Ejemplo 10-3: Tanque Intze En la figura se muestra un típico tanque de deposito de agua, conocido como Tanque Intze. Analizar el comportamiento estructural del tanque para bajo la acción del peso propio y presión hidrostática. Suponer que el tanque se apoya en el cilindro inferior restringiendo solamente el desplazamiento vertical. Datos N E = 3.0e10 2 m Hormigón n = 0.2 N g = 2.4e4 3 m
Solución: 1-) Propósito del ejemplo Los tanques Intze son estructuras trabajando principalmente a esfuerzos de membrana. En la zona de unión de las distintas láminas que forman el tanque existen ciertas perturbaciones que dan lugar a esfuerzos de flexión. El objetivo de este ejemplo es mostrar la capacidad del MEF para determinar la distribución de esfuerzos en tanques de este tipo. 2-) Análisis 2-1) Preproceso i) Geometría Se define la geometría de la estructura del Ejemplo 10-3 en el preprocesador de Gid. ii) Data Problem Type (Tipo de problema): Figura E10.3.1. Geometría de la Sección Una vez definida la geometría, se define el tipo de problema a resolver. En este caso se trata de un problema de Láminas de Revolución, por lo que se escoge el módulo Calsef2001_Laminas_Rev siguiendo la siguiente secuencia de comandos. Data/Problem Type/Calsef2001_Laminas_Rev
Condiciones de contorno: Los tipos de condiciones de contorno que se imponen en este ejemplo son las siguientes - Desplazamientos Fijos / Restricciones Puntuales: Se restringe el movimiento en la dirección y en el punto 1 de la geometría. Figura E10.3.2. Desplazamientos Fijos - Cargas / Carga Puntual: Se coloca una carga puntual que representa la tapa del tanque en el punto 4 de la geometría e igual a 9600N/m. Figura E10.3.3. Cargas Puntual
- Cargas / Carga Lineal: Se coloca una carga lineal variable que representa la acción hidrostática del agua. Se cargaron los distintos elementos por separado teniendo en cuenta el sentido de los ejes locales propios de cada elemento, siendo ellos los siguientes: Línea 1 desde el punto 5 al punto 2 con una Pni=0 y Pnf=34500N Línea 2 desde el punto 2 al punto 8 con una Pni=34500N y Pnf=37000N Línea 3 desde el punto 8 al punto 7 con una Pni=37000N y Pnf=41200N Línea 4 desde el punto 7 al punto 1 con una Pni=41200N y Pnf=47000N Línea 5 desde el punto 6 al punto 3 con una Pni=0 y Pnf=27000N Línea 6 desde el punto 3 al punto 1 con una Pni=27000N y Pnf=47000N Figura E10.3.4. Cargas Material: Se adopta como material Hormigón para la lámina y el espesor de la misma varia para cada línea de la geometría: La línea 1 con un espesor de 0,10m, las líneas 2, 3, 4, 5 y 6 con un espesor de 0,15m. Figura E10.3.5. Materiales
Datos de Problema: En esta sección se especifican una serie de datos necesarios para análisis. Dichos datos son -Título del Problema: Ejemplo10-1 -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 que grados de libertad se consideran en el análisis (Considerar GL-X, Considerar GL-Y y Considerar GL-ROT-Z ): Marcar los tres grados de libertad Figura E10.3.6. Datos del Problema Meshing / Generate (Mallado / Generación): Eligiendo un tamaño de elemento de 0.20m se obtiene la siguiente malla: Figura E10.3.7. Malla de 68 elementos troncocónicos de dos nodos.
2-2) Proceso Calculate / Calculate (Cálculo / Cálculo) Una vez realizada la generación de la malla se procede a calcular el problema 2-3) Postproceso i) File / Posprocess (Archivos / Postproceso) En la siguientes figuras se muestran los resultados mas relevantes del análisis Figura E10.3.8. Estructura deformada
Figura E10.3.9. Momento flector M s. Figura E10.3.10. Momento flector M θ.
Figura E10.3.11. Esfuerzo axil N s. Figura E10.3.12. Esfuerzo circunferencial N θ.
Figura E10.3.13. Esfuerzo cortante Q y. 3-) Análisis de resultados y conclusiones Se observan valores muy grandes de esfuerzos de corte y de momentos flectores en la zona de unión de las láminas. Este efecto se debe a que la vinculación entre las láminas no permite que el mecanismo resistente sea exclusivamente con esfuerzos de membrana. Para disminuir las solicitaciones de flexión se suelen colocar anillos de rigidización en la zona de unión de las láminas. Se puede concluir que la información obtenida del análisis por el MEF del tanque es fundamental para su diseño.