El chevalet I de la antigua mina de carbón de Beringen (hoy el sitio de experiencias be-MINE) es un pórtico autoportante de acero que antes soportaba la cabina de poleas y el pozo del ascensor de la mina. Como parte de un proyecto de restauración, Provoost Engineering utilizó Diamonds para confirmar que el chevalet podía mantenerse estable sin su pozo de ascensor original, guiar la planificación de la restauración en torno al andamiaje temporal y las cargas de viento, y comprobar si una de sus patas podía soportar un muro de escalada exterior de 400 m².
Nuestro encargo giraba en torno a dos preguntas
En el emplazamiento be-MINE todavía hay dos chevalets. Un chevalet es la estructura construida sobre un pozo de mina para permitir el transporte de mineros, materiales y carbón. Normalmente consta de dos elementos: la estructura portante y el pozo del ascensor.
La estructura portante del chevalet I, junto a la antigua central eléctrica, es un pórtico autoportante con dos pares de patas inclinadas y una cabina en la parte superior. Las patas del chevalet no solo soportan el peso de las poleas instaladas en la cabina, sino que también deben resistir la componente horizontal de las fuerzas de tracción de los cables.
Antes de que arrancara el proyecto de restauración, el pozo del ascensor todavía se encontraba entre las patas del chevalet. Ese pozo del ascensor era un armazón de acero que prolongaba, por así decirlo, el pozo de la mina por encima del nivel del suelo y guiaba la cabina del ascensor, aportando varios mecanismos de seguridad esenciales, así como las escaleras necesarias para el mantenimiento. Aunque el pozo del ascensor estaba conectado a la estructura portante del chevalet, lo más probable es que no tuviera ninguna función portante.
En el marco de este proyecto de restauración, se nos plantearon las siguientes preguntas:
- ¿Cuánto contribuye el pozo del ascensor a la estabilidad general del chevalet? ¿Se puede retirar el pozo del ascensor sin comprometer esa estabilidad? ¿Y qué ocurre con la estabilidad durante la propia restauración?
- Además, ¿es posible instalar un muro de escalada exterior en una de las patas del chevalet, como extensión del rocódromo existente en la central eléctrica adyacente?
¿Puede el chevalet mantenerse en pie una vez retirado el pozo del ascensor?
Para evaluar si la estructura portante del chevalet I podía mantenerse en pie una vez retirado el pozo del ascensor, construimos un modelo de análisis estructural 3D con el software Diamonds de BuildSoft. Además de las cargas permanentes (que incluyen el peso de las poleas y el suelo de acero de la cabina), las cargas de viento sobre esta estructura autoportante desempeñan un papel importante. Evidentemente, las cargas pesadas que actuaban sobre la estructura portante durante el funcionamiento del pozo de la mina ya no estaban presentes. Por tanto, parecía plausible que el pozo del ascensor pudiera demolerse sin problemas, aunque esto debía confirmarse mediante un análisis estructural con el software Diamonds.
Estos análisis proporcionaron todos los resultados necesarios para realizar las comprobaciones de resistencia y estabilidad de todos los perfiles de acero de la estructura portante. Cabe destacar que casi todos los perfiles se definieron como secciones compuestas UPN (para los montantes principales y las vigas y diagonales primarias) o como angulares compuestos (para las vigas y diagonales secundarias).
Las comprobaciones de resistencia y estabilidad confirmaron que el chevalet podía efectivamente mantenerse en pie sin el pozo del ascensor. Los montantes principales y secundarios de las patas del chevalet resultaron ser los más solicitados, con hasta un 90% de su capacidad de carga.
Por otro lado, había que prestar la debida atención a las deformaciones horizontales del chevalet inducidas por las cargas de viento. La flecha máxima en la parte superior de la estructura portante (a una altura de 56 metros sobre el nivel del suelo) resultó estar dentro de los valores admisibles especificados por la norma de diseño. Pero lo que hace interesante al modelo de cálculo es la visualización de las deformaciones. Esta muestra que la flecha horizontal es más importante en la parte superior, relativamente flexible, del chevalet. Eso, a su vez, confirma que las deformaciones horizontales se reducen mejor mediante rigidizadores diagonales en la parte superior.
Flecha horizontal de la estructura portante del chevalet I debida a las cargas de viento, calculada con Diamonds
¿Cómo planificar los trabajos de restauración?
Además de realizar un análisis estructural del chevalet autoportante, también utilizamos Diamonds para validar el avance del proceso de restauración. Durante la restauración se montó un andamio alrededor de la estructura portante del chevalet, protegido localmente con una lona en los puntos donde se estaba trabajando. El chevalet autoportante debía ser capaz de resistir las cargas de viento que actuaban sobre esa lona.
Esto se validó mediante una serie de análisis con Diamonds, en estrecha consulta con el contratista de las obras de restauración. El objetivo era estimar los efectos de las cargas de viento en función de cómo se planificara el avance de la restauración. De este modo, Diamonds se utilizó para apoyar la planificación de las obras y garantizar que las cargas de viento adicionales sobre la lona no supusieran ningún riesgo para la estabilidad general del chevalet.
¿Es posible instalar un muro de escalada exterior en una de las patas del chevalet?
En una fase final, se realizó una serie de análisis para investigar la estabilidad general del chevalet autoportante frente a las cargas de viento adicionales inducidas por unos 400 m² de paneles de escalada resistentes a la intemperie instalados en una de las patas.
Visualización del muro de escalada exterior en la pata suroeste del chevalet I en Beringen (© Alpamayo)
Modelo de análisis Diamonds de la estructura portante del chevalet I en Beringen, con una vista de detalle de la pata suroeste revestida con paneles de escalada resistentes a la intemperie
La presencia de paneles de escalada resistentes a la intemperie a lo largo de una altura considerable conlleva cargas de viento adicionales. Sin embargo, teniendo en cuenta los resultados de los análisis estructurales anteriores sobre el chevalet autoportante, se esperaba que esto no tuviera un impacto sustancial en la estabilidad general de la estructura portante.
«Los análisis estructurales con el modelo 3D de Diamonds lo confirmaron plenamente. La facilidad de uso de Diamonds complementa de forma natural nuestro enfoque orientado a la práctica. Al fin y al cabo, llevamos casi un cuarto de siglo utilizando el software de cálculo de BuildSoft. ¿No lo dice todo eso?»
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Provoost.engineering
Provoost.engineering lleva participando activamente en el sector de la construcción desde 1960. Su impresionante portafolio incluye más de 10.000 referencias relacionadas con proyectos muy diversos, entre los que se incluyen la ingeniería estructural de edificios de nueva construcción y rehabilitados, el diseño e ingeniería de estaciones de servicio, encargos arquitectónicos, estudios de infraestructura, gestión de proyectos y coordinación de seguridad.
«Nuestra estructura organizativa se basa íntegramente en los equipos de diseño que asignamos a cada proyecto», explica Alexander Willems, ingeniero con maestría. Junto con Leen Van Huffel, también con maestría en ingeniería, dirige las operaciones de provoost.engineering y a sus más de 20 empleados fijos. «Cada equipo se encarga del seguimiento de los proyectos de principio a fin. Por lo tanto, nuestros clientes tienen la certeza de que siempre pueden contar con alguien que domina el proyecto por completo, desde los análisis de diseño iniciales hasta las últimas decisiones de ingeniería.»
En provoost.engineering llevamos casi 25 años utilizando el software de análisis estructural BuildSoft para realizar una amplia gama de análisis. La principal ventaja de este software reside en su excepcional facilidad de uso, lo que lo hace ideal para completar de forma rápida y precisa cualquier tipo de análisis de diseño estructural, ya sea para estructuras portantes de acero, hormigón o madera. Dado que contamos con una amplia cartera de proyectos, el software Diamonds de BuildSoft nos proporciona la flexibilidad necesaria para trabajar de forma eficiente en proyectos de ingeniería estructural muy diversos.
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