Nota del editor: El siguiente artículo fue publicado en la edición de julio de Carga Seca Internacional.
Por Zane Wells para Dome Technology
Construir un domo duradero para el almacenamiento a granel requiere mucho más que inflar un encofrado de aire en forma de domo y colocar concreto utilizando el método de hormigón proyectado dentro del domo. También requiere que la cúpula se diseñe para las tensiones que encontrará durante su vida útil.
Para garantizar una estructura duradera, los ingenieros de Dome Technology utilizan análisis de elementos finitos para determinar cómo se comportará el domo cuando se apliquen cargas. Estas cargas incluyen el peso propio, la nieve, el viento y los sismos, además de las cargas de presión del material almacenado. Todas estas cargas impactan las tensiones en el domo en sus propias formas únicas.
Imagínese esto: el tamaño de un domo se basa en el volumen de almacenamiento requerido para el material almacenado, y se asume un grosor inicial basado en la experiencia previa. Los ingenieros utilizan una metodología de forma cerrada basada en la teoría clásica de la ingeniería para identificar el grosor y el refuerzo correctos para la estructura. Es el punto de partida del diseño, por así decirlo. La solución de forma cerrada identifica las tensiones en el caparazón debido a las cargas aplicadas.
Luego se dibuja la geometría y se especifica en los planos el espesor requerido y la cantidad de refuerzo. Los códigos de construcción locales detallan los criterios de tensión y deflexión para una estructura, o cómo se debe diseñar una estructura para resistir las cargas aplicadas. Los códigos de construcción están escritos alrededor de estructuras típicas de marcos y muros de carga. Estas estructuras se comportan de una manera muy bien conocida. Las estructuras de hormigón, incluidos los domos y los silos, no resisten las cargas de la misma manera que las estructuras de marcos y muros de carga, por lo que se realizan más análisis para garantizar el cumplimiento del código y la seguridad del sistema.
El análisis de elementos finitos determina cómo se comportará un domo cuando se apliquen cargas.
Se crea un modelo informático de la cúpula en el software FEA. Luego, el software divide el modelo en partes más pequeñas: los elementos finitos. Se aplican cargas al modelo de cúpula y el software analiza la cúpula para determinar las tensiones y deflexiones debidas a las diversas cargas. Estos esfuerzos se utilizan para verificar el refuerzo especificado y cualquier área de concentración de esfuerzos se investiga más a fondo. Las deflexiones del sistema se utilizan para identificar las áreas con mayor probabilidad de pandearse en situaciones de carga del mundo real. Con esos puntos identificados, se puede especificar una estructura adicional en los planos.
Esta herramienta es invaluable para los clientes porque se identifican las áreas de alta tensión y se toman medidas para diseñar la estructura de concreto para resistir las cargas en la cubierta del domo. Aquí hay tres formas en que los clientes se benefician de FEA:
Mayor vida útil de la estructura.
]Al identificar qué partes del domo soportarán la mayor parte de la presión y las cargas por dentro y por fuera, el domo se refuerza donde sea necesario, lo que significa que la estructura tendrá fuerza donde la necesite en las próximas décadas.
Por ejemplo, un cliente puede solicitar una apertura mayor para acceder al producto almacenado; FEA mostrará qué materiales de construcción se requieren para que el domo sea lo suficientemente fuerte para soportar la abertura. FEA también es una forma importante de determinar cómo se comportará un domo cuando una cabecera o un transportador se apoyen en el vértice del domo.
Eliminación de gastos innecesarios
Esto también funciona a la inversa. A veces, un ingeniero puede suponer que cierto punto en el domo podría estar comprometido con cargas adicionales y sugerir que se agregue más refuerzo allí. Pero el software FEA elimina las conjeturas (y los cálculos manuales) al identificar si ese es realmente el caso. Cuando eso sucede, se elimina el refuerzo adicional innecesario, al igual que los gastos innecesarios.
Mejor preparación para eventos meteorológicos
Debido a que FEA analiza cómo las presiones de tornados, terremotos, huracanes y fuertes nevadas interactuarán con la cubierta del domo, el domo en sí puede diseñarse para soportar mejor los desastres naturales. En áreas de vientos fuertes, como Tornado Alley en los Estados Unidos, o áreas sísmicas altas, como Chile en América del Sur, esto es especialmente beneficioso.