LAS ESTRUCTURAS DOMO
VENTAJAS RESPECTO A LAS ESTRUCTURAS CONVENCIONALES
1. LAS ESTRUCTURAS DOMO
Las estructuras Domo son
modernas láminas de revolución en hormigón armado y/o
pretensado perfectamente aisladas del exterior, que pueden
adoptar una gran variedad de geometrías para adaptarse a
distintos usos y con gran potencial estético.
2. PROCESO CONSTRUCTIVO
Se construyen mediante un
particular proceso utilizando como elemento auxiliar una
membrana presurizada de PVC de gran resistencia que queda
como acabado exterior. Sobre la membrana se proyecta,
interiormente, una capa de espuma de poliuretano rígida de 2
cm. de espesor.
Posteriormente, en fases
sucesivas, en un proceso continuo y autoequilibrado se
disponen, siempre trabajando desde su interior, capas de
hormigón mediante proyección y las armaduras de acero
correspondiente, hasta obtener la secciones definidas en el
correspondiente proyecto de construcción.
3. CONSIDERACIONES
TIPOLÓGICAS
3.1
ESTRUCTURAS CUPULIFORMES
La tipología que denominamos
estructuras Domo es una amalgama de elementos muy antiguos y
muy modernos que dan lugar a un tipo de estructura
completamente nuevo y que presenta ventajas fundamentales
frente a estructuras convencionales diseñadas con la misma
funcionalidad.
Las cúpulas, conocidas desde
la antigüedad, y que adquieren un notable desarrollo en
época romana y un nuevo apogeo durante el Renacimiento,
habiendo llegado algunos de sus más notables ejemplos hasta
nuestros días y con sus cientos o incluso miles de años
transcurridos desde su construcción nos hablan de su
perdurabilidad incluso en zonas afectadas por seísmos.
Las cúpulas históricas tenían
las limitaciones derivadas de los materiales de la época, no
existiendo elementos adecuados para resistir tracciones
elevadas, problema resuelto perfectamente en la actualidad
mediante el empleo del hormigón armado que nos permite
realizar cúpulas de pequeño espesor y con elevadas
resistencias tanto a tracción como a compresión
3.2 MODERNOS MATERIALES Y
ELEMENTOS ESTRUCTURALES
3.2.1 Sistema de apoyo
El empleo de los modernos
aparatos de apoyo elastoméricos permite que estas modernas
cúpulas de hormigón puedan apoyarse sobre la cimentación en
la forma que más convenga en cada caso al objeto de por
ejemplo evitar que en el caso de un silo se transmitan
fuertes cargas horizontales a la cimentación y de que
aparezcan importantes momentos flectores en la estructura y
en la cimentación, efecto que se produciría si estos
estuvieran rígidamente unidos. Y en otro sentido, si la
acción actuante fuera un sismo, la realización de un apoyo
elástico disminuiría los efectos del mismo sobre la
estructura. Además, con este tipo de apoyo sería posible la
corrección de un eventual asiento diferencial reduciendo la
posibilidad de que se produjeran daños en la estructura.
Con todo esto conseguimos un
comportamiento más favorable y una reducción del costo.
3.2.2 Membrana de PVC.
Espuma rígida de poliuretano
La construcción de las
estructuras Domo es posible por el empleo de modernos
materiales como son las membranas de PVC y la espuma rígida
de poliuretano.
Las membranas textiles
estructurales de alta resistencia, pretensadas, quedan como
acabado exterior y proporcionan una protección adicional
frente a la humedad.
La disposición de una capa de
espuma rígida de poliuretano aplicada interiormente sobre la
membrana proporciona un excelente aislamiento frente a la
humedad así como térmico.
Esto es muy importante cuando
se almacenan productos a alta o baja temperatura pues se
disminuyen enormemente los esfuerzos que actúan sobre la
pared de la estructura y se elimina la contaminación
térmica.
El interior de la estructura
está perfectamente aislado con lo que se elimina todo tipo
de condensaciones, aspecto fundamental cuando se almacena
clinker o cemento, y se mantiene una mayor uniformidad
térmica.
El aislamiento es tan
importante que incluso se tiene la posibilidad, si se
requiere, de crear atmósferas especiales en su interior.
Estas propiedades de
las estructuras Domo son muy superiores a las de los silos
convencionales. En efecto, los silos convencionales suelen
ser cilindros, generalmente de hormigón, rematados por una
cubierta metálica.
La cubierta metálica siempre
produce efectos de falta de hermeticidad al no existir
monolítismo con el fuste y tratarse de elementos
estructurales diferentes con distinto comportamiento y de
distinto material, produciéndose emisiones de polvo, entrada
de agua, condensaciones que puede afectar al material
almacenado y además requiriendo frecuentes labores de
mantenimiento y reparación.
La estructura Domo presenta,
por tanto, importantes ventajas de aislamiento y
hermeticidad.
4. COMPORTAMIENTO
ESTRUCTURAL
Estructuralmente se comprende
fácilmente que un cilindro tiene peor comportamiento
estructural que una cúpula, especialmente cuando existen
esfuerzos horizontales no uniformes, caso que se da cuando
la disposición del material no es uniforme, cuando el
vaciado del silo tiene excentricidad, o con acciones de
viento y sismo.
En el Anexo 1 hacemos un
estudio comparativo de tensiones entre un silo convencional
y un domo producidas por una acción sísmica.
En el Anexo 2 se comparan los
efectos producidos en ambas tipologías, convencional y domo,
cuando el producto almacenado se encuentra a alta
temperatura.
Con el sistema constructivo
Domo, al estar perfectamente solucionado el problema de la
construcción de la cubierta, pueden ejecutarse estructuras
de mayores luces. En nuestra experiencia figuran silos de 70
m. de diámetro y proyectos de parques de materias primas o
carbón de 120 m.
En silos puede ser una opción
interesante ir a mayor diámetro cuando la capacidad portante
del terreno de cimentación es reducida. Las cargas directas
del material almacenado se reducen al quedar distribuidas
en una mayor superficie y se reducen las acciones en la
cimentación transmitidas por la estructura.
En parques de gran diámetro,
nuestras estructuras presentan un excelente comportamiento
aerodinámico tanto por su forma como por la escasa rugosidad
que presenta su superficie, resolviendo los problemas de
montaje, conservación, inestabilidad y fatiga que pueden
afectar a las estructuras metálicas.
5. PUESTA EN OBRA DEL
HORMIGÓN. CONSTRUCCIÓN
Una ventaja fundamental es la
excelente puesta en obra del hormigón frente a otros
sistemas deslizados o convencionales.
El hormigón, de alto contenido
en cemento, con máximo tamaño del árido de 12 mm., no tiene
más aditivo que humo de sílice.
Su puesta en obra se hace
mediante proyección, adquiriendo una gran compacidad. Se
realiza en capas finas de 2-3 cm. de espesor lo que reduce
notablemente la fisuración por efecto de las retracciones
iniciales.
Además, dentro de la
estructura en construcción, existen unas condiciones de
temperatura y humedad muy favorables para el curado y la
maduración del hormigón, esto es debido al microclima que se
crea en su interior por el aislamiento que la membrana
exterior y el poliuretano producen respecto del ambiente
exterior.
Otra ventaja colateral es que
al construirse desde el interior, estando desde el comienzo
gran parte de la maquinaria y de los materiales necesarios
para la construcción dentro del espacio que ésta ocupa, se
reduce al mínimo la ocupación de espacio exterior.
Por último, se reduce
notablemente el plazo de ejecución al efectuarse la
construcción en una única fase, en lugar de las tres en que
se realizan las estructuras convencionales: fuste, cubierta
y en su caso, postensado.
6. VENTAJAS. RESUMEN
Como resumen podemos enumerar
sus principales ventajas:
a) Funcionales
-Total hermeticidad,
existiendo la posibilidad de almacenar agua o gas.
-Aislamiento completo del
exterior.
-Eliminación de
condensaciones.
-Mejor protección de los
productos almacenados.
- Posibilidad de almacenar
productos a altas o bajas temperaturas.
-No existen pilares
interiores.
-Se puede cargar directamente
sobre las paredes.
b) Medioambientales
-Se suprime la emisión de
polvo.
-Se elimina la contaminación
térmica y acústica.
-Su estética mejora el aspecto
de los entornos donde se implantan.
c) De explotación
-Máxima durabilidad.
-Bajos costes de explotación.
-Posibilidad de extracción
automática del 100% de los productos almacenados.
-Reducción del personal
necesario para su explotación
d) Estructurales
-Estructuras monolíticas en
simple o doble curvatura.
-Excelente comportamiento
frente a:
Altas o Bajas Temperaturas
Sismos
Huracanes
Incendios
Viento
-Reducción de cargas sobre la
cimentación.
-Posibilidad de grandes luces.
-Versatilidad en la unión con
la cimentación o con la infraestructura.
-Capacidad de resistencia de
fuertes cargas puntuales.
-Fácil corrección de asientos
localizados en caso de producirse.
e) Constructivas
-Menor plazo de ejecución
-Excelente puesta en obra del
hormigón
-Menor ocupación
d) Económicas
-La solución domo
resulta más económica que la convencional en una magnitud
del orden del 10%.
En resumen, podemos decir que
con el sistema Domo conseguimos estructuras monolíticas,
ecológicas, por su perfecto aislamiento y sus reducidos
costes de explotación y mantenimiento, con mejor
comportamiento estructural y con mejor protección de los
materiales almacenados.
ANEXO 1
ANÁLISIS SÍSMICO
Se compara la respuesta de dos
silos para clinker con idéntica capacidad de 50.000 tm.
El primero de ellos,
convencional, con geometría cilíndrica con 19 m de radio y
25 de altura. El segundo, un silo domo con geometría
esférica con el centro situado a 6,75 m. de altura y con un
radio interior de 23 m.
Se considera que ambas
estructuras son excitadas por un movimiento uniforme en su
base en forma de los espectros elásticos de respuesta de la
aceleración horizontal definida en la Norma de Construcción
Sismorresistente NCSE-94 utilizando para la aceleración
sísmica básica un valor de 0,12g.
La masa del clinker se
considera distribuida senoidalmente en la pared del silo
según indican las Règles Professionnelles de Conception et
de Calcul des Silos en Béton Armé ou Précontraint.
Se obtienen las 60 primeras
frecuencias y los modos de vibración correspondientes y para
la estimación de las tensiones máximas de respuesta se
utiliza como técnica de combinación de los valores de los
corrimientos el método SRSS de raíz cuadrada de la suma de
los cuadrados, que es el método más corriente, considerando
un valor para el factor de cluster de 0,10.
En las siguientes figuras
aparecen los valores de las tensiones obtenido en ambos
casos, observándose que el pico de tensiones alcanza un
valor 3 veces superior en el caso del silo convencional,
limitándose en el caso del domo a una zona muy puntual,
además en el caso de silo convencional, una gran parte de su
superficie está sometida a esfuerzos comprendidos entre los
factores de 1 y 4 en comparación con el valor más importante
que aparece en una zona extendida del domo.
La respuesta tan favorable del
domo se debe, en primer lugar, al tratarse de una estructura
de cúpula cerrada en su parte superior frente a la abierta
de cilindro con un extraordinario comportamiento frente a
cargas descentradas. Razón que históricamente se comprueba
por la pervivencia de estas estructuras en muchos casos
desde la antigüedad.
Y en nuestro caso, además la
respuesta es más favorable al haber apoyado la cúpula
elásticamente sobre el cimiento mediante un sistema
combinado de aparatos de apoyo de material elástomérico
zunchado y de guías anulares que atenúan el efecto del sismo.
Esto produce un aumento de las
frecuencias naturales de la estructura con lo cual
disminuyen los valores de las aceleraciones espectrales y
por tanto la respuesta global.
Fig 1.
Silo Domo. Acción Sísmica. Tensiones SRSS
Fig 2.
Silo convencional. Acción Sísmica. Tensiones SRSS
ANEXO
2
EFECTOS
TÉRMICOS
Si se
considera el efecto que se produce en la pared del silo
cuando en su interior se almacena clinker a alta
temperatura.
Se toma una
temperatura de referencia Tr de entrada del clinker al silo
de 150ºC.
Consideramos
las Règles Professionnelles de Conception et de Calcul des
Silos en Béton Armé ou Précontraint.
Vamos a
estudiar los efectos de la temperatura que se producen en la
zona del silo más desfavorable que es la parte de la pared
que no está en contacto directo con el clinker sino con el
aire irradiado alcanzando la temperatura un valor de 0,72Tr
según la citada norma.
En la parte
de la pared en contacto directo con el clinker la
temperatura es más reducida debido al poder aislante del
propio clinker en la vecindad de la misma (0,51 m2 ºC/W)
que hace de aislante del clinker más interior, reduciendo el
valor de la temperatura en la cara interior de la pared a un
valor inferior al caso de pared sin clinker.
La
diferencia de comportamiento entre un silo convencional y un
silo domo reside en la presencia en este último de una capa
aislante de espuma de poliuretano rígida de 2,5 cm. de
espesor.
Se estudia
la distribución de temperaturas en la pared considerando
unos valores del coeficiente de conducción del hormigón Lb
de 1,75W/m ºC, de 0,11 m2 para la resistencia surfácica
interna de la pared 1/hi y de 0,06 para la externa 1/he y un
coeficiente de conducción Lp de 0,03 para el poliuretano.
(Ver (1)).
Planteando
el flujo de calor constante y considerando una temperatura
del aire exterior de 0ºC se obtiene que para una pared de
hormigón de 30 cm. de espesor, la diferencia de temperaturas
entre las caras interior y exterior de la pared de hormigón
del silo es del orden de 54º en el caso de un silo
convencional mientras que se reduce a 15º para el silo domo.
Esto es de
gran importancia tanto para la economía como para la
durabilidad de la estructura pues el silo convencional está
sujeto a la actividad constante de momentos flectores
proporcionales a esta diferencia de temperatura y que
resultan más de 3 veces superiores en el caso de los silos
convencionales.
NOTA:
El flujo
unitario se expresa:
(Tai-ti)/(1/hi)=(ti-te)/(e/Lb)=(te-tp)/(ep/Lp)=(tp-Te)/(1/he)
(1)
Tai=temperatura interior
ti=temperatura pared interior de hormigón
te=temperatura pared exterior de hormigón
Te=temperatura exterior
tp=temperatura
pared exterior de poliuretano
