Depósitos de agua seccionales de acero prensado Braithwaite
En la construcción de depósitos de acero seccionales prensados, se utiliza una variedad de uniones y, en este breve caso de estudio escrito por Dale Price, ingeniero estructural en Structural Science Ltd., se analiza la unión de tirante que soporta las presiones hidrostáticas horizontales del agua ejercidas sobre las paredes del depósito.
Sobre la unión analizada
Como se puede ver en la Figura 1, la unión de tirante atornillada de acero o angulares de unión consiste en una placa base delgada con una placa de aleta soldada que conecta el tirante angular entre la base y las paredes o las esquinas de las paredes del depósito, y puede estar sometida a una fuerza de tracción de cálculo de 75 kN en casos normales.
Históricamente, el diseño se realiza normalmente mediante cálculos manuales y la verificación de las uniones se ha confirmado mediante costosos ensayos de laboratorio a escala real de los componentes y pruebas a escala real en obra de los depósitos.
La imagen a continuación muestra ensayos recientes a escala real de un depósito donde un tirante está conectado a galgas extensométricas que monitorizan continuamente la carga sobre los tirantes del depósito durante el llenado de agua y ensayos estáticos prolongados con agua.
De vuelta en el laboratorio, la siguiente imagen muestra la unión de tirante siendo sometida a ensayos de comprobación según los requisitos normativos (y por supuesto otros ensayos de resistencia y rotura no mostrados aquí).
La unión de tirante ha sido analizada con IDEA StatiCa Connection, y las capturas de pantalla a continuación resumen el procedimiento:
La disposición general de la unión con tornillos y soldaduras con una carga axial de cálculo de 75 kN en los tirantes, los diagramas de tensión equivalente que indican las zonas de los componentes con mayor tensión, y una indicación de las deformaciones plásticas desarrolladas en la placa base.
Por supuesto, además de los resultados del análisis puro, lo más importante es que IDEA StatiCa Connection proporciona las verificaciones normativas EN/AISC globales para todos los elementos, como se muestra en las dos imágenes siguientes, ofreciendo resultados muy claros de Apto/No apto.
En conclusión, el comportamiento de la unión y la correlación de cargas entre los ensayos a escala real/laboratorio y el software CBFEM fueron muy buenos y, por tanto, el programa de ensayos a escala real confirmó la validez y precisión del software IDEA StatiCa para el diseño de uniones. En general, los futuros diseños de uniones a medida pueden ahora realizarse rápidamente utilizando este software sin necesidad de implementar y planificar costosos y prolongados programas de ensayos. El software se está utilizando actualmente para racionalizar y desarrollar mejores diseños de uniones con beneficios en costes y procesos de fabricación. Otras uniones a medida de difícil resolución relacionadas con el diseño del depósito están siendo investigadas actualmente con el software IDEA StatiCa Connection.
La representación de la forma deformada ayuda al ingeniero a comprender mejor el comportamiento de la unión
En resumen, algunos de los principales beneficios del uso de IDEA StatiCa son:
- Reducir el tiempo dedicado al trabajo de diseño de uniones repetitivo y basado en escritorio.
- La capacidad de modelar todos los componentes de la unión en un único diseño, es decir, soldaduras, tornillos, placas y perfiles en un solo conjunto, y comprender mejor la interacción entre los componentes individuales comparándola con la descomposición de la unión en componentes de diseño individuales.
- Investigar, desarrollar y estudiar continuamente uniones a medida antiguas y nuevas sin necesidad de planificar largos y costosos programas de ensayos a escala real para verificar los diseños de uniones.
- Mejorar las uniones existentes racionalizando los tamaños de placas o perfiles, variando las configuraciones para reducir costes de fabricación y verificando fuerzas de cálculo incrementadas respecto al diseño normal, como por ejemplo fuerzas sísmicas aplicadas a las paredes del depósito.
- Los ensayos a escala real han proporcionado confianza en la implementación del diseño de dichas uniones mediante elementos finitos y, específicamente, el software IDEA StatiCa Connection, que se basa en el nuevo método CBFEM.
- Elegir diseños con diferentes normas de uniones de países actualizadas.
Braithwaite Engineers
United Kingdom