Ejemplo 5-2: Tanque circular

Transcripción

1 Ejemplo 5-2: Tanque circular En la figura se muestra un tanque circular de hormigón armado destinado al almacenamiento de agua en una planta potabilizadora. Analizar el comportamiento estructural del tanque. Utilizar elementos cuadriláteros de cuatro nodos. Datos N E = 3.0e10 Hormigón m ν = 0.2 Suelo N Coeficiente de balasto = 50 cm 2 3

2 Solución: 1-) Propósito del ejemplo Los depósitos de agua circulares tienen un comportamiento estructural que depende de sus características geométricas. Dicho comportamiento estructural, puede variar desde un mecanismo resistivo, tipo membrana, hasta el de una ménsula empotrada en la losa de fondo. Existen muchas tablas que dan la solución teórica para distintas condiciones de vinculación de la pared del tanque con la losa de fondo. Sin embargo, dichas tablas no alcanzan a cubrir todos los casos prácticos siendo necesario recurrir a una solución numérica para analizar el comportamiento estructural. 2-) Análisis 2-1-) Preproceso i) Geometría Se define la geometría de la estructura en el preprocesador de Gid: Figura E Geometría de la estructura. ii) Data Problem Type (Tipo de problema): Una vez definida la geometría, se indica el tipo de problema a resolver. En este caso se trata de un problema de Estado Plano, por lo que se escoge el modulo Calsef2001_Solidos_Rev utilizando la siguiente secuencia de comandos: Data / Problem Type / Calsef2001_Solidos_Rev

3 Condiciones de contorno: Las tipos de condiciones de contorno que se imponen en este ejemplo son las siguientes: - Desplazamientos Fijos / Restricciones Lineales: Se restringe el movimiento en la dirección x de la línea 15 de la geometría. Figura E Desplazamientos fijos. - Apoyos elásticos /Apoyos_Elast._Líneales: Se considera una constante elástica vertical de 500e6N/m en las líneas 1, 3, 4 y 18 de la geometría. Figura E Apoyos elásticos.

4 - Cargas / Cargas en líneas / Carga-Uniforme: Se colocan una presión de 20000N/m 2 en las líneas 13 y 14 de la geometría. - Cargas / Cargas en líneas / Carga-Lineal: Se debe considerar la presión del agua sobre toda la pared expuesta a ésta. Para ello se coloca una carga de variación lineal en la línea 12 de la geometría. Dicha carga variará de 0 t/m 2 en el punto 12 de la geometría a N/m 2 en el punto 13. Figura E Cargas. Material: Se adopta el material predeterminado Hormigón_(N,m,rad). Figura E Material.

5 Datos de Problema: En esta sección se especifican una serie de datos necesarios para análisis. Dichos datos son: -Título del Problema: Ejemplo5-2 -Indicación de escritura en un archivo de texto (Salida ASCII): No -Indicación de si se considera el peso propio (Considerar Peso Propio): Si -Especificación del factor de escala de la geometría del problema (Factor de Escala):1.0 -Indicación de qué grados de libertad se consideran en el análisis (Considerar GL-X y Considerar GL-Y): Marcar ambos grados de libertad. Figura E Datos del problema. Meshing / Generate (Mallado / Generación): Para generar la malla se utilizan las siguientes opciones: - Structured (Estructurado) : Se indica que se utilizará una malla estructurada con divisiones que se indican en la figura. - Element Type (Tipo de elemento): Se utilizarán mallas de elementos cuadriláteros (Quadrilateral). - Quadratic elements (Elementos cuadráticos): Se considerarán elementos lineales (Normal) De esta manera queda creada una malla con 336 elementos cuadriláteros de 4 nodos. Figura E Malla.

6 2-2) Proceso Calculate / Calculate (Cálculo / Cálculo) Una vez generada la malla se procede a calcular el problema. 2-3) Postproceso i) File / Postprocess (Archivo/ Postproceso) En las siguientes figuras se muestran los resultados buscados en el análisis de este ejemplo. Figura E Deformada. Figura E Mapa de tensiones principales σ I.

7 Figura E Mapa de tensiones σ x. Figura E Mapa de tensiones σ y. Figura E Mapa de tensiones σ θ.

8 Figura E Desplazamientos en la dirección y. 3-) Análisis de resultados y conclusiones En la parte superior de la pared del tanque se observa un típico comportamiento de membrana. Dicho comportamiento, produce un efecto de apoyo transversal para la pared en la zona superior. De esta manera la pared se comporta como una viga apoyada elásticamente en la parte superior y empotrada elásticamente en la losa de fondo. Figura E Comportamiento estructural de la pared de tanque.

9 La zona de la nariz se comporta como una ménsula corta invertida. Se puede concluir, que el análisis del problema planteado con el MEF, ha dado resultados razonables y suficiente información para el diseño de la estructura.