tm [Elaboración propia]. La carretera que une la refinería con la planta se trata de una vía convencional, por donde de los vehículos de carga tienen permitida una velocidad máxima de 80 km/h en Perú. El tramo de la carretera número 4 de la provincia de Sechura, que recorre el norte de la Península de Illescas, tiene una longitud aproximada de 45 km. Memoria descriptiva 10 Ilustración 9: Tramo de uso de carretera 4 de la provincia de Sechura, Perú [Google Earth]. 1.2.2.2 Distribución El despacho de material en terminal marítimo tendrá un volumen másico máximo por buque de 180.000 Tm y de al menos 120.000 Tm, con un número de buques a cargar por año de tal forma que una cantidad de al menos 2.000.000 Tm sea expedida. La velocidad de carga mínima exigida por el cliente es de 3.000 Tm/h y el objetivo anual es de entre 2 y 2,5 millones de toneladas de fosfato sódico. La planta estará disponible 365 días al año, las 24 horas del día. Los ships graneleros encargados de la expedición de fosfatos serán de gran calado. La accesibilidad de la costa de Bayóvar y la alta demanda del producto permiten el trabajo con buques tipo Capesize (ilustración 1-10) y Superpanamax, para las cargas máximas y mínimas, respectivamente. Las dimensiones usuales de estos tipos se muestran en la tabla 1-4: Tipo Capacidad (Tm) Eslora (m) Manga (m) Calado máx. (m) Capesize 180.000 300 50 18,5 Superpanamax 120.000 200 42 14,6 Tabla 4: Referencias operacionales. Dimensiones de aplicación. Buques graneleros [Elaboración propia]. 11 11 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Ilustración 10: Referencias operacionales. Detalle de buque granelero tipo Capesize. [Nautic Expo]. Las maniobras de los barcos barco en amarres se realizará con los propios motores del barco y la asistencia de al menos dos remolcadores: Atraque, amarre, desamarre. La distancia libre entre la quilla del barco y el fondo del mar está en el orden del 12% del calado del buque. 1.2.2.3 Material El fosfato de sodio es una sal inorgánica cuya fórmula química es Na3PO4. También recibe los nombres de fosfato trisódico (TSP por sus siglas en inglés: Trisodium Phosphate), o fosfato de sodio tribásico, debido a que carece por completo de la capacidad de donar iones hidrógeno. El fosfato que se expedirá será empleado en usos alimenticios, medicinales y, sobre todo, para la fabricación de detergentes. Ilustración 11:Referencias operacionales. Detalle de muestra de fosfato sódico [clorurodesodio.org]. Sus propiedades físicas, de interés para el Proyecto, son las siguientes: • Densidad 2,536 g/cm3 a 17,5 ºC, como anhidro (sin hidratar). Memoria descriptiva 12 • Densidad aparente 1,4 – 1,6 Tm/m3 • Ángulo de rozamiento interno (de reposo) 26 º • Granulometría 53 µm/425 µm • Punto de fusión y de ebullición 1,583 ºC y 100 ºC, como anhidro y como dodecahidrato, respectivamente. • Solubilidad en agua y estabilidad 14,5 g/100 mL a 25 ºC, por lo cual se le considera un fosfato bastante soluble en agua (insoluble en solventes orgánicos como el etanol y el disulfuro de carbono). Es un sólido higroscópico, es decir, capaz de absorber agua en forma de vapor (humedad) del ambiente. • pH Es una sal fuertemente alcalina, cualidad que le sirve para ser utilizado como aditivo en los detergentes. Los peligros para el hombre y el ambiente de este compuesto son los que siguen: - Altamente corrosivo: puede atacar o destruir metales y otras superficies. - Irritante: efectos adversos en dosis altas, como quemadueras cutáneas, ceguera en caso de contacto ocular y daño serio en pulmones en caso de inhalación. Ilustración 12: Pictogramas de corrosivo e irritante de la GHS. - Otros: o Reactividad baja: puede reaccionar violentamiente con altas dosis de agua u otros ácidos para liberar calor. o Riesgo eléctrico en ambientes húmedos: en presencia de líneas de alta tensión, representan ambientes explosivos (fenómenos de electricidad estática). 13 13 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 1.3 Normativa aplicable El marco normativo de aplicación y cumplimiento por parte del Proyecto a nivel general, de implantación y diseño, de ejecución y de explotación se basa en los siguientes apartados: • Decreto Supremo Nº 011-2006 – Reglamento Nacional de Edificaciones. • Ley Nº 27943 – Ley del Sistema Portuario Nacional. • Compendio de la Legislación Ambiental Peruana. • Decreto Supremo N° 42-F – Reglamento de Seguridad Industrial. • Decreto Supremo Nº 029-65-DGS – Reglamento para la Apertura y Control Sanitario de Plantas Industriales. Se deberán cumplir las estipulaciones y requisitos mínimos establecidos por este marco, debiéndose documentar en el Proyecto de Detalle. Es aplicable a lo expuesto en este Documento (con validez para aprobarse o llevarse al siguiente nivel de estudio) y a futuras posibles consideraciones. El uso de otros códigos, reglamentos o instrucciones (que sea de uso) que será posible, siempre que se cumplan y exista concordancia con las leyes y normativas locales. La normativa peruana, al igual que en otros Estados de Centro y Sur América, acepta y deriva en instrucciones técnicas norteamericanas: ACI, AISC, AASHTO. No a nivel de implantación, pero sí de definición del sistema de almacenamiento (objeto principal), en este Documento se opta por el uso de librerías europeas y españolas, en conjunto o sustitución con las locales, a las que su autoría se encuentra más familiarizada. Memoria descriptiva 14 1.4 Estudio y selección de alternativas Este apartado resume el estudio de alternativas de almacenamiento de fosfato sódico en el Puerto de Bayóvar, de cara a y que supedita a la selección del tipo de instalación industrial que ofrezca la mejor solución en la mayoría de aspectos: económico, práctico, constructivo, estético… 1.4.1 Criterio de diseño El criterio empleado para el dimensionamiento de la instalación es el siguiente: se diseña la planta de depósito de fosfato sódico para cubrir demandas de cualquier tipo de buque entre los que realizan la expedición marítima, con una tolerancia de hasta 1 semana (7 días naturales) de retrasos; en caso de superarse este tiempo, el acopio del material se realizará sobre explanada en interperie. La capacidad másica mínima de almacenamiento se ha estimado en 200.000 Tm, que se traduce en al menos 142.000 m3 de fosfato sódico (densidad aparente menor: 1,4 Tm/m3). Los cálculos para las distintas situaciones posibles de recepción y distribución de material se encuentran en el apartado 1 del Anejo de Cálculo A. 1.4.2 Consideraciones previas - En el apartado 1 del Anejo A se encuentran además los cálculos y relaciones de dimensiones y volúmenes de almacenamiento de cada propuesta que se plantea. - Se realiza una medición genérica de cada solución estudiada, con objeto de facilitar sus presupuestos. - Tanto precios como unidades son orientativos para cada configuración de estudio; han de ser objeto de estudio – sea trabajo de este Proyecto o del siguiente nivel – con el fin de poder aseverarlos con seguridad. - En el sentido de lo expuesto, no se detallan precios de equipos singulares. - Es necesario el estudio estructural, así como sísmico y ambiental, de cada una de las propuestas; no obstante, se considera que variaciones dimensionales en las alternativas no serán determinantes a la hora de la selección definitiva. 1.4.3 Propuesta 1: Almacén en Nave Solución de almacenamiento en nave de capacidad 200.000 Tm, de estructura metálica y de planta rectangular y sección transversal triangular aporticada, 16,5 x 70 x 350 m. 15 15 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Ilustración 13: Alternativa de almacenamiento 1. Croquis de la solución [Elaboración propia]. Esta propuesta consiste en la descarga y depósito del material (proveniente del sistema de recogida) en una nave de almacenamiento, mediante una cinta transportadora que recorre el interior de su cumbrera, provista de un tolvín by-pass que permite seleccionar el punto de precipitación del fosfato. Pese a que se trata de una solución clásica, la forma en la que el material reposa, formando dos taludes con el ángulo natural del fosfato sódico – excepto en los extremos de la nave, donde se forman los llamados “conos” - da lugar a la sección triangular con la que se proyecta la nave longitudinalente, siendo esta última su mayor dimensión. La salida se produce a lo largo de un lateral de la nave, donde se instala un sistema de tolva-cinta; aunque se le da cierta pendiente a la solera, es necesario en este caso equipos de fuerza para el empuje el material hacia el costado. El presupuesto aproximado de la alternativa 1 es el siguiente: Tabla 5: Alternativa de almacenamiento 1. Cuadro resumen de presupuesto [Elaboración propia]. 1.4.4 Propuesta 2: Almacén tipo Domos Solución de almacenamiento en 2 domos (cúpulas semiesféricas) de 100.000 Tm., de estructura de hormigón armado y de radio 31 m y fondo a 14 m. Concepto Medición P. Unitario (USD) P. Toltal (USD) m3 Excavación y saneamiento 24.500,00 10,00 USD 245.000,00 USD m3 Solera-Losa 1 m 60 Kg B-500S / m3 24.500,00 200,00 USD 4.900.000,00 USD Kg/m2 Estructura 1.100.000,00 4,00 USD 4.400.000,00 USD m2 Cubierta-Cerramiento 28.300,00 40,00 USD 1.132.000,00 USD Ud Varios Construcción 1,00 1.000.000,00 USD 1.000.000,00 USD Ud Instalaciones auxiliares 1,00 2.000.000,00 USD 2.000.000,00 USD Total 13.677.000,00 USD Memoria descriptiva 16 Ilustración 14: Alternativa de almacenamiento 2. Detalle de silo domo [Geometrica]. La segunda alternativa comprende una solución innovadora al depósito de fosfato, y con una serie de ventajas adicionales (ver apartado 1.4.6), paralelas a las que supone la forma semiesférica de la construcción: gran aprovechamiento del volumen y del espacio utilizados. La entrada del material proveniente del sistema de recogida tiene lugar por la cumbre del domo – donde un castillete cilíndrico abierto aloja la tolva de recogida del material proveniente de la cinta de carga –, mientras que la evacuación del fosfato ocurre en el fondo, proyectado en forma de tronco de cono con galería subterránea inferior (donde se instala una cinta transportadora de salida común a ambos domos) y paso mediante válvulas de compuerta. Se trata de una solución con salida por gravedad. Ilustración 15: Alternativa de almacenamiento 2. Croquis de solución [Elaboración propia]. El presupuesto estimado completo para esta alternativa se obtiene de la empresa Estructuras Domo y es el siguiente: Tabla 6: Alernativa de almacenamiento 2. Cuadro resumen de presupuesto [Elaboración propia]. 1.4.5 Propuesta 3: Almacén en Silos Solución de almacenamiento en 4 silos de 50.000 Tm, con fondo subterráneo y de estructura de hormigón armado, de radio 16,2 m, altura 40,5 m y fondo a 8,5 m. Concepto Medición P. Unitario (USD) P. Toltal (USD) Ud Domo silo de almacenamiento R 31 m, 100.000 Tm 2,00 6.000.000,00 USD 12.000.000,00 USD 17 17 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Ilustración 16: Alternativa de almacenamiento 3. Detalle de silos de hormigón armado [Ghenova]. Esta propuesta es del mismo tipo que la anterior, con evacuación del material por gravedad. Se trata de una solución clásica a grandes almacenamientos de material a granel. Ilustración 17: Alternativa de almacenamiento 3. Croquis de la solución [Elaboración propia]. La entrada y salida del material en ellos se realiza de forma casi idéntica a la solución con Domos, exceptuando la distribución y número de cintas y galerías (mayor complejidad constructiva). El presupuesto aproximado de la alternativa 3 es el siguiente: Tabla 7: Alternativa de almacenamiento 3. Cuadro resumen de presupuesto [Elaboración propia]. 1.4.6 Solución adoptada Concepto Medición P. Unitario (USD) P. Toltal (USD) m3 Excavación y saneamiento 29.080,15 20,00 USD 581.603,05 USD m3 Solera Fondo 1,25 m 60 Kg B-500S / m3 7.991,03 200,00 USD 1.598.206,72 USD m2 Muros pantalla 1,5 m 50 Kg B-500S /m3 3.631,68 250,00 USD 907.920,28 USD m3 Hormigón armado 70 Kg B-500S / m3 25.879,50 350,00 USD 9.057.824,23 USD m2 Cubierta 3.936,92 60,00 USD 236.215,09 USD Ud Varios Construcción 1,00 1.000.000,00 USD 1.000.000,00 USD Ud Instalaciones auxiliares 1,00 1.500.000,00 USD 1.500.000,00 USD Total 14.881.769,37 USD Memoria descriptiva 24 1.7 Sistemas de recepción y descarga El transporte del fosfato desde el lugar de origen, la planta de refino de Fosfatos del Pacífico, se realizará mediante vehículos bitren para hasta 60 toneladas durante una jornada de trabajo de 16 h, en orden de cubrir la demanda de almacenamiento proyectada de 8.000 toneladas al día. Los volquetes serán de cierre hermético para evitar emisiones durante los trayectos, e irán previstos de sistemas de sistema de descarga lateral con accionamiento hidráulico. La entrada de fosfato sódico en la planta se efectuará, previo paso de los vehículos por control y pesaje en báscula (también antes de abandonar la planta), en el interior de una nave de descarga y limpieza con el fin de preservar el no-contacto del producto con el ambiente. Se dispondrán en la nave 2 carriles de descarga y lavado de vehículos, que permiten el trabajo simultáneo de dos camiones. Tanto la nave como los carriles y elementos auxiliares tendrán las dimensiones necesarias para albergar los camiones bitren y su maniobra de descarga y posterior limpieza. Los volquetes serán de cierre hermético para evitar emisiones durante los trayectos, e irán previstos de sistemas de sistema de descarga lateral con accionamiento hidráulico. El material se precipitará en sistemas tolva-cinta de descarga, paralelas a carriles para vehículos pesados; las cintas estarán alojadas en galerías subterráneas, ejecutadas inmediatamente bajo las tolvas. Desde estos conductos se traslada el material hasta la cinta colectora de carga en almacén. Los cálculos a nivel básico acerca de los datos del sistema de recepción se adjuntan en el Anejo A-4. Se definen los elementos que forman el sistema: vehículos, nave, control de acceso y control de pesaje. 1.7.1 Vehículos de transporte Se dispondrán de un total de 24 camiones más 4 de reserva (28), con las siguientes características: • Tipo granelero bitren de 11 ejes. • Rango de potencia 480 - 560 CV (60 Tm) • 2 volquetes graneleros en “V”, con cierre superior de lona hermética. • 2 trenes de acoplamiento con descarga lateral con accionamiento hidráulico. La solución propuesta se presenta a modo d ficha técnica de modelo posible, en la figura 1-23. 25 25 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Ilustración 19: Vehículos de transporte. Ficha técnica [Ghenova]. 1.7.2 Nave de descarga y limpieza La nave constará de dos subespacios diferenciados, divida transversalmente a su eje longitudinal en dos partes iguales que albergan cada operación: • Lado de descarga: 20 x 30 m. Con dos muelles de descarga formados por carril para vehículos y tolva con subestructura metálica de cubertura de galería • Lado de limpieza: 16 x 30 m. Con dos carriles en prolongación de los anteriores y zonas de instalaciones de agua a presión. La estructura de la nave tendrá las siguientes características: • Material: acero laminado S-275. • Tipología: pórtico a dos aguas triarticulado en coronación y uniones a cimentación. • Pilares: perfiles HEB para • Vigas: perfiles IPE. • Correas de cubierta y laterales: perfiles UPN para correas de cubierta y laterales. • Cimentación y solera: zapatas corridas y soleras de hormigón armado. En el lado de descarga se deberá diseñar el apoyo de estas sobre bastidor de cintas, a su vez sobre galería. Los aspectos constructivos de mayor consideración son: • Cerramientos de la nave se compondrán de paneles de fachada formado por paneles alveolares Memoria descriptiva 26 prefabricados de hormigón pretensado. • Compuertas para vehículos de lona de PVC industrial aislante con cerramiento de chapa galvanizada para puertas de fachada. • Sistema de ventilación suficiente para garantizar la limpieza y condiciones de trabajo adecuadas en el interior de la nave y evitar la emisión de polvo de fosfato al ambiente. Presión negativa y filtros de polvo. Lo atribuído a la nave de descarga y limpieza podrá aplicarse al resto de naves con estrutura de pórticos metálicos (que se vayan a proyectar) de la planta. En este sentido se propone una tipología similar en todas las construcciones que lo permitan, excepto en edificio de oficinas y estructuras prefabricadas. 1.7.3 Control de acceso Para el control y la seguridad en el acceso a la planta industrial se instalará una única caseta, de características básicas: - Caseta de hormigón prefabricada. - Dimensiones: 3,5x7 m, planta única. - Control de dos carriles. - Acondicionamiento para vigilancia y seguridad. 1.7.4 Control de pesaje Para la medida del pesaje de entrada y salida en la planta industrial se instalarán dos básculas, una en cada sentido de circulación de camiones, de características: - Dimensiones 3,5x30 m (para camiones de doble acoplado). - Capacidad y tipo de tolerancia: 80 toneladas, C3. - Plataforma fija de hormigón armado. - Cimentación de pozo con losa. - Pesaje único (preferentemente, de celdas compartidas en toda la báscula) o de varios ejes. - Pesaje sin supervisión. 27 27 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 1.8 Sistema de almacenamiento La información se encuentra en la Memoria Constructiva del sistema de almacenamiento en domos, en el Documento 2. Memoria descriptiva 28 1.9 Sistema de cintas transportadoras 1.9.1 Características generales Se instalará una línea de transporte de fosfato sódico por el interior de la planta formado por 5 tramos de cintas distintos, más una serie de elementos complementarios. El uso de este sistema de traslado de material supone las ventajas de uso que siguen y justifican su elección: - Capacidad de transporte. - Adaptación al perfil del terreno y versatilidad. - Bajo consumo de energía. - Mínima degradación y buena protección del material transportado. - Fácil tarea de mantenimiento. A partir de su elección, se tratará de dar un diseño general al sistema que optimice el uso de de las bandas transportadoras. Esto se consigue aplicando los criterios que siguen: • Reducción del número de cintas: de forma inmediata, se observa que es posible instalar un recorrido único, excepto en la descarga de camiones, donde son necesarias dos bandas. • Minimización de las longitudes (y los codos) de cada tramo: se corresponderá con una disposición de los elementos de la instación lo más alineada posible. • Limitación de los cambios de cotas: tanto en ascenso como en descenso, inclinaciones conllevan aumentos de la potencia de accionamiento. Se aprovecha la pendiente en descenso de la costa • Apoyo de las cintas sobre el terreno: en la medida de lo posible, evitar tanto entibaciones para galerías subterráneas como estructuras aéreas de soporte del bastidor. El diseño del sistema de bandas transportadoras tiene la siguiente forma, donde se localizan los tramos designados por B-N, 29 29 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Ilustración 20: Cintas transportadoras. Croquis del sistema [Elaboración propia]. 1.9.2 Cintas transportadoras El Anejo A-4 se recogen el método y los cálculos de predimensionamiento y de potencias de las bandas transportadoras. Los criterios que se han seguido para satisfacer de forma holgada y con seguridad las exigencias de caudal de material por el cliente son los siguientes: - Cintas transportadoras de entrada a domos: con un caudal mínimo requerido de 8.000 Tm al día, se ha tomado como criterio el diseño de las cintas para cubrir éste en una jornada de trabajo de 8 horas en lugar de una – común – de 16. Se aplica, por tanto, un Factor de Seguridad (F.S.) de valor 2. - Cintas transportadoras de salida de domos: con un caudal de carga en barco de 3.000 Tm a la hora, se dimensionan con una capacidad portante un 15% superior al valor requerido. El Factor de Seguridad, en este caso es de 1,15. En la tabla 1-9 se recogen los resultados de los parámetros básicos de diseño de los tramos del sistema Capacidad nominal (Tm/h) Longitud (m) Desnivel (|Δx|) Velocidad nominal (m/s) Ancho de banda (mm) Artesa (º) Potencia absorbida (kW) Potencia de motores B-1 500,0 30,0 0,0 0,9 1.000,0 10,0 18,4 18,5 kW B-2 1.000,0 175,0 26,0 1,4 1.000,0 35,0 105,1 132 kW B-3 1.000,0 79,0 0,0 1,4 1.000,0 35,0 16,8 18,5 kW B-4 3.450,0 4,0 5,5 1,8 1.600,0 35,0 144,0 2x132 kW B-5 3.450,0 3,0 16,5 1,8 1.600,0 35,0 307,7 2x185 kW Tabla 9: Cintas transportadoras. Parámetros básicos de cálculo [Elaboración propia]. A partir de los datos de implantación se deberán dimensionar de sus elementos mecánicos. Cada tramo de cinta se compondrá de los siguientes: Memoria descriptiva 30 • Grupo de mando: o 1 motor eléctrico. o 1 acoplamiento hidráulico. o 1 reductor de ejes perpendicuaes. o 1 acoplamiento de baja. o 1 bancada de protección para elementos rotativos. • Cabeza motriz: o 1 tambor motriz y 1 adicional con 2 soportes de eje. o 3 rascadores, uno tipo Martin y uno fijo en cada tambor. o 1 bancada con carena de protección • Estación de reenvío (no necesaria en B-1 por cortedad): o 1 tambor de reenvío y 1 adicional con 2 soporte de eje. o 2 rascadores, uno en “V” y otro fijo en el tambor adicional. o 1 bancada con cerena de protección. • Estación tensora de husillo (en B-1): o 1 tambor de reenvío y 1 adicional con 2 soportes. o 1 rascador en “V” y 1 rascador fijo en el tambor adicional. o 2 tensores de husillo. o 1 bancada con la carena de protección. • Estación tensora de contrapeso (en B-2, B-3, B-4 y B-5): o 1 tambor tensor con 2 soportes de eje. o 2 tambores de desvío y 4 soportes. o 2 rascadores en “V” y 2 rascadores fijos en los tambores de desvío. o 1 contrapeso. o 1 chasis de la estación tensora con protección y plataforma de acceso. o Protección lateral en ambos lados. • Conjunto de estaciones: o Rodillos superiores amortiguadores y lisos. o Rodillos inferiores con aros de goma y lisos forrados. o Estaciones inferiores auto-centradoras y superiores de mayor artesa. • Conjunto de estructura: o Bastidor en toda la longitud. o Patas al suelo. • Conjunto de calderería: o 1 guía de carga. o 1 chapa entre ramales. o 1 tolvín de descarga con forro de acero inoxidable 31 31 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. • Banda: o 1 banda de, al menos, el doble de longitud que la cinta. • Dispositivos de seguridad: o Interruptores de tirón con cable en todo el largo. o 1 controlador de rotación o Interruptores de desalineación de banda. 1.9.3 Elementos auxiliaries 1.9.3.1 Conjuntos de extracción camión – tolva Cada conjunto de extracción está formado por: - Tolvín de transición de reducción acoplado bajo tolva de hormigón (ejecutada como parte de la solera de la nave) para encauzar el material hacia la cinta extractora, está formado por chapa creusabro, de espesor a determinar. - Cierre de barras necesario para labores de mantenimiento en cinta extractora mientras la tolva permanece con material, con perfiles UPN y barras Ø de acero. - Tolvín de transición de carga a cinta transportadora con deflectores interiores y chapas reguladoras de vena cada 3 m para conseguir una extracción de tolva uniforme. 1.9.3.2 Tolvin by-pass carga a domo 1 Se dispondrá un tolvín by-pass de dos vías en la cinta transportadora B-2 para cargar al silo Domo 1 o a la cinta B-3 hacia el Domo 2. Se deberá dimensionar tanto la boca de entrada como las dos bocas de salida, separadas con un ángulo de 60º. El tolvín by-pass está formado por: - Cuerpo by-pass en chapa con refuerzo interior de creusabro en las zonas de impacto del material. - Clapeta en chapa con refuerzo de creusabro. - Eje cuadrado. - 2 soportes brida Ø. - 2 cilindros neumáticos con sus correspondientes finales de carrera. - 2 puertas de registro. - Tolvín de descarga hasta cinta transportadora B-3 con refuerzo de creusabro en la zona de impacto del material. Incluido registro de limpieza. - Tolvín de descarga hasta silo Domo 1 con refuerzo de creusabro en la zona de impacto del material. Memoria descriptiva 32 Incluido registro de limpieza. 1.9.3.3 Compuertas extracción en domos 1 y 2 Se instalarán 7 compuertas de extracción en cada Domo. Se debe garantizar que el material tiene la fluidez necesaria como para extraer las 250 Tm/h por cada boca de extracción simplemente por gravedad. Cada compuerta de extracción se compone de los siguientes elementos: - Chapón embebido en boca extracción del silo Domo con sus correspondientes garras, formado en chapa creusabro e=12. - Tolvín transición de reducción, formado en chapa creusabro. - Cierre de barras. - Un cuerpo metálico electrosoldado con una boca de entrada de dimensión acorde con el cierre de barras y una boca de salida de acuerdo con el transportador a alimentar. - Cierre de casco interior suspendido sobre dos soportes exteriores de rodamientos, de chapa antidesgaste. - Accionamiento motorizado, con brazo de reacción y motor. - Detector control de posición abierto, cerrado; y encoder analógico para detectar el grado de apertura (a estudiar). 1.9.3.4 Kits de pesaje sobre bandas B-2 y B-4 Cada kit incorpora los siguientes elementos: - Puente pesador: está compuesto por dos box incorporando una célula de carga cada uno, donde se acoplará una estación de rodillos, formando de esta manera un puente pesador. - Convertidor de peso, instalado en una caja de bornas fijada sobre cinta. Convierte la señal de mV/V de las células de carga en 0–20 mA, este sistema elimina los problemas del transporte de señales en mV a largas distancias y en ambientes industriales, incluso la oxidación de las conexiones, que influyen en las bajas señales de tensión, son así eliminadas. - Detector de proximidad con índice analógico metálico para montar sobre la cinta. Este dispositivo permite al sistema de control segmentar la cinta y memorizar el peso de la banda en cada tramo. En funcionamiento solo se tiene en cuenta el peso neto, de esta forma, se mejora sensiblemente la precisión de la pesada y la dosificación. - Encoder digital para control de velocidad en retorno y equipos electrónicos de pesaje. Se deberán realizar los cálculos de las carácterísticas técnicas de cada kit de pesaje: manta, altura de manta, peso sobre célula, peso muerto, etc. 33 33 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 1.10 Terminal marítimo de carga Las obras marítimas, en general, comprenden dos muelles, dos delfines de amarre y un puente de hormigón armado para alojar la cinta transportadora de carga de fosfato. Todas las estructuras se soportarán en pilotes con superestructura de hormigón armado. o Muelles: el muelle principal, orientado sobre el eje Noroeste, se ubicará a una profundidad que varía entre 18,5 y 22 metros y con una extensión de entre, aproximadamente, 220 a 280 metros (dimensiones adecuadas para albergar los cargueros de expedición) y apoyará un cargador de barco móvil que operará en rieles fijos a lo largo del muelle. La estructura del muelle soportará una galería elevada dentro de la cual se colocarán el transportador y el tripper instalados para el movimiento del cargador. La cinta transportadora cerrada (o tubular) comenzará desde el extremo suroeste del muelle, extendiéndose horizontalmente en una dirección suroeste, y será apoyado por una estructura de bastidor diseñada para este propósito. El muelle secundario, para atraque de embarcaciones secundarias (remolcadores u otros propios de la planta) podrá ser independiente al resto de la instalación, conectado a tierra. o Delfines de amarre: se construirán dos o más delfines, también llamados muelles Duque de Alba, extendiéndose horizontalmente a lo largo del eje longitudinal del muelle principal. Los delfines consistirán en una cabeza de hormigón armado apoyada sobre pilotes y serán de tamaño suficiente para resistir el arrastre de amarre de barcos del tamaño que operan en el atracadero. Se propone la construcción de al menos 8 unidades, como posiciones extendidas más allá de los límites que la manga del mayor buque carguero pueda tener. o Puente de Acceso: el puente se extenderá a lo largo del eje Suroeste, conectando con el muelle a tierra través de una plataforma intermedia con unas dimensiones que permiten que el puente gire con el muelle. El puente tiene aproximadamente de 300 a 350 metros de largo y sirve como enlace entre la costa y el muelle en la Terminal de Carga de Fosfatos. La estructura en conjunto del terminal marítimo de carga deberá alzarse de plataforma soportadas por pilotes, que podrán ser ejecutados tanto “in situ” como prefabricados (preferentemente). Su superficie específica es grande, por lo que su deterioro es rápido si el diseño y materiales no son adecuados. Se selecciona este tipo de estructura por las siguientes razones: ▪ Terreno con capacidad portante limitada. ▪ Zona sísmica, donde se recomienda estructuras con menor masa. ▪ Zona de calado relativamente alto: menor coste frente a un muelle de gravedad. Domo. Memoria constructiva 40 2.3 Descripción y justificación del sistema. Propiedades El almacén está compuesto por dos silos cupuliformes con tipología domo, con una capacidad de almacenamiento de 100.000 toneladas de fosfatos por unidad. Los silos se disponen en una de las plataformas explanadas sobre las que se configura toda la urbanización de la planta; ésta estará situada a cota +44,00. La distancia entre los centros de los domos es de 77 m. La extracción del material se hace por gravedad por lo que es necesario disponer una galería de extracción inferior, situada en planta según el eje que une los centros de los silos, donde se alojará la cinta transportadora que conduce el fosfato almacenado hasta el exterior de los silos. El llenado de los silos se hace mediante cintas transportadoras de llenado, que vierten el fosfato en el silo a través de un hueco situado en la clave de los silos. Todo el sistema se construye de hormigón armado. La justificación de su uso en elementos en contacto con el suelo (cimientos, losas, …) es inmediata; en la estructura principal del domo, son múltiples las consideraciones que vindican su uso. Cuerpo o estructura La geometría de los domos se corresponde con una cúpula semiesférica de 31 m de radio interior. La sección de la cúpula es variable, en función de los esfuerzos que debe resistir y también en el sentido de uniformizar la malla de refuerzo de acero, presentando un máximo de 80 cm en arranque y un mínimo de 15 cm en la parte superior. En la cumbre se instala una plataforma horizontal circular de 10 m de diámetro con el fin de alojar en el interior de un casetón superior metálico el apoyo de la cinta de llenado, los correspondientes filtros y tolvines, así como elementos de control del nivel de llenado del silo, etc. Esta plataforma metálica actúa además como repartidor de la carga resultante de los equipos mencionados mediante una subestructura de barras apoyadas sobre el cuerpo del domo. La estructura de concreto reforzado queda aislada del exterior por una capa de espuma rígida de poliuretano de 2 cm de espesor y de una membrana exterior de PVC, que proporcionan un aislamiento muy eficaz, tanto de la temperatura como de la humedad exterior. Para el acceso al interior de cada silo se disponen accesos de 4x4 m, provistos de su correspondiente marco de acceso de 7,50 m longitud. Cimentación La cimentación de la cúpula se efectúa mediante una zapata corrida anular de hormigón armado, para dar apoyo continuo al arranque del cuerpo del domo. Tanto la morfología como las dimensiones se subordinan al nivel de carga a transmitida a cimentación. Conocidos los datos del suelo para cimentaciones superficiales y profundas, existen dos alternativas: 41 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. - Zapata corrida rectangular. - Zapata corrida en T invertida. La solución más eficiente es la zapata simple, siendo posible proveer un macizo inferior de hormigón en masa que sustituye la función de la zapata en T para buscar mayor profundidad. Fondo y galerías La capacidad de almacenamiento de la cúpula se complementa con la correspondiente a una excavación en forma de trinchera en la dirección de la galeria, rematada en sus extremos por superficies cónicas. La profundidad de la excavación alcanza los 14 m donde se sitúa la cota superior de la galería de extracción. El volumen de fosfato que se almacena en la trinchera permite reducir la capacidad de la cúpula del silo frente al caso de que no se adoptara este tipo de solución. Además, este tipo de solución, con la galería de extracción dispuesta bajo la excavación, permite la prácticamente total extracción por gravedad del producto almacenado. El fondo se ejecutan sobre suelo preexistente, cuyas características se podrán mejorar, modelado mediante movimiento de tierras. Las galerías recorren la parte inferior de los dos silos, hasta una salida hacia lado mar en forma de foso de transferencia registrable presentan dos células, la primera o principal para alojar la cinta de extracción y la segunda que tiene la función de galería de emergencia. En definitiva, las propiedades y ventajas del sistema de almacenamiento adoptado para la planta de carga marítima se reúnen en las siguientes: ❖ Aprovechamiento máximo de superficie y volumen: estructura monolítica, eliminanándose fuste y cubierta de los silos convencionales, en favor de una perfecta estanqueidad y elimina los remates complicados y gastos de mantenimiento de las estructuras que presentan estructuras metálicas. ❖ Comportamiento estructural: excelente frente a cargas distribuidas, de cara al almacenamiento sobre las paredes. La doble curvatura de la estructura soporta cargas superiores y permite mayores luces. Además, comprende un mejor comportamiento frente a seísmos, huracanes y asientos diferenciales. ❖ Aislamiento higrotérmico: la posibilidad de incorporar un conjunto de espuma de poliuretani más membrana de PVC en el proceso de construcción optimiza el aislamiento térmico y frente a la humedad del interior, eliminando los fenómenos de condensación de silos convencionales indeseable para el depósito de minerales como el fosfato sódico que requieren condiciones especiales. Domo. Memoria constructiva 42 ❖ Estanqueidad: reducción al mínimo de la contaminación de los productos almacenados y de contaminación ambiental debido a los materiales almacenados. ❖ Descarga completa por gravedad: contribución fundamental al funcionamiento autónomo de la planta de carga en barco, que conlleva además una reducción importante del coste de explotación. ❖ Prestaciones de explotación: dilatada vida útil y reducidos costes de mantenimiento. ❖ Factor humano: se requiere un personal especialista reducido para la construcción, mientras que el personal no especializado se contrata localmente. ❖ No se requiere la presencia de personal dentro del almacén durante la explotación. El movimiento del material dentro del silo se produce por gravedad, lo que reduce el coste de explotación. Los costes de mantenimiento de la estructura son reducidos. 43 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 2.4 Metodología 2.4.1 Métodos de cálculo La estructura y sus componentes se modelizan utilizando el método de los elementos finitos con el fin de analizar los esfuerzos que actúan sobre la misma y de la comprobación de secciones de hormigón y dimensionamiento de las armaduras. El análisis de la estructura y elementos de desarrolla utilizando el cálculo numérico. Los elementos básicos utilizados para la representación de las estructuras en MEF son: • Elementos lámina (shell) de 4 nodos (en los vértices) con 5 o 6 grados de libertad por nodo para análisis estructural de estructuras con una dimensión mucho menor que las otras. El elemento permite el estudio y diseño de los esfuerzos tipo membrana y de solicitaciones de flexión y cortantes fuera del plano. Se usarán dos tipos de elementos lámina en el modelo: o Lámina delgada: formulación de 5 g.d.l. de Love-Kirchoff, en la que se desprecia la deformación por cortante. Se aplicará al cuerpo del domo, en zonas delgadas y no excesivamente cargadas. o Lámina gruesa: formulación de Reissner-Mindlin de 6 g.d.l., en la que las secciones de lámina no necesariamente permanecen perpendiculares al plano medio. No se desprecia la deformación por cortante. Se aplicará a regiones de placas muy solicitadas: base de omo, losa superior, losa cónica de fondo. • Elemento placa gruesa: particularización de lámina gruesa plana de 4 nodos. Se aplicará a la reepresentación de las paredes de tolva y escalón. • Elemento masa distribuída en superficie: con 6 g.d.l., asociadas a: o Masas no estructurales. o Masas de cargas. • Elemento viga (beam) de 2 nodos en sus extremos con 6 g.d.l. por nodo para análisis estructural de elementos con una dimensión orden mucho mayor que las demás. Permite el estudio de esferzos axiles, de flexión y cortantes. Se aplicará a la viga anular de cimentación. 2.4.2 Programas de cálculo • SAP2000 v21. Programa de elementos finitos. CSI America. Domo. Memoria constructiva 44 • Excel 2020. Programa de hojas de cálculo. Microsoft. • AutoCad 2020. Creación y edición de planos. Autodesk. 2.4.3 Procedimiento de cálculo El esquema general del procedimiento de diseño es el siguiente: 1. Dimensionamiento completo de la estructura principial, mediante modelo simplemente apoyado en el terreno utilizando SAP2000. Ilustración 23. Modelo de elementos finitos. Estructura laminar domo [SAP2000]. 2. Predimensionamiento de la zapata mediante comprobaciones análiticas. 3. Dimensionamiento de la zapata mediante inclusion en el modelo (1) de SAP2000, con representación de suelo mediante muelles con rigidez equivalente a su módulo de balasto y rozamientos estáticos. 45 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Ilustración 24: Modelo de elementos finitos. Estructura y cimentación [SAP2000]. 4. Dimensionamiento y comprobación de las losas de fondo en SAP2000, con la misma representación del suelo. Ilustración 25. Modelos de elementos finitos. Losas de fondo de silo [SAP2000]. Domo. Memoria constructiva 46 2.5 Solución adoptada Todo el sistema se construye del mismo material, hormigón armado. La clase del hormigón es C35/45 (designación Eurocódigo, para el cálculo), que puede corresponderse con HA-35 en la EHE-08; el material equivalente utilizado es concreto f’c 350 kg/cm2, de la seroe comercializada en América del sur. Las características del hormigón se completan con una clase de exposición del hormigón de tipo X0 (I en EHE-08 y RNE), y elementos en contacto con el suelo inclusive. Esto es debido al aislamiento de la estructura con el ambiente y a la escasa agresividad del terreno. El tamaño máximo de árido es 12 mm y la consistencia, especial para proyectar. Sólo se empleará hormigón gunitado en la construcción de la lámina de domo. En el resto, mediante vertido, se empleará el mismo tipo hormigón por simplicidad. El material de refuerzo utilizado es acero corrugado fs 420 (también en el cálculo), comercializado como grado 60 en América. Cálculos, comprobaciones y determinación de parámetros de diseño en los distintos apartados del Anejo de Cálculo B. La solución al sistema de almacenamiento se ilustra sobre los Planos de Domo (PD) en el Documento 6 del presente. 2.5.1 Cimentación Como solución a la cimentación se construirá una zapata anular de sección rectangular de canto 1 m y con un ancho de 2 m. El armado de la zapata de cimentación será el siguiente: ❖ Armadura longitudinal: 8 Ø32 mm repartida perimetralmente. ❖ Armadura de tirantes en base, confinamiento y esperas: Ø16 mm c/15 cm. Otros datos acerca de la fundación: • El apoyo de la estructura del domo (80 cm en arranque) se ejecuta con una excentricidad de 10 cm hacia el interior de este por dos motivos: compensar los momentos flectores que se producen por la unión apoyada no ideal y dar cabida al eje y anclaje de la membrana plástica de la envolvente. • La zapata se apoyará sobre un zuncho de sustitución del terreno de hormigón en masa f’c 100 kg/cm2. 47 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Se propone que las dimensiones del apoyo sean 2x2 m. • Se deberá diseñar la unión con la estructura del domo: disposición de las armaduras de espera. Se propone estas sean las mismas que las de tirantes y confinamiento de barras longitudinales. En caso contrario, las armaduras de espera deben alternarse cada 15 cm con aquellas. 2.5.2 Estructura La estructura principal del domo se divide en dos partes: el cuerpo y la losa de cumbre. El cuerpo laminar del domo tiene un espesor variable de 80 cm en arranque hasta 15 cm en unión con cumbre. El armado se realiza ajustándose a tramos por altura o por paralelos de la semiesfera. * Espaciamiento referidos en centímetros en base del domo. Para preservar la colinealidad de las armaduras, a mayor altura, este espaciamiento será menor. Medida del lado de la seguridad, al conllevar un aumento de la intensidad de armado proyectado en z Franja en altura Altura de espesor** (m) Espesor (cm) Armadura meridional superior (Ø en mm y c en cm) Armadura meridional superior (Ø en mm y c en cm*) Armadura de paralelos inferior (Ø en mm y c en cm) Armadura de paralelos inferior (Ø en mm y c en cm*) Base a 1 metro -80 Ø32 c/10 Ø32 c/10 1 a 2,5 metros -78 Ø32 c/5 Ø32 c/5 2,5 a 4 metros -77 2 Ø25 c/5 2 Ø25 c/5 7 a 8 metros -70 2 Ø25 c/5 2 Ø25 c/5 8 a 9,5 metros -67 2 Ø25 c/5 2 Ø25 c/5 9,5 a 11 metros -65 Ø32 c/5 Ø32 c/5 11 a 12 metros -63 Ø32 c/5 Ø32 c/5 12 a 13,5 metros -61 Ø32 c/5 Ø32 c/5 13,5 a 14,5 metros -59 Ø25 c/5 Ø25 c/5 14,5 a 15,5 metros -57 Ø32 c/10 Ø32 c/10 15,5 a 18 metros -55 Ø32 c/10 Ø32 c/10 15,5 a 18 metros -53 Ø25 c/10 Ø25 c/10 18 a 19 metros -51 Ø25 c/10 Ø25 c/10 19 a 20 metros -49 Ø20 c/10 Ø20 c/10 20,5 46 21,5 44 22 43 23,5 40 24 39 24,5 37 25,5 35 26,5 32 27 31 27,5 29 28 26 28,5 25 29 23 29,5 20 30 18 30,6 15 Ø10 c/10 Ø12 c/10 Ø12 c/10 Ø14 c/10 Ø16 c/10 Ø20 c/10 Ø16 c/10 Ø14 c/10 Ø14 c/10 Ø12 c/10 Ø14 c/10 Ø12 c/10 Ø10 c/10 29 metros a coronación 26 a 29 metros 22 a 26 metros Ø10 c/10 Ø10 c/10 - 20 a 22 metros 2 Ø25 c/5 2 Ø25 c/5 Ø16 c/10 Ø16 c/10 Ø20 c/10 4 a 7 metros 73 Domo. Memoria constructiva 48 ** Columna auxiliar para el marcado de espesores en intervalos de mayor tamaño. Importante para cotas altas del domo, para un mayor control de cantos de lámina menores. Tabla 10: Cuerpo del domo. Armado y espesores por tramos altura [Elaboración propia]. Además, se proveerá de un mallazo electrosoldado de reparto en la capa exterior del cuerpo, en la totalidad del área, de dimensiones: - Malla 20x20 mm. - Barras Ø6/6 mm. La losa toroidal de cumbre tiene de radios exterior e interior 5 y 1 m, respectivamente y un canto variable, en sentido ascendente desde 55 a 30 cm, quedando su superficie superior a una cota +75,3 m. El armado de la losa se define por espesores de capa e intervalos radiales. Tabla 11: Losa de coronación. Armado y espesor por intervalos de radio [Elaboración propia]. 2.5.3 Envolvente Els sistema exterior aislante del cuerpo del domo está formada desde el interior hacia fuera por: - Lámina rígida de espesor 2 cm de poliuretano proyectado, de al menos 50 kg/m3. - Membrana flexible de 1 mm de espesor de PVC (tipo 1002 o similar) de color blanco. 2.5.4 Losa de fondo Como solución al fondo del silo, la totalidad de este se ejecutará con hormigón vertido como una losa de fondo Franja en radio Espesor Ɐ Armadura radial (Ø en mm y c en º) Ɐ Armadura circunferencial (Ø en mm y c en cm) Ø16 c/10 Entre 4 y 3 metros Ø20 c/2,5 Ø16 c/10 Entre 3 y 2 metros 55 a 50 cm 50 a 40 cm Ø25 c/2,5 Entre 5 y 4 metros Entre 2 y 1 metros Ø16 c/2,5 Ø12 c/2,5 Ø14 c/10 Ø12 c/10 40 a 35 cm 35 a 30 cm 49 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. de revestimiento del suelo de 60 cm de canto. La armadura base de la losa es la siguiente, en ambas direcciones: - En cara inferior: Ø10 mm c/10 cm - En cara superior: Ø20 mm c/10 cm 2.5.5 Estructuras auxiliaries Se definen las siguientes estructuras auxiliares presentes en el sistema de almacenamiento. Estos elementos se deberán calcular en el siguiente nivel de ingeniería. Galería Las dimensiones interiores de la galería serán: - Célula principal para tramo de cinta B-4: 4 m de ancho por 4 m de altura - Galería de emergencia: 1,5 m de ancho por 4 m de altura. Se propone una sección de viga subterránea con las siguientes características: - Sección en cajón doble. - Acartelamientos de 70x70 cm de las uniones de losa superior con nervios, excepto en extremo de la galería de emergencia. La galería está provista de 7 bocas de descarga por silo, de dimensiones 1000x1000 mm., situadas en el eje longitudinal que pasa por el centro de la primera célula y que se dispone en coincidencia con el el eje que une los centros de los silos en planta. La galería presenta dos tramos: - Tramo horizontal de aprox. 132 m de longitud interior con su cota exterior de dintel situada a +30,00 y e interior de solera a +25,20. Debido a la múltiple cambio de signo de ley de esfuerzos flectores en la viga subterránea continua, se prevee el empleo de distintas zonas de armado, que pueden llamarse: Domo. Memoria constructiva 56 57 3 ANEJOS DE CÁLCULO Anejo A: Implantación 58 ANEJO A: IMPLANTACIÓN 59 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. ANEJO A-1: VOLUMEN Y SISTEMAS DE ALMACENAJE Este apartado contiene la relación de cálculos que justifican el volumen de almacenaje proyectado para instalación, así como aquellos que lo hacen acerca de las dimensiones y volúmenes propios de cada una de las alternativas para la solución al problema. En primer lugar, se plantean 4 escenarios distintos de almacenamiento y expedición del material, derivados de los términos de referencia y criterios de diseño especificados en Memoria: • Expedición de fosfato sódico en carguero de 100.000 Tm, con inicio de carga lo antes posible (sabla A-1, parte superior). • Expedición de fosfato sódico en carguero de 100.000 Tm, con llegada e inicio de carga con 1 semana de retraso (Tabla A-1, parte inferior). • Expedición de fosfato sódico en carguero de 180.000 Tm, con inicio de carga lo antes posible (Tabla A-2, parte superior). • Expedición de fosfato sódico en carguero de 180.000 Tm, con llegada e inicio de carga con 1 semana de retraso (Tabla A-2, parte inferior). Nota: de manera inmediata, se identifica el último caso como crítico y del que se obtiene el volumen de almacenamiento mínimo de la instalación: 200.000 Tm. Seguidamente, figuran los cálculos y relaciones de dimensiones y volúmenes de las 3 alternativas de almacenamiento, en la taba A-3. ANEJO A-1: Volumen y sistemas de almacenaje 60 Días 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 1 2 3 4 5 6 7 Recepción x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Carga -- -- - Llenado 8.000 16.000 24.000 32.000 40.000 40.000 40.000 48.000 56.000 64.000 72.000 80.000 80.000 80.000 88.000 96.000 104.000 112.000 120.000 120.000 120.000 128.000 136.000 144.000 152.000 160.000 160.000 160.000 168.000 176.000 184.000 192.000 200.000 200.000 200.000 208.000 216.000 224.000 Vaciado 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -72.000 -144.000 -180.000 -180.000 -180.000 -180.000 -180.000 -180.000 -180.000 -180.000 Almacenado 8.000 16.000 24.000 32.000 40.000 40.000 40.000 48.000 56.000 64.000 72.000 80.000 80.000 80.000 88.000 96.000 104.000 112.000 120.000 120.000 120.000 128.000 136.000 144.000 152.000 160.000 160.000 160.000 96.000 32.000 4.000 12.000 20.000 20.000 20.000 28.000 36.000 44.000 Días 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 1 2 3 4 5 6 7 Recepción x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Carga -- -- - Llenado 8.000 16.000 24.000 32.000 40.000 40.000 40.000 48.000 56.000 64.000 72.000 80.000 80.000 80.000 88.000 96.000 104.000 112.000 120.000 120.000 120.000 128.000 136.000 144.000 152.000 160.000 160.000 160.000 168.000 176.000 184.000 192.000 200.000 200.000 200.000 208.000 216.000 224.000 Vaciado 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -72.000 -144.000 -180.000 Almacenado 8.000 16.000 24.000 32.000 40.000 40.000 40.000 48.000 56.000 64.000 72.000 80.000 80.000 80.000 88.000 96.000 104.000 112.000 120.000 120.000 120.000 128.000 136.000 144.000 152.000 160.000 160.000 160.000 168.000 176.000 184.000 192.000 200.000 200.000 200.000 136.000 72.000 44.000 SITUACIÓN 4: Carguero 180.000 Tm Carga con retraso (1 semana máx.) SITUACIÓN 3: Carguero 180.000 Tm Carga lo antes posible Días 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Recepción x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Carga -- - Llenado 8.000 16.000 24.000 32.000 40.000 40.000 40.000 48.000 56.000 64.000 72.000 80.000 80.000 80.000 88.000 96.000 104.000 112.000 120.000 120.000 120.000 128.000 136.000 144.000 152.000 160.000 Vaciado 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -72.000 -100.000 -100.000 -100.000 -100.000 -100.000 -100.000 -100.000 -100.000 -100.000 -100.000 Almacenado 8.000 16.000 24.000 32.000 40.000 40.000 40.000 48.000 56.000 64.000 72.000 80.000 80.000 80.000 88.000 24.000 4.000 12.000 20.000 20.000 20.000 28.000 36.000 44.000 52.000 60.000 ¿1 semana? ¿2 semanas? Días 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Recepción x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Carga -- - Llenado 8.000 16.000 24.000 32.000 40.000 40.000 40.000 48.000 56.000 64.000 72.000 80.000 80.000 80.000 88.000 96.000 104.000 112.000 120.000 120.000 120.000 128.000 136.000 144.000 152.000 160.000 160.000 160.000 168.000 176.000 184.000 192.000 Vaciado 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -72.000 -100.000 -100.000 Almacenado 8.000 16.000 24.000 32.000 40.000 40.000 40.000 48.000 56.000 64.000 72.000 80.000 80.000 80.000 88.000 96.000 104.000 112.000 120.000 120.000 120.000 128.000 136.000 144.000 152.000 160.000 160.000 160.000 168.000 104.000 84.000 92.000 SITUACIÓN 1: Carguero 100.000 Tm Carga lo antes posible SITUACIÓN 2: Carguero 100.000 Tm Carga con retraso (1 ó 2 61 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Tabla 12: Volumen y sistemas de almacenaje. Situaciones de alamacenaje 1 y 2 [Elaboración propia]. Tabla 13: Volumen y sistemas de almacenaje. Situaciones de alamacenaje 3 y 4 [Elaboración propia]. Tabla 14: Dimensiones de las propuestas. Hoja de cálculo [Elaboración propia]. DATOS Densidad aparente menor (Tm/m3) 1,4 Peso (Tm) 200000 Volumen (m3) 142857,14 Áng. Resposo (º) 26 NAVE Longitud (m) 350 Altura apilamiento (m) 14,8 Ancho útil (m) 2 · (h / tg(β)) 60,69 Longitud sin conos (m) L - 2 · (h / tg (β)) 289,31 Ancho (m) 70 Altura (m) 16,5 Volumen almacenado total (m3) 143556,82 DOMOS Radio (m) 31,0 Vol. semiesfera, Vmf (m3) (4/6) · pi · R^3 62394,12 Abcisa de apoyo max. (m) 20,33 Ordenada de apoyo max. (m) 21,09 Vol. Casquete superior, Vcasc (m3) pi · (R - y)^2 · (3R - (R - y)) / 3 8551,05 Vol. Cono superior, Vcons (m3) pi · x^2 · (R - y) / 3 4289,00 Volumen alm. Superior, Vs (m3) Vmf - Vcasc + Vcons 58132,08 Áng. Talud de fondo (º) 26,5 Ancho de galería, A (m) 5,0 Fondo, F (m) (R - A/2) · tg (φ) 14,21 Vol. alm. Inferior, Vi (m3) [2 · R · F · A + R · 2 · 1/2 · F · (R - A)] 15857,89 Volumen almacenado en Domo (m3) Vs + Vtci 73989,96 Volumen almacenado total (m3) 147979,93 SILOS Radio (m) 16,2 Altura (m) H/D = 1,25 40,5 Volumen cilindro, Vcil (m3) pi · R^2 · H 33391,42 Ordenada de apoyo max. (m) y = H - tg (β) · R 32,60 Vol. Cilindro superior, Vcils (m3) pi · R^2 · (H - y) 6514,43 Vol. Cono superior, Vcons (m3) pi · R^2 · (H - y) / 3 2171,48 Áng. Talud de fondo (º) 30 Radio de fondo (m) 1,5 Fondo (m) (R - Rf) · tg (φ) 8,5 Vol. Tronco Cono inferior, Vtci (m3) pi · F · (R^2 + Rf^2 + R · Rf) / 3 7705,30 Volumen almacenado en Silo (m3) Vcil - Vcils + Vcons + Vtci 36753,76 Volumen almacenado total (m3) 147015,1 Sección triangular y planta rectangular Semiesferas con fondo en trinchera y paredes cónicas y = R - tg (β) · x y = sqrt (R^2 - x^2) Cilindros con fondo en tronco de cono ANEJO A-1: Volumen y sistemas de almacenaje 62 63 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. ANEJO A-2: RECEPCIÓN Este apartado contiene los cálculos para la implantación general o configuración básica del sistema de recepción de material en la planta, en base a las condiciones que debe cumplir según las referencias establecidas. Los parámetros a determinar son los siguientes: - Número de vehículos necesarios para la recepción. - Número de muelles de descarga. La referencia básica de entrada de material establecida por el Proyecto es: R = 8000 Tm/día El tiempo total de ciclo (Tt) de un vehículo queda establecido por: Tt = Ttr + Tm + To Donde: Ttr: tiempo de trayecto de ida y vuelta entre planta y refinería (min). Su expresión es la siguiente: Ttr = D / Vc donde, D: distancia del trayecto ida y vuelta, 90 km. Vc: velocidad del vehículo en trayecto, 80 km/h. Tm: tiempo total de maniobras en planta (min), suma de los siguientes: Tm = Tr + Td + Tl + Tap donde, Tr: tiempo de carga de material en refinería (min). Td: tiempo de descarga en planta (min). Tl: tiempo de limpieza tras descarga (min). Tap: tiempo de acceso y pesajes en planta (min). To: otros tiempos, como, por ejemplo, holguras y respostajes (min). El número de ciclos por día (Nc) que un vehículo tendrá la capacidad de realizar dependerá de la relación: Nc = (J · 60) / Tt Donde: J: jornada de trabajo de un vehículo, 16 horas. El número de ciclos por día se verá reducido al entero par inmediatamente inferior, debido a que la jornada laboral se divide en dos turnos de 8 horas, por lo que se realizarán la mitad de los ciclos Nc en cada turno (no ANEJO A-2: Recepción 64 es posible dividir un clico en dos turnos). Y, por tanto, la producción de cada camión vendrá dada por: P = Nc · C Donde: C: capacidad del vehículo, 60 Tm. El número mínimo de vehículos (Nv) trabajando simultáneamente se calcula con la expresión: Nv = P / R Este número se aumentará al entero múltiplo del número de muelles de descarga (Nm, calculado seguidamente) inmediatamente superior, en el sentido de la máxima ocupación. A su vez, se inrementa el 15% estipulado en Proyecto para cubrir posibles averías. Finalmente, el número de muelles de descarga depende directa y únicamente del tiempo de estancia de todos los vehículos en un muelle de descarga en relación con el tiempo total de ciclo: - Si Tdt < Tt, será necesario un solo muelle. - Si Tdt ≥ Tt y Tdt < 2Tt, serán necesarios dos muelles. - Si Tdt ≥ 2Tt, serán necesarios tres o más muelles. En la tabla A-4 se recogen los cálculos de la implantación del sistema de recepción de material realizados de forma iterativa. 65 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Tabla 15: Número de elementos básicos del sistema de recepción. Hoja de cálculo [Elaboración propia]. Requerimiento, R (Tm/día) 8000 Trayecto (km) 45 Trayecto ida-vuelta, TR (km) 90 Velocidad camión, Vc (km/h) 80 Tiempo trayecto, Ttr (min) 67,5 Tiempo de carga en refinería, Tr (min) 25 Tiempo de descarga, Td (min) 10 Tiempo de limpeza, Tl (min) 7,5 Tiempo acceso y pesaje, Tap (min) 15 Total maniobras, Tm (min) 57,5 Otros tiempos, To (min) 7,5 Tiempo total, Tt (min) 133 Capacidad bitren, C (Tm) 60 Jornada camión, J (h) 16 Ciclos al día, Nc 7,25 7 6 Producción bitren, P (Tm/día) 360 Camiones mín. 22,2 23 24 +15% averías 27,6 Camiones necesarios 28 Tiempo de estancia en descarga, Td (min) 10 1 2 3 Tiempo de estancia en descarga total, Tdt (min) 230 Número de muelles de descarga -Sí - ANEJO A-3: Lay-Out. Metodología S.L.P. 72 5. Disponibilidad de espacio y criterio de distribución En el entorno del Puerto de Bayóvar la falta de espacio no supondrá un problema, así como el coste de la parcela. Debido al accidentado relieve de la zona los criterios de diseño más importantes – además de las relaciones anteriores que se deben satisfacer –para la distribución en planta son los siguientes: • Disposiciones que supongan menores movimiento de tierras y mayores compensaciones entre terraplenes y desmontes. • Distribuciones que favorezcan a los correspondientes criterios de diseño del sistema de almacenamiento junto con el de transporte (cintas apartado 1.7 y Anejo A-4). Como excepción, el espacio destinado a la subestación eléctrica se colocará lo más distante posible a las instalaciones de manipulación de fosfatos, puesto que ambientes cargados de fosfatos suponen un peligro real en presencia de elementos o líneas de alta tensión. 73 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 6. Necesidades de espacio La determinación del espacio necesario definitivo para cada actividad se deberá ajustar en el Proyecto de Detalle. En este nivel de Ingeniería Básica se definen los siguientes espacios en planta en una combinación de cálculo e implantación aproximada: - Nave de descarga y limpeza: 20 x 30 m (descarga) + 20 x 15 m (limpieza) x 5 m Hu. - Almacenaje: área útil de Domos R31 de 6.050 m2. - Terminal marítimo de carga: planta por definir. - Edificio de oficinas: 10x50 m x 2 plantas. - Nave de utilities: 15 x 18 m x 5 m Hu. - Nave de taller y almacén: 20 x 60 m x 7 m Hu, en un área superior (100 x 35 m) para posibles ampliaciones y/o almacén en interperie. - Gasolinera: 20 x 8 m. - Subestación eléctrica: set de 25 x 45 m. - Viales y aparcamientos: o Viales de doble sentido: 7 m de ancho (3,5 m cada sentido). o Viales de sentido único: 5 m de ancho. o Aparcamientos de coches y furgonetas: 2,5 x 5,5 m. o Aparcamientos de camiones: 3,5 x 40 m. Nota: el número de aparcamientos dependerá de la capacidad de almacenamiento de camiones de la nave de almacén (se disponen de 32 camiones) y del número de personal para el que se proyecte la planta. Se prevee un número aproximado corregible. - Control de acceso: caseta ECP junto a vial de acceso. - Control de pesaje: caseta ECP y básculas junto a viales de ida y retorno a nave de descarga. - Instalaciones: centros de transformación, de control de motores, tanques de agua, fosas sépticas, etc. pendientes de proyectar. Se prevee espacio suficiente sobre cada explanada. ANEJO A-3: Lay-Out. Metodología S.L.P. 74 7. Diagrama de espacios Una primera aproximación de la distribución de la urbanización se puede configurar en tres espacios o áreas rectangulares de agrupación de actividades, más el área de muelle. Éstas son, e incluyen: • Área 1: edificio de oficinas, subestación eléctrica, control de acceso, aparcamiento de vehículos ligeros. • Área 2: nave de descarga y limpieza, nave de utilities, nave de taller y almacén, control de pesaje, gasolinera, estacionamiento de camiones. • Área 3: dos almacenes Domo. • Área 4 : terminal marítimo con puente para banda transportadora, cargador, muelles. • Otros: no relacionables a áreas, viales, sistema de cintas, instalaciones, etc. Ilustración 33: Metodología S.L.P. Diagrama – croquis de espacios distribuídos [Elaboración propia]. El croquis de la figura A-4 tiene un carácter avanzado y sirve de punto de partida para la modificación de la cartografía original del terreno de la parcela y, posteriormente, para la generación de alternativas de Lay-Out. 75 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 8. Generación y preselección de alternativa Como último paso, se agrupan la generación y preevaluación de alternativas en un procedimiento iterativo de descarte y selección. La distribución en planta que de este Proyecto deriva resulta de la aplicación del método sobre plano de AutoCad y se encuentra en el documento de Planos de Implantación (PI04). El procedimiento completo consta de tres fases, en las que se desarrollan los siguientes trabajos: - Fijación del emplazamiento y delimitación de la planta y definición de plano de cartografía sin modificar: Planos PI01 e PI02. - Definición y ubicación de explanaciones (áreas y espacios) y viales: modificación de la cartografía original (Plano PI03). - Distribución en planta de actividades sobre espacios: Lay-Out (Plano PI04). Debe realizarse su evaluación y aprobación en el siguiente nivel de ingeniería, con la inclusión, si procede, de factores y limitaciones que en este no se contemplan. ANEJO A-4: Cintas transportadoras 76 ANEJO A-4: CINTAS TRANSPORTADORAS En este Anejo se muestra el cálculo de los parámetros básicos del diseño de cintas transportadoras. En primer lugar, se presenta el procedimiento o teoría básica y seguidamente, su aplicación al caso de estudio. 77 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 1. Procedimiento de cálculo de parámetros generales de diseño Datos iniciales de diseño Como datos de partida en el proceso de diseño las cintas transportadoras se dispondrán de los siguientes: • Tipo de material de transporte. • Longitudes de las cintas (L, en m): obtenidas por planos. • Ángulos de inclinación de las cintas (φ, en º): obtenidos por planos. Se supondrán los siguientes valores para, de manera iterativa, calcular el caudal másico que satisface la demanda nominal requerida en cada caso: • Ancho de banda disponible (B, en mm). • Velocidad de avance de la cinta (v, en m/s). Cálculo del área de la sección transversal del material transportado Para calcular el área de la sección transversal del material de transporte, se realiza una aproximación de la sección real a una teórica compuesta del área trapezoidal y triangular indicado en la figura siguiente, considerando que la cinta dispone de una configuración típica de rodillos en artesa. Ilustración 34: Cintas transprortadoras. Sección transversal del material sobre la cinta [Ingemecanica]. La sección transversal (A) del material que simula a la sección real que forma el material se puede calcular sumando la sección trapezoidal y triangular de la figura anterior: A = A1 + A2 Donde: A1 = 0,25 · tan(β) · [ l + (b - l) · cos(λ)]2 ANEJO A-4: Cintas transportadoras 78 A2 = l1 · sen(λ) · [ l + l1 · cos(λ)] Siendo: b = 0,9 · B - 0,05 l1 = 0,5 · (b - l) A: área de la sección transversal del material. A1: sección triangular superior del material (m2). A2: sección trapezoidal inferior del material (m2). β: ángulo de sobrecarga o de reposo (º). λ: ángulo de artesa en que se disponen los rodillos (º). l: longitud de los rodillos (m). B: ancho de banda de la cinta (m). Capacidad de transporte de la cinta La capacidad de transporte de una cinta es un dato técnico que siempre será preciso conocer. Esta capacidad de transporte se puede calcular haciendo uso de la siguiente fórmula: Qv = 3600 · v · A · k Donde: Qv: capacidad de transporte volumétrica de la banda (m3/h). v: velocidad de avance de la banda (m/s). k: coeficiente de reducción de la capacidad de transporte por inclinación de la cinta. k = 1 - 1,64 · ((φ · π) / 180)2 donde, φ: ángulo de inclinación de la cinta (º). La anterior expresión calcula la capacidad de transporte volumétrica, expresado en m3/h de material transportado, pero en multitud de ocasiones interesa conocer la capacidad de transporte de una cinta expresado en toneladas/hora (t/h). Para ello, será necesario conocer el peso específico (γ) del material transportado por la cinta. Qm = Qv · γ donde, Qm: es la capacidad de transporte en masa de la banda (t/h). γ: es el peso específico del material transportado (t/m3). Potencia de accionamiento de la cinta 79 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. La potencia total de accionamiento de una cinta transportadora resulta ser la suma de las tres potencias parciales que se enumeran a continuación: • P1: Potencia necesaria para mover la cinta en vacío y cargada, con desplazamiento horizontal de la cinta. • P2: Potencia necesaria para elevar la carga hasta una cierta altura. • P3: Potencia necesaria para vencer rozamientos de elementos auxiliares, dispositivos de limpieza y guías. 1.- Potencia necesaria para mover la cinta en vacío y cargada con desplazamiento horizontal de la cinta (P1): La primera potencia que es necesaria calcular es la potencia para mover la cinta, tanto en vacío como cargada, y con desplazamiento horizontal de la banda. En este caso, la potencia se emplea para vencer el peso propio de la banda, del material que transporta y el rozamiento de los distintos tambores y rodillos presentes en el diseño de la cinta. Para el cálculo de esta potencia se puede emplear la siguiente fórmula de cálculo: P1 = (Cb · v + Qm) / Cl · Kf donde, Cb: es el factor de anchura de la banda (kg/s). v: es la velocidad de avance de la banda (m/s). Qm: es la capacidad de transporte en masa de la banda (t/h). Cl: es el factor de longitud de la banda (m-1). Kf: es el factor de servicio (-). A continuación, se incluyen las siguientes tablas de donde se pueden extraer los valores de los distintos factores empleados en la formulación anterior de cálculo. Tabla 19: Cintas transportadoras. Factor de anchura de banda, Cb [Ingemecanica]. Tabla 20: Cintas transportadoras. Factor de longitud de banda, Cl [Ingemecanica]. ANEJO A-4: Cintas transportadoras 80 Tabla 21: Cintas transportadoras. Factor de servicio, Kf [Ingemecanica]. 2.- Potencia necesaria para elevar la carga hasta una cierta altura (P2): La segunda potencia parcial que es preciso conocer es la necesaria para elevar la carga que transporte la cinta hasta una cierta altura, o en caso descendente, la potencia necesaria para frenar la banda, es decir, es la potencia derivada de la inclinación que tenga la cinta. P2 = (H · Qm) / 367 donde, H: es la altura que alcanza la banda transportadora (m). Qm: es la capacidad de transporte en masa de la banda (t/h). La altura (H) que alcanza el extremo de la cinta se calcula a partir de la longitud (L) de la cinta y su inclinación (φ) mediante la expresión siguiente: H = L · sen(φ) 3.- Potencia necesaria para vencer rozamientos de elementos auxiliares, dispositivos de limpieza y guías (P3): La tercera potencia parcial que hay que calcular es la necesaria para vencer rozamientos de los elementos auxiliares que incorpore la cinta, como trippers, dispositivos de limpieza y guías. En este caso, sólo habrá que calcular y sumar las potencias consumidas por cada uno de los elementos instalados: P3 = Pa + Pb + Pc ... donde, Pa: es la potencia debida a los trippers (kW). Pb: es la potencia debida a los dispositivos de limpieza (kW). Pc: es la potencia debida a las guías y faldones instalados (kW). La tabla A-11 estima la potencia consumida por cada uno de los elementos auxiliares que se pueden acoplar a la cinta transportadora, en función de la velocidad y anchura de la cinta: 81 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Tabla 22: Cintas transportadoras. Potencias de equipos auxiliares [Ingemecanica]. donde, B: es el ancho de banda de la cinta (m). v: es la velocidad de avance de la banda (m/s). Lf: es la longitud de la guía o faldones (m). La potencia total (PT) necesaria para el accionamiento de la cinta será igual a la suma de las anteriores potencias parciales: PT = P1 + P2 +P3 Esta potencia (PT) es la que debe proporcionar el tambor motriz a la cinta. No obstante, esta potencia no es la definitiva. En efecto, generalmente el tambor motriz de una cinta es accionado por un motorreductor eléctrico que engrana con el eje del tambor. Dicho motorreductor consta de un motor eléctrico más un reductor de velocidades que acople el eje de salida del motor eléctrico al eje de entrada del tambor motriz. Por tanto, habrá que tener en cuenta los rendimientos tanto del motor eléctrico como del reductor de velocidades que se utilice, que hace que se tenga que incrementar la potencia final necesaria. De esta manera, la potencia requerida por el motor (PM) para el accionamiento del tambor motriz de la cinta será la obtenida de la siguiente expresión que tenga en cuenta los anteriores rendimientos: PM = PT / η donde, PM: es la potencia consumida por el motor eléctrico (kW). η: es el rendimiento total que tiene en cuenta tanto el rendimiento del motor como de la caja reductora. Para el cálculo del rendimiento total (η), éste se realiza a partir de los rendimientos del motor eléctrico y de la caja reductora, mediante la siguiente expresión: η = ηm · ηr donde, ηm: es el rendimiento del motor eléctrico, estimable entorno al 85-95%. ηr: es el rendimiento de la caja reductora, que puede estar comprendido entre al 96-99%. ANEJO B-1: Dimensionamiento del Domo 88 Asegurar un flujo másico significa la aplicación de un ángulo respecto a la horizonral mínimo de tolva y la conservación de las propiedades del material tales las consideradas en el diseño (humedad y temperatura). El segundo condicionante es de índole constructiva/económica: una mayor inclinación del fondo supone un mayor movimiento de tierras y, por tanto, un coste superior. Se busca por tanto obtener una solución de compromiso entre un correcto funcionamiento de la descarga por gravedad del material y una tolva de fondo no excesivamente profunda. Ilustración 36: Límites entre los tipos de flujo en tolvas en cuña [UNE-EN 1991-4]. El dato de entrada en la gráfica es el ángulo de fricción en la pared de la tolva, φw, conocido a partir del coeficiente de rozamiento del fosfato con el hormigón, μm. Este coeficiente no es conocido al no estar recogido de forma explícita en las normativas contempladas, por lo que se precisa de la realización de ensayos normalizados para su obtención. Se asemeja el material (granulometría 53-425 μm) a arena fina limpia (125-250 μm), en contacto con hormigón: μm = 0,45 φw = arctg (μm) = 24º El acabado de la tolva de hormigón supondrá una reducción importante de la fricción, de manera que los cálculos considerados están del lado de la seguridad. Entrando en la gráfica de la Ilustración B-2 se determinan los siguientes límites: - α < 30º: flujo en embudo. - α > 60º: flujo completo en masa. 89 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. - 30 <= α >= 60º: combinación de ambos flujos. Con las anteriores consideraciones, se toma el ángulo en el intervalo: 30º < α <= 35º De esta forma, se conseguirá un flujo combinado y, a la vez, una reducción de la profundidad de excavación del foso, reducida incluso por el adelantamiento del arranque de los taludes (mediante un escalón de longitud e (m)) en la dirección perpendicular a la galería. Quedando relegada su elección al dimensionamiento geométrico del Domo (apartado 2), conjuntamente con la acotación iterativa de los demás parámetros. ANEJO B-1: Dimensionamiento del Domo 90 2. Dimensionamiento geométrico Este apartado reitera el cálculo aproximado sobre volúmenes de almacenamiento y dimensiones de la alternativa 2 – de forma natural, correspondiente a la opción elegida – expuesto en el Anejo A-1, de manera más ajustada. El silo Domo debe tener capacidad para 100.000 toneladas másicas de fosfato sódico. Suponiendo su densidad aparente menor (1,4 Tm/m3) se obtiene un volumen mínimo de 71.428,6 m3. La capacidad del silo se conforma en tres volúmenes: la cúpula, compuesta de una de una semiesfera, a la que se sustrae un casquete esférico y se suma el cono de reposo del material, desde su circunferencia de contacto con la pared; y el fondo, compuesta de una proyección de forma paralela a la galería de un trapecio invertido (tolva a dos aguas o en trinchera) más dos volúmenes correspondientes a las paredes cónicas de los extremos, que se aproximan mediante tres quintas partes (3/5) del espacio cúbico que ocupan. V = Vmf - Vcasc + Vcono + Vtol + Vcc Donde: V: volumen toltal almacenado (m3). Vmf: volumen de la semiesfera (m3). Expresión: Vmf = (4/6) · π · R3 Vcasc: volumen del casquete superior (m3). Expresión: Vcasc = π · (R - z)2 · (3R - (R - z)) / 3 Vcono: volumen del cono de reposo (m3). Expresión: Vcono = π · x2 · (R - z) / 3 Vtol: volumen de la tolva (m3). Expresión: Vtol = Lt · F · (A + (R - 2e)) / 2 Vcc: volumen aproximado de las paredes cónicas (m3). Expresión: Vcc = 2 · (3 / 5) · (2R - 2e) · (R - Lt / 2) · F R: radio del Domo (m). x1, z: coordenadas del punto de apoyo sobre la pared (m). Sistema de ecuaciones recta-circunferencia para su obtención: z = R - tg (β) · x1 z = sqrt (R2 – x12) β: ángulo de reposo del material, 26º. A: ancho de galería subterránea, 4 m. e: ancho de escalón (m). F: profundidad del fondo (m); con relación: F = (R - e - A/2) · tg (α) x1, z: coordenadas para el cálculo de la longitud de la tolva (m). Sistema de ecuaciones recta-circunferencia para su obtención: x2 = R - e y = sqrt (R2 - x22) 91 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Lt: longitud de la tolva (m). Expresión: Lt = 2y El cálculo se ha realizado iterativamente sobre hoja Excel, hasta obtener los siguientes resultados: Tabla 25: Dimensionamiento del silo Domo. Hoja de cálculo. [Elaboración propia]. DATOS Densidad aparente menor (Tm/m3) 1,4 Peso (Tm) 100000 Volumen (m3) 71428,6 Áng. Resposo, β (º) 26 DOMO Radio (m) 31,0 Vol. semiesfera, Vmf (m3) (4/6) · pi · R^3 62394,12 Abcisa de apoyo max., x1 (m) 20,33 Ordenada de apoyo max., z (m) 21,09 Vol. Casquete superior, Vcasc (m3) pi · (R - y)^2 · (3R - (R - y)) / 3 8551,05 Vol. Cono superior, Vcono (m3) pi · x1^2 · (R - y) / 3 4289,00 Volumen alm. Superior, Vs (m3) Vmf - Vcasc + Vcono 58132,08 Áng. Tolva de fondo, α (º) 32,5 Ancho de fondo, A (m) 4,0 Ancho de escalón, e (m) 7,0 Fondo, F (m) (R - e - A/2) · tg (α) 14,0 Abcisa de corte de tolva, x (m) 24,00 Ordenada de corte de tolva, y (m) 19,62 Largo de tolva, Lt (m) 2 · y 39,24 Vol. Tolva, Vtol (m3) Lt · F · (A + (R2e)) / 2 4950,09 Vol. Cortes de Cono, Vcc (m3) 2 · (3/5) · (2R - 2e) · (R-Lt/2) · F 9185,88 Volumen alm. Inferior, Vi (m3) Vtol + Vcc 14135,97 Volumen almacenado en Domo (m3) Vs + Vi 72268,0 Semiesfera con fondo en pared a dos aguas z = R - tg (β) · x1 z = sqrt (R^2 - x1^2) x2 = R - e y = sqrt (R^2 - x2^2) Fosfato sódico ANEJO B-2: Cálculo de las acciones sobre el Domo 92 ANEJO B-2: CÁLCULO DE LAS ACCIONES SOBRE EL DOMO En el presente anejo quedan reflejados los cálculos de las cargas consideradas aplicadas y significantes sobre la estructura. Dichos cálculos se han realizado en base a Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) y al Eurocódigo 1 (EN 1991). Las cargas que se tendrán en cuenta se enumeran a continuación: • Peso propio de la estructura y sobrecargas. • Cargas debidas al material almacenado. • Carga de viento. • Carga de nieve. • Carga por sismo. Se expone también la forma en que se ha realizado la combinación de cargas para calcular los distintos elementos del silo. Y finalmente se muestran los cálculos realizados para poder aplicar esas cargas sobre los modelos que se han utilizado para el cálculo. 93 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 1. Peso propio y sobrecargas de uso En la vigente norma peruana de edificación, denominadas cargas muertas y vivas, respectivamente. El RNE establece los siguientes tipos y valores de carga: • Cargas muertas. Considerada como el peso real de los materiales que conforman y deberán soportar la edificación; calculados en base a los pesos unitarios ofrecidos por la norma, en el caso de los componentes constructivos, y a las referencias de los fabricantes, en el caso de los equipos y maquinaria. - Hormigón (concreto) armado de grava: 24 kN/m3 Espesores: o Estructura: variable, 80-15 cm o Losa de tolva: 60-100 cm o Cimentación: 50-80 cm de canto, 40-50 cm de muro corrido. La carga muerta del hormigón armado se autocalcula en SAP2000. - Envolvente exterior al cuerpo del Domo: o Espuma de poliuretano proyectada: 2 kN/m3 Espesor de capa: 2 cm Carga: 0,06 kN/m2 o Membrana de PVC: 15 kN/m3 Espesor de capa: 1 mm Carga: 0,015 kN/m2 - Acero estructural S: 78,5 kN/m3 Espesor: 15 cm La carga muerta del acero se autocalcula en SAP2000. - Equipos fijos sobre cumbre: o Transportador de banda de carga a silo Domo 1 (B-4): 105 Tm · 10 kN/Tm · 33 m / 175 m · ½ ≈ 100 kN o Transportador de banda de carga a silo Domo 2 (B-3): 20 Tm · 10 kN/Tm · ½ ≈ 100 kN o Tolvín by-pass de carga a silo Domo 1 y cuerpo de protección de equipos y anclaje a Domo: 2 Tm · 10 kN/Tm ≈ 20 kN Conjunto: 220 kN Área de aplicación: plataforma metálica de cumbre, Ø10 m con apertura Ø2 m (75,4 m2). ANEJO B-2: Cálculo de las acciones sobre el Domo 94 Carga: 220 kN / 75,4 m2 = 2,92 kN/m2 • Cargas vivas. Se contemplan las siguientes: - Carga viva del techo, para techos curvos. Área de aplicación: toda la cubierta. Carga: 0,5 kN/m2 - Material en carga sobre cumbre. 1.000 Tm/h = 10.000 kN/h = 2,78 kN/s 2,78 kN/s / 1,4 m/s = 1,98 kN/m 1,98 kN /m · 31 m = 61,5 kN Área de aplicación: plataforma de cumbre, Ø10 m con apertura Ø2 m (75,4 m2). Carga: 61,5 kN / 75,4 m2 = 0,82 kN/m2 - Material almacenado. Véase apartado 2. Por otra parte, el Eurocódigo establece la siguiente clasificación de acciones. • Peso propio: Clasificadas como cargas permanentes, de elementos estructurales y no estructurales, incluyendo las instalaciones fijas. Por definición, en concepto son homólogas a las cargas muertas del RNE. Los valores de los pesos unitarios necesarios en ambas normas son iguales. • Sobrecarga de uso: Cargas de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura por razón de su uso. Se agrupan en esta categoría las equivalentes a las cargas vivas de la norma local, siendo el criterio de combinación diferente para la naturaleza de cada una de ellas (véase apartado 6). 95 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. La concepción de carga viva del techo se relaciona en el Eurocódigo con sobrecarga de mantenimiento sobre cubiertas, como se define en las tablas 26 y 27. Tabla 26: Clasificación de las cubiertas en categorías [UNE EN-1991-1-1]. Tabla 27: Sobrecargas en cubiertas de categoría H [UNE EN-1991-1-1]. Se mantendrá el valor de 0,5 kN/m2 del reglamento nacional y se omitirá el uso de la carga concentrada debido al repartimento de la misma gracias al uso de subestructuras correspondientes a las escaleras de mantenimiento. ANEJO B-2: Cálculo de las acciones sobre el Domo 96 3. Material Según el RNE, se consideran los materiales presentes en la edificación como cargas vivas, sin prestar ningún tipo de información acerca de cargas debidas a almacenamiento. En este caso se recurre exclusivamente a las directrices del Eurocódigo sobre silos (UNE-EN 1991-4), en las que se considera de forma análoga a las cargas en ellos como acciones variables. Previamente al cálculo se definen las características generales del problema: - Se consideran las presiones provocadas por el máximo llenado posible. En el Anejo B-2 se determina un punto de llenado de altura z = 20,33 m. Para el cálculo, se utilizará el valor de 21 m. - Se considera, a efectos de cálculo, un flujo másico en la mayor parte del silo. En el Anejo de Cálculo B-1 figura la justificación del tipo de flujo real, que se determinó como una combinación de másico y en embudo. - Los valores característicos de las presiones se definen según el tipo de silo; en este caso, tipo corto (h/dc < 1,5). - Los valores de la norma son dados para silos de paredes verticales, por lo que deberán ser adaptados a la curvatura del silo semiesférico. Ilustración 37: Presiones sobre silos de sección cilíndrica [UNE-EN 1991-4]. - Se tendrá en cuenta que sobre la pared del Domo: o Las presiones de rozamiento únicamente se producirán de forma tangente, de forma que la carga se verá reducida al aplicar el giro vectorial. o Las presiones horizontales provocarán una carga normal y otra tangente al cuerpo del silo tras aplicar descomposición vectorial. 97 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. - Para tener en cuenta la variabilidad inherente de los materiales granulares y obtener los valores que representan las propiedades extremas del material, se aplican valores de 0,9 y 1,15 a los valores de μm y Ks, m. Hipótesis Ks μ Máx. Ph 1,15 K s, m 0,9 μm Máx. Pv 0,9 K s,m 0,9 μm Máx. Pw 1,15 K s,m 1,15 μm Tabla 28: Corrección de propiedades del material [Elaboración propia]. Donde: Ks, m: relación de presiones vertical/horizontal media, estimada de valor 0,45 para el fosfato sódico. μm: coeficiente de rozamiento material-hormigón medio, estimado de valor 0,4 para el fosfato sódico. El valor del peso específico, γ, será el mayor: 16 kN/m3. ANEJO B-2: Cálculo de las acciones sobre el Domo 104 • Zonas planas: fondo y escalones. El valor de la acción sobre los escalones planos y el fondo de la tolva o techo de galería: pve = 205,73 kN/m2 pvf = 410,53 kN/m2 105 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 4. Cálculo de la carga de viento Según el RNE, la estructura, los elementos de cierre y los componentes exteriores de todas las edificaciones expuestas a la acción del viento, serán diseñados para resistir las cargas (presiones y/o succiones) exteriores e interiores debidas al viento, suponiendo que éste actúa en dos direcciones horizontales perpendiculares entre sí. En la estructura la ocurrencia de presiones y/o succiones exteriores serán consideradas simultáneamente. El documento clasifica la estructura en domo como edificación Tipo 3, que representan problemas aerodinámicos especiales y cuyos valores de presiones de diseño se determinan apartir de análisis de procedimientos ingenieriles reconocidos. En este caso, debido al buen comportamiento aerodinámico del silo y como la norma establece, se asemejará a Tipo 1 – “edificaciones poco sensibles a las ráfagas y a los efectos dinámicos del viento” --. Se define en primer lugar la velocidad de diseño del viento hasta 10 m de altura será la velocidad máxima adecuada a la zona de ubicación de la edificación (Ver Anexo 2) pero no menos de 75 Km/h. La velocidad de diseño del viento en cada altura de la edificación se obtendrá de la siguiente expresión. Vh = V · (h / 10) 0.22 Donde: Vh: velocidad de diseño en la altura h (km/h). V: velocidad de diseño a 10 m de altura (km/h). h: altura sobre el terreno en metros (km/h). La velocidad de diseño V será la velocidad máxima adecuada a la zona de ubicación de la edificación (figura 39) pero no menos de 75 km/h. Según el mapa, puede tomar un valor de 82,5 km/h. Por tanto, el valor de Vh: Tabla 33: Caga de viento. Velocidades de diseño por el criterio local [Elaboración propia]. Altura, h (m) Velocidad de diseño, Vh (km/h) 0 0,00 1 49,71 2 57,90 3 63,30 4 67,44 5 70,83 6 73,73 7 76,27 8 78,55 9 80,61 10 82,50 11 84,25 12 85,88 13 87,40 14 88,84 15 90,20 16 91,49 17 92,72 18 93,89 19 95,01 20 96,09 21 97,13 22 98,13 23 99,09 24 100,02 25 100,93 26 101,80 27 102,65 28 103,47 29 104,28 30 105,06 ANEJO B-2: Cálculo de las acciones sobre el Domo 106 Ilustración 39: Carga de viento. Mapa eólico de velocidades básicas de Perú [RNE E.020]. La carga exterior ejercida por el viento se supondrá estática y perpendicular a la superficie sobre la cual actúa. Se calcula según la expresión: Ph = 0,005 · C · Vh2 Donde: ph: presión o succión del viento a una altura h (Kg/m2). C: factor de forma adimensional. Vh: velocidad de diseño a la altura h (km/h). Los valores de C ofrecidos por el Reglamento Nacional de Edificaciones se encuentran en la Tabla 34. 107 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Tabla 34: Carga de viento. Factores de forma C [RNE E.020]. Los valores dados resultan ambigüos respecto a la tipología de construcción de cúpula. Se reafirma aquí, por tanto, la conveniencia de adaptar el cálculo de cargas al Eurocódigo, como sigue en este apartado para la acción de viento. La velocidad y presión del viento se componen de una componente media y una componente variable. El Eurocódigo define el valor fundamental de la velocidad básica del viento, vb,0, como la velocidad media durante un periodo de 10 minutos, a una altura de 10 metros sobre el suelo, en un terreno abierto con vegetación baja y obstáculos aislados. Este tipo de terreno es el que clasifica como categoría II, dentro de la tabla B-10. Se adoptará la velocidad proporcionada por el Reglamento Nacional de Edificaciones (82,5 km/h), suponiéndola calculada con el mismo criterio que en el Eurocódigo. vb,0 = 82,5 km/h = 22,92 m/s La velocidad básica se determina por la siguiente expresión: vb = cdir · cseason · vb,0 = vb,0 Donde: cdir: factor direccional. cseason: factor estacional. Ambos factores de valor recomendado 1,0. La velocidad media del viento vm(z) a una altura z por encima del terreno depende de la rugosidad, la orografía y la velocidad básica del viento, vb, y se determina mediante la expresión: vm (z) = cr (z) · co (z) · vb Donde: cr(z): factor de rugosidad. co(z): coeficiente topográfico. ANEJO B-2: Cálculo de las acciones sobre el Domo 108 El factor de rugosidad se basa en un perfil logarítimico de velocidades: cr (z) = kr · ln (z / z0) para zmín ≤ z ≤ zmáx cr (z) = cr (zmín) para z ≤ zmín Donde: z0: longitud de la rugosidad, definida en la tabla B-10. kr: factor del terreno, que depende de la rugosidad z0 y su expresión es: kr = 0,19 · (z0 / z0,II) 0,07 Donde: z0, II: 0,05 m (categoría del terreno II, en la tabla 35). zmín: altura mínima, definida en la tabla 35. zmáx: se toma igual a 200 m. Los valores de z0 y zmín se toman de los valores recomendados de la tabla 35, según la categoría. Tabla 35: categorías de terrenos y parámetros [UNE-EN 1991-1-4]. Categoría 0: z0 = 0,003 m zmín = 1 m kr = 0,156 Del lado de la seguridad, se adopta la categoría de terreno 0 al ser un terminal marítimo, pese a que la construcción se encuentra protegida del viento de componente norte (cara sur a barlovento) por la ladera de costa y la nave de descarga y limpieza. El valor del coeficiente topográfico recomendado por la norma es la unidad. No obstante, y en base a lo anterior, se adopta el siguiente, siendo 20 m la diferencia de cota entre la plataforma de almacenamiento (+44,00) y la adyacente a barlovento (+64,00): co (z) = 0,9 para z ≤ 20 m co (z) = 1 para z > 20 m La intensidad de turbulencia Iv(z) a una altura z se define como la desviación típica de la turbulencia dividida por la velocidad media del viento. 109 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Iv (z) = σv / vm (z) = kl / [co (z) · ln(z / z0)] para zmín ≤ z ≤ zmáx Iv (z) = Iv (zmín) para z ≤ zmín Donde: kr: factor de turbulencia. De valor recomendado 1,0. co: coeficiente topográfico, en este caso de valor 1,0. σv: desviación típica de la turbulencia. Expresión: σv = kr · vb · kl La presión correspondiente a la la velocidad de pico en función de la altura z, que incluye velocidad media y fluctuaciones de velocidad será: qp (z) = [1 + 7 · Iv (z)] · ½ · ρ · vm2 (z) = ce (z) · qb (z) Donde: ρ: densidad del aire, de valor 1,25 kg/m3. Tabla 36: Cálculo de las presiones de viento en función de la altura [Elaboración propia]. A partir de las presiones de pico calculadas, se establecen las acciones a considerar sobre la estructura: • Presión del viento sobre superficies exteriores. we = qp (ze) · cpe Altura, z (m) Factor de rugosidad, Cr (z) Coef. topográfico, Co (-) Velocidad media, Vm (m/s) Intensidad de turbulencia, Iv (-) Presión de pico, qp (N/m2) 00,91 0,90 18,69 0,17 481,59 10,91 0,90 18,69 0,17 481,59 21,01 0,90 20,92 0,15 568,22 31,08 0,90 22,23 0,14 621,78 41,12 0,90 23,15 0,14 661,07 51,16 0,90 23,87 0,13 692,29 61,19 0,90 24,46 0,13 718,27 71,21 0,90 24,96 0,13 740,57 81,23 0,90 25,39 0,13 760,14 91,25 0,90 25,76 0,12 777,60 10 1,27 0,90 26,10 0,12 793,36 11 1,28 0,90 26,41 0,12 807,75 12 1,29 0,90 26,69 0,12 820,98 13 1,31 0,90 26,95 0,12 833,24 14 1,32 0,90 27,19 0,12 844,67 15 1,33 0,90 27,41 0,12 855,37 16 1,34 0,90 27,62 0,12 865,43 17 1,35 0,90 27,81 0,12 874,94 18 1,36 0,90 27,99 0,11 883,94 19 1,37 0,90 28,17 0,11 892,50 20 1,37 0,90 28,33 0,11 900,65 21 1,38 1,00 31,66 0,11 1121,53 22 1,39 1,00 31,82 0,11 1130,73 23 1,40 1,00 31,98 0,11 1139,56 24 1,40 1,00 32,13 0,11 1148,03 25 1,41 1,00 32,28 0,11 1156,19 26 1,41 1,00 32,42 0,11 1164,06 27 1,42 1,00 32,56 0,11 1171,65 28 1,43 1,00 32,69 0,11 1178,99 29 1,43 1,00 32,81 0,11 1186,08 30 1,44 1,00 32,93 0,11 1192,96 ANEJO B-2: Cálculo de las acciones sobre el Domo 110 • Fuerza debida al viento, Fw, como la suma vectorial de las siguientes: o Fuerzas exteriores: resultantes de las presiones exteriores. Fw,e = cscd · Σ we · Aref o Fuerzas de fricción: resultantes de las fuerzas de fricción paralela del viento. Ffr = cfr · qp (ze) · Afr Donde: qp (ze): presión correspondiente a la presión de pico en la altura de referencia exterior (kN/m2). ze: altura de referencia para la presión externa (m) cpe: coeficiente de presiones exteriores. cscd: coeficiente estructural. we: presión externa sobre la superficie individual de cada elemento estrucrural a una altura ze (kN/m2). Aref: área de referencia de la superficie individual de cada elemento estructural (m2). cfr: coeficiente de fricción. Afr: área de la superficie exterior paralela al viento (m2). Se desprecian las presiones y, por tanto, fuerzas interiores sobre la construcción al tener funciones de aislamiento y estanqueidad, lo que supondrá que no existirán aperturas directas al exterior por normal general. No se hace lo mismo para la fricción, que, aunque según la norma, pudiéndose despreciar este efecto en caso de que las superficies paralelas (u orientadas con un ángulo lo suficientemente pequeño) a la dirección del viento sean menores o iguales a cuatro veces el área total perpendicular a al viento, el proyecto representa un problema típico aerodinámico que a juicio propio debe ser considerada. Para cubiertas abovedadas y cúpulas: - Los valores de cpe = cpe,10 (`para elementos de más de 10 m2) se recogen en la figura 40: 111 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Ilustración 40: Valores recomendados del factor de forma [UNE EN-1991-1-4]. Para la tipología de cuerpo de Domo o cúpula semiesférica, sin base vertical (h/d = 0, f/d = 0,5): A = +0,8 B = -1,2 C = 0 - La altura de referencia debe tomarse como: ze = h + f = R ≈ 30 m - El coeficiente estructural se toma de valor cscd = 1,0; según el Eurocódigo para estructuras de sección transversal circular, con altura inferior a 60 m y a 6,5 veces el diámetro. - El coeficiente de fricción se utiliza según la tabla 37. La superficie es de membrana plástica, que se considerará como suave y cfr = 0,01. Tabla 37: Coeficientes de fricción para superficies de cubiertas [UNE EN-1991-1-4]. ANEJO B-2: Cálculo de las acciones sobre el Domo 112 - El área de superficie paralela al viento se halla según el siguiente criterio: superficies paralelas al viento serán aquellas con un ángulo de inclinación respecto al viento menor o igual que 30º. Afr = π · (R · cos (90º - 30º)) 2 = 754,8 m2 La carga de viento según UNE EN-1991-1-4 se automodelará en SAP2000, introduciendo los coeficientes calculados en el presente Anejo. 113 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 5. Cálculo de la carga de nieve La sobrecarga de nieve en una superficie cubierta es el peso de la nieve que, en las condiciones climatológicas más desfavorables, puede acumularse sobre ella. En primer lugar, se establece la carga según la normativa vigente local. En zonas en la cuales exista posibilidad de nevadas importantes, deberá prestarse especial atención tanto en la aplicación de cargas especiales como en la selección apropiada de las pendientes y tipologías de las cubiertas. No es el caso de la zona de Proyecto, al estar situada en la costa norte de Perú (provincia de Piura). Ilustración 41: Ámbito de ocurrencia de nevadas [CENEPRED Perú]. Se tomará el valor mínimo de la carga básica de nieve sobre el suelo (QS) establecida en la norma, correspondiente a 0,4 m de nieve fresca o 0,2 m de nieve compactada: QS = 0,4 kN/m2 ANEJO B-2: Cálculo de las acciones sobre el Domo 120 El peso de la construcción se tratará adicionando a la carga permanente y total de la edificación un porcentaje de la carga viva o sobrecarga que para tanques, silos y estructuras similares se considerará el 100% de la carga que puede contener. Para cada una de las direcciones horizontales (dos ortogonales, por ser estructura regular) se utilizará un espectro inelástico de pseudo-aceleraciones definido por: Sa = ZUCS R · g Es decir: Sa= 0,4 · 1,3 · 2,5 6·g= 2,12 [m 𝑠2] ⁄ para T< Tp Sa= 0,4 · 1,3 · 2,5 6·0,4 T·g= 0,85 T [m 𝑠2] ⁄ para T≥ Tp El análisis dinámico se realizará por análisis modal espectral, introduciendo en SAP2000 – que elabora un análisis modal previo – el espectro inelástico de respuesta, y la respuesta máxima devuelta se habrá calculado por el método SRSS (Square Root of Sum of Squares) con un número finito de modos de vibración considerados por el programa. Ilustración 45: Espectro de respuesta sísmica según la Norma E.030 [SAP2000]. 121 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 7. Combinación de cargas La combinación de acciones se ha realizado de acuerdo con el Eurocódigo 0 (UNE-EN 1990). Los coeficientes parciales de seguridad se han tomado tanto de este documento como del Eurocódigo 1 Parte 4 (UNE-EN 1991-4). En la tabla 44 se recogen los coeficentes aplicados. Tabla 44: Combinación de cargas. Coeficientes parciales de seguridad y simultaneidad [Elaboración propia]. Donde los siguientes estados límites últimos (ELU) deben verificarse: EQU: pérdida del equilibrio estático de la estructura o de cualquier parte de ella considerada como un cuerpo rígido. STR: fallo interno o deformación excesiva de la estructura o elemento estructural incluído cimentaciones. GEO: fallo interno o deformación excesiva del terreno en que las resistencias del suelo de la roca son significativas para la resistencia. Las combinaciones de carga para evaluar los ELU de la estructura serán las siguientes: • Situaciones casi-permanentes y transitorias: ∑γG,j ·Gk,j " + " j ≥ 1 γQ,1 ·Qk,1 " + " ∑γQ,i ·ψ0,i ·Qk,i i>1 • Situaciones sísmicas: ∑Gk,j " + " 𝐴𝐸𝑑 j ≥ 1 " + " ∑ψ2,i ·Qk,i i>1 También se deberán verificar los estados límites de servicio, agrupados en las combinaciones ELS. Se contemplarán las siguientes: • Situación característica: ∑Gk,j " + " j ≥ 1 Qk,1 " + " ∑ψ0,i ·Qk,i i>1 • Situación frecuente: ∑Gk,j " + " j ≥ 1 ψ1,1 ·Qk,1 " + " ∑ψ2,i ·Qk,i i>1 Desf. Fav. Desf. Fav. Desf. Fav. Peso propio PP G 1,35 1 1,1 0,9 1 1 - - - Mantenimiento SM Q 1,5 0 1,5 0 1 0 0 0 0 Carga material SC Q 1,5 0 1,5 0 1 0 0,7 0,5 0,3 Material granular MAT Q 1,5 0 1,5 0 1 0 0,9 0,8 0,7 Viento V Q 1,5 0 1,5 0 1 0 0,6 0,5 0 Estado 1 N1 Q Estado 2 N2 Q Sismo S A - - - - - - - - - 0,6 0,2 0 CARGAS Sobrecargas de uso Nieve 1,5 0 1,5 γ (STR/GEO) γ (EQU) ψ0 ψ1 ψ2 ABREVIATURA TIPO γ (ELS) 1 0 0 ANEJO B-2: Cálculo de las acciones sobre el Domo 122 • Combinación casi-permanente: ∑Gk,j j ≥ 1 " + " ∑ψ2,i ·Qk,i i>1 Las distintas consideraciones entre estados de carga y condiciones tanto de carga dominante como de favorabilidad o desfavorabilidad de unas frente a otras originan hasta 25 combinaciones de carga diferentes para Estados Límites Últimos y más de 30 combinaciones para Estados Límite de Servicio. Sobre el cálculo en SAP2000, serán los ELU los estados para el dimensionamiento de los elementos estructurales, mientras que el ELS de fisuración será, como único de servicio considerado para el hormigón armado, llevado a comprobación. Por otra parte, los estados ELU de estabilidad global de la estructura, EQU, que condicionarán el dimensionamiento geométrico de la cimentación 123 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. ANEJO B-3: CÁLCULO DEL DOMO ANEJO B-3: Cálculo del Domo 124 1. Datos • Hormigón: C35/45 / HA-35 (España) / f’c 35 (América). • Acero de refuerzo: fs 420 (América), límite elástico fy = 420 MPa. • Cargas aplicadas: todas las cargas (Anejo B-2). • Otros datos de modelo: o Restricción de apoyo simple en base. o Masas asociadas a: ▪ Equipos fijos sobre cumbre. ▪ Material almacenado. ▪ Material en carga sobre cumbre. • Cuantía geométrica mínima de acero: 0,0035 en cualquier cara y dirección. • Recubrimientos geométricos para láminas: o Cara interior: 5 cm. o Cara exterior: 3 cm (aislamiento). • Cuantía geométrica mínima de refuerzo: 0,0025 • Espaciamiento libre entre barras paralelas de una misma capa mayor o igual a: o Su diámetro. o A 2,5 cm. o A 1,3 veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso. • Separación libre entre capas de refuerzo mayor o igual a 2,5 cm. • Barras de capas superiores alineadas (en lo posible) con las inferiores. 125 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. 2. Dimensionamiento El modelo de elementos finitos creado consiste en la generación en SAP2000 de un cuerpo semiesférico de 31 metros de radio formado por elemenos lámina o shell (figura B-12) simplemente apoyado en su base. La losa de coronación se integra como parte de la esfera parcial en un recrecimiento del espesor de sección de los elementos de esta, en un diámetro de 10 y con una apertura interior de 2 metros. Ilustración 46: Estructura del domo. Planta y perspectiva del modelo de elementos finitos [SAP2000]. Se usan dos tipos de elementos lámina en este caso, en diferentes zonas de la estructura: - Lámina delgada: para espesores de cuerpo menores de 50 cm. - Lámina gruesa: para losa de coronación y para la zona de la base del domo. La determinación de los espesores de capa de hormigón consiste en un trabajo de prueba y error sobre el modelo, desde las consideraciones de disminución lineal (sin gradientes acusados) de este con la altura, condiciones de mínimos geométricos, minimización de refuerzo necesario para garantizar el cumplimiento suficiente de los Estados Límite, etc. El resultado de las iteraciones realizadas es el mostrado en la figura B-X. En el sentido positivo de la vertical: - Cuerpo: desde 80 a 15 cm. - Corona: desde 55 a 30 cm. ANEJO B-3: Cálculo del Domo 126 Ilustración 47: Estructura del domo. Perspectiva de corte del modelo de elementos finitos [SAP2000]. A partir de la validación de esta configuración del modelo, se presentan los resultados obtenidos: - Los Estados Límite que condicionan el dimensionamiento de la estructura son los ELU. Se puede aceptar el cumplimiento de los ELS a raíz del cumplimiento de los primeros. - La situación que resulta más desfavorable para la mayor parte de secciones se corresponde con la estática con la carga de material almacenado como dominante. - Las situaciones dinámicas producen esfuerzos en la estructura menores que los estáticos. El espectro elástico de respuesta asociada a los sismos locales tiene su “meseta” (máximas pseudo-aceleraciones) para frecuencias altas (ver apartado 6 del Anejo B-2), mientras que las naturales de la propia estructura son bajas debido a su masa: ωn = (k / m)1/2 Esto se aplicará también al comportamiento de losa de fondo de silo. - En general, las zonas no cargadas por el material se dispondrán con la cuantía mínima de acero. En estas, el comportamiento de membrana es predominante y suficiente para absorber los esfuerzos que se producen. - Las zonas con carga de fosfato (aprox. z ≤ 20 m) almacenado resisten esfuerzos de lámina (existe flexión). La magnitud de la carga implica intensidades de armado considerablemente altas. - La rigidez aportada por su canto hace que la losa de cumbre resista de forma suficiente y con cuantía mínima de acero las cargas recibidas. Ante la diferencia de espesor en comparativa con el cuerpo del domo, presenta en gran medida un comportamiento de sólido rígido (deformaciones mínimas). Mediante un corte del modelo se representan las áreas de refuerzo mínimo en ambas caras. Por simplicidad, sólo la combinación de cargas con material como dominante se muestra (figuras 48 y 49). 127 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Ilustración 48: Estructura del domo. Área de refuerzo circunferencial mínima, Ast1 [SAP2000]. Ilustración 49: Estructura del domo. Área de refuerzo meridional mínima, Ast2 [SAP2000]. ANEJO B-3: Cálculo del Domo 128 Como ejemplo, la figura 50, correspondiente a una de las combinaciones de carga con viento dominante, demuestra lo expuesto anteriormente acerca de esfuerzos y armaduras en la estructura. Ilustración 50: Estructura del domo. Área mínima de refuerzo meridional, Ast2 [SAP2000]. Aunque no son muchas, algunas de estas combinaciones, en cambio, requieren picos de armado en zonas concretas que superan a los de la hipótesis de material almacenado como carga dominante. Las tablas 45 y 46 recogen la identificación de las áreas de refuerzo mínima en el cuerpo y en la losa de coronación, respectivamente, entre todas las combinaciones de cargas en cada sección definida en el modelo de elementos finitos. En color morado se indican las áreas de refuerzo correspondientes a direcciones y caras en las que se dispondrá de la cuantía mínima, que dependen del espesor de la lámina. 129 Proyecto de almacén domo para 100.000 Tm en terminal marítima de fosfato sódico. Tabla 45: Cuerpo del domo. Espesores y áreas de refuerzo mínimo en cada sección [Elaboración propia]. Sección (ASEC) Espesor, e (cm) zmin/zmax (m) Ast1 TOP (cm2/m) Ast2 TOP (cm2/m) Ast1 BOT (cm2/m) Ast2 BOT (cm2/m) 180 0 / 1,4 75,6 28,0 58,6 28,0 278 1,4 / 2,7 133,7 27,3 117,6 27,3 376 2,7 / 4,1 168,2 27,2 158,1 26,5 474 4,1 / 5,4 182,3 26,7 179,3 25,8 572 5,4 / 6,8 182,8 25,1 183,7 25,1 670 6,8 / 8,1 179,1 24,3 183,4 24,3 767 8,1 / 9,4 164,5 23,6 173,4 23,6 865 9,4 / 10,7 144,5 22,9 156,1 22,9 963 10,7 / 12 123,7 22,1 136,8 22,1 10 61 12 / 13,2 102,9 21,4 116,3 21,4 11 59 13,2 / 14,4 83,6 20,7 96,3 20,7 12 57 14,4 / 15,6 66,2 19,9 77,8 19,9 13 55 15,6 / 17,8 50,3 19,2 60,5 19,2 14 53 16,8 / 17,9 36,9 18,5 45,6 18,5 15 51 17,9 / 19 25,0 17,7 32,1 17,7 16 49 19 / 20,1 17,0 17,0 20,8 17,0 17 46 20,1 / 21,1 16,3 16,3 16,3 16,3 18 44 21,1 / 22,1 15,5 15,5 15,5 15,5 19 42 22,1 / 23,1 14,8 14,8 14,8 14,8 20 40 23,1 / 23,9 14,1 14,1 14,1 14,1 21 38 23,9 / 24,7 13,3 13,3 13,3 13,3 22 36 24,7 / 25, 5 12,6 12,6 12,6 12,6 23 34 25,5 / 26,3 11,9 11,9 11,9 11,9 24 32 26,3 / 27 11,1 11,1 11,1 11,1 25 30 27 / 27,6 10,4 10,4 10,4 10,4 26 28 27,6 / 28,2 9,7 9,7 9,7 9,7 27 25 28,2 / 28,75 8,9 8,9 8,9 8,9 28 23 28,75 / 29,25 8,2 8,2 8,2 8,2 29 21 29,25 / 29,7 7,4 7,4 7,4 7,4 30 19 29,7 / 30 6,7 6,7 6,7 6,7 31 17 30 / 30,3 6,0 6,0 6,0 6,0 32 15 30,3 / 30,6 5,2 5,2 5,2 5,2 PROYECTO DE ALMACÉN DOMO PARA 100.000 TM EN TERMINAL MARÍTIMA DE FOSFATO SÓDICO DOMOS ALZADO SECCIÓN A-A Escala: S/E Fecha: Codigo: Diciembre 2020 PD03 PROYECTO DE ALMACÉN DOMO PARA 100.000 TM EN TERMINAL MARÍTIMA DE FOSFATO SÓDICO DOMOS ALZADO B-B Escala: S/E Fecha: Codigo: Diciembre 2020 PD04 PROYECTO DE ALMACÉN DOMO PARA 100.000 TM EN TERMINAL MARÍTIMA DE FOSFATO SÓDICO DOMOS LOSA SUPERIOR PÓRTICO DE ACCESO Escala: S/E Fecha: Codigo: Diciembre 2020 P03 PROYECTO DE ALMACÉN DOMO PARA 100.000 TM EN TERMINAL MARÍTIMA DE FOSFATO SÓDICO DOMOS CIMENTACIÓN MEMBRANA Escala: S/E Fecha: Codigo: Diciembre 2020 PD06 C C DETALLE 01 PROYECTO DE ALMACÉN DOMO PARA 100.000 TM EN TERMINAL MARÍTIMA DE FOSFATO SÓDICO DOMOS CIMENTACIÓN Y MEMBRANA 2 Escala: S/E Fecha: Codigo: Diciembre 2020 PD07 FASE 01 PROYECTO DE ALMACÉN DOMO PARA 100.000 TM EN TERMINAL MARÍTIMA DE FOSFATO SÓDICO DOMOS SECCION 1 Escala: S/E Fecha: Codigo: Diciembre 2020 PD08 VAR. SEGUN PROYECTO FASE 02 PROYECTO DE ALMACÉN DOMO PARA 100.000 TM EN TERMINAL MARÍTIMA DE FOSFATO SÓDICO DOMOS SECCIÓN 2 Escala: S/E Fecha: Codigo: Diciembre 2020 PD09 VAR. SEGUN PROYECTO FASE 03 PROYECTO DE ALMACÉN DOMO PARA 100.000 TM EN TERMINAL MARÍTIMA DE FOSFATO SÓDICO DOMOS SECCIÓN 3 Escala: S/E Fecha: Codigo: Diciembre 2020 PD10 VAR. SEGUN PROYECTO VAR. SEGUN PROYECTO VAR. SEGUN PROYECTO VAR. SEGUN PROYECTO FASE 04 PROYECTO DE ALMACÉN DOMO PARA 100.000 TM EN TERMINAL MARÍTIMA DE FOSFATO SÓDICO DOMOS SECCIÓN 4 Escala: S/E Fecha: Codigo: Diciembre 2020 PD11 VAR. SEGUN PROYECTO FASE 05 PROYECTO DE ALMACÉN DOMO PARA 100.000 TM EN TERMINAL MARÍTIMA DE FOSFATO SÓDICO DOMOS SECIÓN 5 Escala: S/E Fecha: Codigo: Diciembre 2020 PD12 VAR. SEGUN PROYECTO