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El principio del fin de la estructura más alta de Aragón

El pasado 13 de febrero la central térmica de Andorra cesó su producción después de cuatro décadas suministrando energía eléctrica a la región. Se planea comenzar su desmantelamiento a partir de Julio de 2020, que incluirá la demolición de sus torres de refrigeración, características de cualquier central térmica o nuclear, y la que es objeto de esta entrada, la chimenea de gases, que durante sus 40 años de vida ha sido en todo momento la estructura más alta de Aragón y una de las más altas de todo el país.

En la lista de estructuras más altas de España el primer puesto lo ocupa la Torreta de Guardamar con sus 370 metros, la chimenea de Endesa Termic, ubicada en Puentes de García Rodríguez (A Coruña), queda en segunda posición con 356 metros, y completa el podio la Central térmica de Andorra, con sus 343 metros. En esta clasificación, copada por chimeneas industriales y antenas de comunicaciones, no figura ningún edificio hasta el octavo puesto.

Estructuras más altas de España. Fuente: http://skyscraperpage.com/

La chimenea mide el triple que la estructura más alta de Zaragoza, la torre de comunicaciones, comúnmente conocida como «el Pirulí». Se trata de una construcción de hormigón armado con 28 metros de diámetro en la base y 12 en su coronación. En el momento de su construcción, el edifico más alto de España era la Torre de Madrid, situado en la madrileña Plaza de España, y con 142 metros de altura, menos de la mitad que esta chimenea. Esto ofrece ya una primera impresión de la magnitud de la obra.

Estructuras más altas de Zaragoza. Fuente: http://skyscraperpage.com/

Las chimeneas de gases contaminantes son los elementos de mayor altura de las centrales térmicas. Su función básica no consiste solamente en facilitar el tiro de la combustión de las calderas sino que, además, contribuye a reducir el impacto ambiental de los humos, diluyendo la concentración de los gases en la atmósfera gracias al efecto de la difusión aérea a gran altura. Los gases salen por la boca de la chimenea de la central de Andorra a una velocidad de unos 30 metros por segundo (unos 110 kilómetros por hora) y a una temperatura aproximada de 80 º C.

Estas estructuras son especialmente complejas de construir debido a la temperatura y la agresividad química de los gases circulantes, que la somete a unas condiciones muy inusuales en estructuras de hormigón armado, así como su extremada esbeltez, que exacerba su sensibilidad a los efectos del viento.

El diseño de esta estructura debió de suponer sin duda un gran desafío para los ingenieros responsables, principalmente porque la normativa de construcción española no estaba muy desarrollada en aquel entonces, y porque los programas informáticos de diseño estructural no se encontraban apenas avanzados. Sin embargo, la chimenea ha permanecido en servicio durante cuarenta años sin ningún problema conocido, lo que prueba la calidad de los trabajos llevados a cabo por proyectistas y constructores.

En caso de que, como algunos colectivos proponen, la chimenea finalmente se conserve junto a las torres de refrigeración como monumento del patrimonio industrial, tal y como se conservan algunas chimeneas industriales en la propia ciudad de Zaragoza, deberá llevarse a cabo una exhaustiva revisión estructural para determinar el estado de la misma tras su último mantenimiento, así como establecer un protocolo de inspección para asegurar su correcto estado con el paso de los años, similar al que ya se aplica con puentes de carreteras.

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Propuesta del Artista Arrudi para la conservación de torres de refrigeración y chimenea. Fuente: Europapress

Sin embargo, parece que por ahora esta impresionante obra de ingeniería tiene los días contados. Solo queda para los curiosos acercarse a observarla una última vez antes de que desaparezca de la panorámica de la localidad turolense.

El diseño frente al viento de la chimenea

Esta parte de la entrada se destina a dar unas pinceladas técnicas de la complejidad que supuso el diseño de la chimenea frente al viento. En el momento de la construcción de la central no existían en España normas específicas de diseño de chimeneas, y en las generales no se hacía referencia a estas construcciones singulares. Sin embargo, existían referencias externas como por ejemplo las ESPECIFICACIONES PARA EL PROYECTO Y CONSTRUCCIÓN DE CHIMENEAS DE HORMIGÓN ARMADO del Instituto Americano del Hormigón.

En este documento se especificaban las fórmulas que permitían considerar los efectos del peso de la chimenea, las cargas de viento, las fuerzas sísmicas y la temperatura, así como consideraciones de recubrimiento para proteger el hormigón de la posible erosión o ataque químico producido por los gases de la chimenea.

Curvas de diseño. ACI 307-79

Quizás el aspecto estructural más delicado de la chimenea de Andorra fue probablemente la consideración de los efectos dinámicos del viento sobre la misma. La normativa actual establece que con una esbeltez (altura dividida por dimensión lateral menor) superior a 6 estos efectos deben ser siempre considerados. Pues bien, la chimenea tiene una esbeltez de 12 si se considera el diámetro en su base y 17 si se considera su diámetro medio en la altura, por lo que es totalmente necesario revisar este aspecto.

Los efectos dinámicos del viento son especialmente complejos de considerar, y han sido responsables de episodios fatídicos en muchas estructuras en el pasado, pero se puede resumir en lo siguiente: conviene que la frecuencia de excitación por el viento de diseño sea suficientemente distinta de la frecuencia propia de la estructura, con el fin de evitar episodios de resonancia críticos.

La frecuencia propia de una estructura depende tanto de su geometría como de los materiales de que se compone. Para chimeneas de hormigón armado puede aproximarse el periodo propio con la siguiente fórmula:

Fórmula para calcular el periodo propio aproximado de una chimenea de hormigón armado (fórmula en unidades imperiales). ACI 307-79
H=altura de la chimenea
Dt= Diámetro exterior en la base
D= Diámetro exterior en la punta
E=Módulo elástico del

Existe una versión actualizada de esta fórmula en la norma EN 1991-1-4 sobre acciones de viento a este respecto.

UNE EN 1991-1-4 2018 Anexo F.2-3

La frecuencia con la que el viento excita la estructura puede obtenerse a partir de formulación en la actual normativa, si bien este aspecto tampoco estaba desarrollado en los códigos españoles de los años 70. Esta frecuencia depende tanto de la velocidad del viento como de la geometría y dimensiones de la estructura. Dado que la formulación teórica es para cilindros y el diámetro de la chimenea es variable, es necesario calcular las frecuencias con ambos diámetros en función de la velocidad del viento y ver en que rango de velocidades podrían coincidir.

En este caso, el rango de velocidades en el que la estructura podría entrar en resonancia estaría a partir de los 50 kilómetros por hora (considerando el diámetro variable estaría más probablemente entre los 60 y los 80 km/h), lo que corresponde a una velocidad con alta probabilidad de producirse anualmente, de acuerdo con los registros históricos, pero que es bastante inferior a los 100 km/h del viento de diseño de la región, según la normativa actual, por lo que se evita que se superpongan el efecto de viento máximo con el de resonancia, cuya combinación sería fatal. La gran incógnita es qué valor de viento de diseño se tomó, ya que en esa época los valores de la velocidad del viento de diseño no estaban contemplados en la normativa. La norma MV 101-1062 no contenía ningún mapa de viento como los que incluyen las normativas actuales, por lo que el desafío a la hora de diseñar este elemento fue incluso mayor.

Registro de datos de velocidad del viento en la estación meteorológica de Alcañiz

Ante todas estas incógnitas, y teniendo en cuenta que la estructura se ha mantenido en pie sin ningún problema inusual salvo los propios desgastes derivados del servicio, pone en valor la calidad del diseño realizado y de las hipótesis consideradas.

Referencias

Autor del artículo: David Ostáriz Falo

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