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Diseño de Tanques de Hormigón Armado en Autodesk Robot

TANQUES DE HORMIGÓN ARMADO

Los reservorios de hormigón armado son muy utilizados para el almacenamiento y abastecimiento de agua potable en las comunidades y/o diferentes tipos de fluidos en el caso de industrias, así como también para el tratamiento en plantas potabilizadoras o tratamientos de efluentes. Normalmente estos se encuentran apoyados a nivel de terreno o alternativamente parcial/totalmente enterrados.

Si bien las estructuras de hormigón armado deben seguir los lineamientos de la norma ACI 318-19, las configuraciones de los elementos y las cuantías de acero mínimas se verán limitadas por las normativas ACI 350-20 “Enviromental Engineering Concrete Structures” que contempla las estructuras hidráulicas en donde el control de fisuras es un requisito decisivo y la ACI 360R-10 “Design of Slabs on Grade” para las losas en contacto con el suelo.

Este tipo de tanques son estructuras compuestas por elementos tipo panel, como tabiques y losas, que enfrentarán presiones hidrostáticas durante toda su vida útil y deben ser totalmente estancas. Para su correcto diseño debemos realizar las siguientes comprobaciones.

  • Determinación de las solicitaciones y esfuerzos
  • Comprobación a flexo-tracción en losas de tapa
  • Comprobación a flexo-compresión en muros
  • Punzonamiento en losas
  • Tamaño de fisuras en condiciones de servicio
  • Verificación de tensiones en el terreno

La normativa ACI 530-20 recomienda que para el diseño de tanques deben considerarse tres situaciones de servicio: tanque vacío, tanque parcialmente lleno y tanque lleno. Esto es fundamental debido a que en el primer caso el tanque debe ser capaz de soportar los empujes de suelos exteriores. En el caso de llenado parcial debemos comprobar que los asentamientos diferenciales no comprometan a la estructura y generen fisuras en ella. En el último caso, verificar que las tensiones suelo-estructura no excedan las admisibles.

MUROS Y LOSAS CON AUTODESK ROBOT

Autodesk Robot Structural Analysis Professional ofrece diferentes maneras de modelar este tipo de elementos, pero es importante realizar ciertas definiciones previas para ajustar los mismos con las características mecánicas requeridas.

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Fig. 2 – Modelo de cisterna de almacenamiento

Definiremos el espesor, su material y su sección transversal, ya sea homogénea que a su vez puede configurarse de espesor variable u ortotrópica en donde podremos seleccionar diferentes configuraciones, como por ejemplo, losas nervadas, trapezoidales, con pletinas corrugadas, entre otros. También, para el caso de losas de fundación, debemos configurar el coeficiente Kz o de balasto, proveniente del estudio de suelos. Sin embargo, en algunos casos no contamos con el dato de Kz debido a que se he realizado solo una exploración de suelos y no un ensayo de placa. El software cuenta con una herramienta denominada Building Soils Calculator que calcula el coeficiente en función del tipo de fundación, sus dimensiones, su rigidez y el perfil estratigráfico que se puede ingresar y modificar gracias a la base de datos de suelos con que cuenta. Ver Fig.3.

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Fig. 3 – Configuración de losa de fundación con la herramienta Building Soils Calculator

También debemos configurar el Modelo de cálculo del panel en donde se impone el comportamiento mecánico del mismo, seleccionando si deseamos que trabaje con elementos finitos, si tendrá rigidez entre los nodos componentes y la manera en la que transmite las cargas. Las configuraciones más comunes son las tipo Shell o Diafragmas rígidos.

NOTA: En las losas de tapa de los reservorios, a primera vista, solo están sometidas a esfuerzos perpendiculares a su plano y podríamos configurarlas como diafragmas. En la mayoría de los casos estas tapas se construyen de manera monolítica con los muros exteriores para generar hermetismo, por lo que el empuje hidrostático sobre los tabiques genera en la losa un esfuerzo de tracción que no será considerado por el diafragma y puede llevar al subdimensionado del elemento.

A la hora de llevar a cabo el análisis, el software genera un mallado automático, pero también podemos realizar una configuración previa del mismo ya que la precisión de los mapas de resultados estará en función de él. Podemos seleccionar el tipo de elemento finito, su forma y tamaño y, de ser necesario, realizar un refinamiento manual para zonas críticas en donde tendremos concentración de tensiones, como son las aberturas en los paños de la cisterna.

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Fig. 4 – Interpretación de resultados – Mapas y Cortes

En la Fig. 4 podemos ver la manera en la que el programa permite interpretar resultados en los paneles. Mediante mapas, valores y deformadas podemos tener un paneo general de si los valores del modelo están en el orden de lo esperado. Además, pueden trazarse Cortes por paneles obteniéndose un plano de corte para una interpretación más clara y que podemos contrastar con los mapas.

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Fig. 5 – Diseño RC de losas

A la hora del diseño y detallado de los refuerzos, Autodesk Robot es una herramienta que permite al usuario una amplia configuración de los mismos. Podremos definir materiales, diámetro y forma de las barras, mallas electro soldadas, sus disposiciones, separaciones y demás. De esta manera podemos realizar una configuración previa, cumplimentando los requisitos mínimos de las normas mencionadas y luego del análisis contrastar si los resultados cumplen con la ACI 318-19.

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Fig. 6 – Diseño RC de muros

Este tipo de estructuras y muchas otras pueden ser modeladas con este programa que, además, cuenta con interoperabilidad directa con los demás softwares de la casa de Autodesk, generando un flujo BIM muy preciso. Fórmate en su uso apuntándote a nuestro Curso de Análisis y Diseño de Edificaciones utilizando Autodesk Robot y aprende a sacarle el máximo provecho en tus proyectos.



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