Estudio de los modos de falla de estanques de acero mediante análisis elementos finitos Sebastián Matías Ruiz Osorio Profesor guía Juan Felipe Beltrán Morales Miembros de la comisión Ricardo Antonio Herrera Mardones José Luis Almazán Campillay

Introducción Necesidad de estudiar el comportamiento de los estanques Estanques apoyados directamente al piso Tipos de falla a analizar Falla tipo “punta de diamante” Falla tipo “pata de elefante”

Objetivos Objetivo principal -Obtener y analizar las curvas de capacidad de los estanques de acero vitivinícola de apoyo continuo mediante el método de elementos finitos Objetivos secundarios -Obtener en los modelos computacionales las fallas vistas en el terremoto del Maule del 27 de febrero del 2010. -Modificar las condiciones de borde de los modelos (interacción del fondo del estanque con su superficie de apoyo) con el fin de observar su influencia en los modos de falla.

Elección de los estanques a modelar Se eligen estanques para cada tipo falla Trabajos de Erick Gonzales y Eduardo Garcés

Corte basal de diseño y tensión admisible Compara los datos obtenidos del programa Corte basal de diseño de Malhotra: Obtención del Corte de diseño Tension Admisible: NCh 2369 y API 650

Antecedentes del método de análisis tipo “Pushover” Como se realizara el análisis sísmico al estanque 3 propiedades del análisis tipo “pushover” Modelación de la presión hidrodinámica

Método implícito e explicito Método Explicito

Elementos estructurales Espesores División del manto Zonas de anclaje SHELL 181: Estanque SOLID 185: S. De Apoyo

Condición de borde Fuerza de fricción: Condiciones de borde -Empotrado -Simplemente apoyada con s. de apoyo -Anclado mediante resortes con s. de apoyo

Propiedades de los materiales

Mallado Mallado Fino, Semi-fino y grueso

Cargas aplicadas Peso Propio Carga hidrostática Carga hidrodinámica -3G -10s

Detalle de los modelos realizados Modelos Empotrados Modelos Anclados mediante resorte Modelos simplemente apoyados

Presentación de resultados Al existir tantos modelos se necesitaba estandarizar los datos Caracterización de las curvas de capacidad

Presentación de resultados Curvas de capacidad Distribución de tensiones -Tensión principal: P1-P4 -Tensión equivalente: P2-P3 Visualización de los modos de falla: P2-P3

Modelos Empotrados (1-8): Curvas de capacidad influencia de la carga hidrostática Aumento en la resistencia (aprox. 40%) Fragilidad después del punto máximo Influencia del espesor de la Z.A. Influye solo cuando no existe la carga hidrostática

Modelos Empotrados (1-8): Visualización de los modos de falla Modos de falla presentados Aparición de una “punta de diamante” y una “pata de elefante” Diferenciación de los modos de falla producto de la carga hidrostática Diferencia entre el modo de falla entre los modelos sin y con la carga hidrostática aplicada en P3

Modelos Empotrados (1-8): Distribución de tensiones La tensión principal se concentra con mayor intensidad con la carga hidrostática El manto fluye en distintas áreas dependiendo de la existencia de la carga hidrostática Modelos 8 y 6 en P2 y P3 con carga hidrostática Modelos 4 y 2 en P2 y P3 sin carga hidrostática

Modelos Simplemente apoyados (9-10): Curvas de capacidad Diferente forma en las curvas de capacidad No existe zona elástica Gran desplazamiento de techo

Modelos Empotrados (9-10): Visualización de los modos de falla Diferencia entre los resultados obtenidos y los observados en terreno para el E27 (!) ¿Que tan influyente es la condición de borde? Nitidez del desarrollo de la falla Modo de falla en los modelos 9 y 10 en P2

Modelos Empotrados (9-10): Distribución de tensiones Distribución de la tensión principal: Formación de arcos Modo de falla y tensión principal en los modelos 9 y 10 en P2

Modelos Empotrados (9-10): Distribución de tensiones Distribución de la tensión equivalente: Diferenciación en el área de fluencia

Modelos anclaje tipo resorte (11-12): Curvas de capacidad Resorte de resistencia de 25 tf Decaimiento de la curva de capacidad Relación estanque-resorte

Comparación de las curvas de capacidad entre las distintas condiciones de borde

Modelos anclaje tipo resorte (11-12): Visualización de los modos de falla Modos de falla presentados Se observan las fallas “puntas de diamante” y “pata de elefante” Diferentes tipos de falla para para la misma condición de borde Cuanto influye la condición de borde

Modelos anclaje tipo resorte (11-12): Distribución de tensiones

Análisis de sensibilidad de la rigidez E27: Curvas de capacidad Aumento de la capacidad al aumentar la rigidez Relación Estanque-Resorte

Análisis de sensibilidad de la rigidez E27: Curvas de capacidad Impacto en la rotura del resorte Incidencia de la rigidez del anclaje al compararlo con el modelo simplemente apoyado

Análisis de sensibilidad de la rigidez E27: Visualización de los modos de falla

Análisis de sensibilidad de la rigidez E27: Distribución de tensiones

Análisis de sensibilidad de la rigidez E25: Curvas de capacidad Similitud de las curvas de capacidad Decaimiento tras alcanzar la resistencia máxima

Análisis de sensibilidad de la rigidez E25: Visualización de los modos de falla Fallas en P3. En P2 la falla esta escasamente desarrollada (Pequeña hendiduras)

Análisis de sensibilidad de la rigidez E25: Distribución de tensiones

Conclusiones Variables que influyen en la formación de la falla Capacidad de los modelos computacionales en replicar la falla vista en terreno A la izquierda la falla vista en terreno y a la derecha la falla obtenida del modelo 16.

Conclusiones Desempeño de los modelos en comparación con el corte basal de diseño Diferencia entre las tensiones principales y las tensiones admisibles

Anexo

Comparaciones

Modelos 1-8 con y sin carga hidrostática

Comparación empotrado y simplemente apoyado

Distribución de tensión Modelos 1-8

Distribución de tensión Modelos 9-10

Resumen de datos