STS Proyectos de ingeniería calcula y diseña silos de almacenamiento vertical, y también verifica la adaptación de silos construidos a nuevas hipótesis de carga, como variaciones del nivel máximo de llenado, cambios en la velocidad de carga o descarga, o reconversiones de silos existentes para almacenar materiales distintos.
El cálculo de silos de almacenamiento de material fluido o granuloso en vertical requiere partir del conocimiento más preciso posible del producto a almacenar. Es preciso saber, entre otras cosas:
- La densidad del material compactado al cabo de unas horas de almacenado (que supera a la del material recién vertido).
- El ángulo de rozamiento interno, que se aproxima por el ángulo de talud natural (ver ilustración para carbonato cálcico CO3Ca).
- El tipo de flujo de carga / descarga para el que se diseña el silo.
El objetivo último es conocer los coeficientes de presión y de rozamiento entre el material y las paredes y fondo de la tolva.
El diseño del silo vertical es a menudo clásico: una tolva cilíndrica, poco sensible a las desviaciones de la carga, formada por virolas de espesor variable unidas por tornillos de calidades EN-ISO 898-1 acordes con la zona del silo en que van ubicados.
El cálculo del silo requiere considerar las acciones variables (debidas al material almacenado), las acciones libres (debidas a los procesos de llenado y vaciado), y las acciones accidentales (posibles explosiones de polvo). Si el silo es prefabricado en taller, además habrá que tener en cuenta las acciones derivadas de su transporte y montaje. Otras acciones pueden ser también importantes, como las dilataciones térmicas, efectos del fuego, acciones sísmicas o, incluso, impacto accidental de vehículos en la base.
La norma de referencia suele ser la EN 1991-4 "Eurocódigo 1, bases de proyecto y acciones en estructuras. Parte 4: acciones en silos y depósitos".
Los cálculos del soporte son relativamente sencillos de hacer a partir de una estructura en celosía, normalmente de nudos articulados y cargas repartidas sobre ellos, como se indica en el croquis siguiente.
Cualquiera de los programas de uso habitual para el cálculo matricial de estructuras, o bien alguno que emplee el método de los elementos finitos, puede resolver el problema en cuestión de minutos.
La asignación de cargas generalmente se resuelve aplicando a las cabezas de los pilares las cargas puramente verticales (PX) debidas al peso del material, el peso de la tolva vacía y el peso de la nieve acumulada. Estas cargas se reparten entre todos los nudos de apoyo por igual.
El reparto del acción del viento es ligeramente diferente.
En general, la estructura radialmente simétrica de la instalación permite simplificar las hipótesis de viento a considerar, de manera que se puede lograr un estudio razonablemente completo basado en una única dirección de viento aunque, eso sí, deben tenerse en cuenta los fenómenos de presión a barlovento y succión a sotavento.
Las reacciones sobre el terreno se aplican a los pies de los pilares, y se obtienen así los esfuerzos que deben soportar las zapatas de cimentación. La unión entre zapatas y pilares se considera también articulada.
Los resultados deben obtenerse mayorando adecuadamente las cargas y teniendo en cuenta todas las combinaciones de las hipótesis de carga que obligan a considerar las normas.
La norma de referencia suele ser EN-1993-4-1 "Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero. Parte 4: silos".