Diseño y análisis estructural (FEM) de depósito elevado de agua

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se mostrará una serie de datos que justifiquen la utilidad y, por ende, la necesidad de la construcción de dicha estructura. Por otra parte, se realizarán los cálculos necesarios apoyándose en distintas normas. Una vez hecho esto se simularán las ecuaciones de las solicitaciones en la estructura en un programa de elementos finitos y se realizarán los planos, el presupuesto y el pliego de condiciones técnicas. A lo largo de dicho trabajo se han realizado estudios de crecimiento demográfico, estudio geográficos e hidrogeológicos y se ha llegado a la conclusión de que, debido a una geografía plana, un aumento de la población y la disponibilidad de agua, estas mismas llevan a la construcción de un depósito de agua elevado para la distribución de agua potable a un pequeño núcleo rural. Las dimensiones del depósito tendrán en cuenta, entre otros, las condiciones de consumo, las condiciones climáticas del entorno y las condiciones de diseño para que aguante las solicitaciones a las que esté sometida la estructura. Para su diseño estructural, se obtendrán las ecuaciones de las solicitaciones a las que estará sometido el depósito a través de la norma española de estructuras UNE-EN 1991-1-4 eurocódigo acciones en estructuras y la norma sismorresistente NCSE-02, NCSP-07, EUROCODE-8, ACI-350. Por otra parte, las solicitaciones a las que estará sometido serán: presión hidrostática en pared y base, presión ejercida por el viento en pared, presiones hidrodinámicas generadas por el sismo en pared y base, presión de la nieve en la tapa; además, cabe destacar que la acción del sismo y el viento dependerá de la dirección de aplicación por lo que a la hora de realizar la simulación final tendremos que tener en cuenta si la dirección de estas solicitación son coincidentes, opuestas, etc.. Dicha simulación se llevará a cabo mediante softwares de elementos finitos, en este caso Nastran y Patran, con el objetivo de comprobar y optimizar dicho diseño estructural. También se utilizará Matlab para representar las ecuaciones. Asimismo, se empleará el software Autodek Inventor Professional en el que se realizará el ensamblaje de las piezas, los planos y la vista, y el vídeo en explosión de la estructura.

ABSTRACT: In this work, a series of data is shown which justifies the use and, therefore, the need for the construction of the structure. On the other hand, the necessary calculations are conducted based on different standards. Once this first part of the project is concluded, the equations of the solicitations are simulated in the structure in a finite element program, through which the plans, the budget and the technical specifications are created. Throughout this work, studies of demographic growth and geographic and hydrogeological studies have been carried out and it has been decided that due to a flat geography, an increase in population and the availability of water leads to the construction of an elevated water tank for the distribution of drinking water to a small rural nucleus. The dimensions of the tank are determined because of the consumption conditions, the climatic conditions of the environment and the design conditions among others, so that it can withstand the stresses to which the structure is subject. For its structural design, the equations of the solicitations to which the deposit is exposed are obtained through the Spanish standard for structures UNE-EN 1991-1-4 Eurocode actions on structures and the seismic resistant standard NCSE-02, NCSP-07, EUROCODE-8, ACI-350. Furthermore, the stresses to which it is subject to are the following: hydrostatic pressure on the wall and base, pressure exerted by the wind on the wall, hydrodynamic pressures generated by the earthquake on the wall and base and pressure of the snow on the cover. Moreover, it should be noted that the action of the earthquake and the wind depend on the direction of application, so when making the final simulation it must be considered whether the direction of these solicitations are coincident, opposite, etc. Said simulation is achieved by using Finite Element Software -Nastran and Patran- in order to check and optimize said structural design. Besides, Matlab is used to represent the equations. The Autodek Inventor Professional Software is also used in the assembly of the parts, the plans and the exploded view and the video of the structure.