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001816

Dipl.-Ing. (BA) Markus Baumgärtel

2023-09-27

Cálculo del empuje hidrostático después de comparar las fuerzas del peso y considerar las reacciones del suelo

Este ejemplo le muestra cómo determinar rápidamente el empuje hidrostático o el estado límite de levantamiento de un contenedor en RFEM.

El presente artículo trata sobre un tanque de almacenamiento de hormigón armado de 1,5 m sumergido en agua subterránea. Además, observamos en qué medida la aplicación del rozamiento de la pared afecta el cálculo.

El modelo de este artículo está ajustado de tal manera que todos los parámetros y la geometría se pueden editar utilizando los "Parámetros globales". El modelo se actualiza entonces automáticamente.

Primero, queremos ver si el tanque que se muestra en el ejemplo está flotando debido al agua subterránea. Hay agua en el tanque y se omite el rozamiento de la pared. Este caso refleja el estado operativo.

Razón de tensiones 1

Peso propio del tanque de hormigón armado

G = 24, 0 k N / m^{3} \cdot (2 \cdot 1, 5 m \cdot 10 m + 1, 5 m \cdot 12 m) = 1152 k N / m

Peso propio del tanque de hormigón armado

La presión ascendente es la que existe a un nivel de agua subterránea de aproximadamente 8 m

A_{k} = 10 k N / m^{3} \cdot 8, 5 m \cdot 15, 0 m = 1275 k N / m

Fuerza de compresión de la suela

El agua en el tanque tiene un efecto estabilizador y se agrega al peso propio del tanque.

G_{W} = 10 k N / m^{3} \cdot 3, 5 m \cdot 12, 0 m = 420 k N / m

Peso del agua

A continuación, el cálculo del estado límite frente al empuje hidrostático se puede resumir de la siguiente manera:

γ_{G, s t b} \cdot (G + G_{W}) \geq γ_{G, d s t b} \cdot A m i t γ_{G, s t b} = 0, 95 u n d γ_{G, d s t b} = 1, 05

0, 95 \cdot (1152 + 420) = 1493, 4 k N / m

1, 05 \cdot 1275 = 1338, 75 k N / m

1493, 4 \geq 1338, 8

Prueba de flotabilidad

El análisis ha demostrado que la seguridad contra el empuje hidrostático del contenedor es suficiente. Queda una capacidad de carga residual de 1493,4 kN/m - 1338,8 kN/m = 154,65 KN/m (CO3).

Seguridad contra el empuje hidrostático

Razón de tensiones 2

El objetivo es comprobar si el tanque de hormigón armado tiene suficiente seguridad contra la flotabilidad cuando se bombea vacío. En esta comprobación de diseño, se va a utilizar el rozamiento del muro.

Capa 1
SU, γ = 17 kN/m³, φ´ = 30°

Capa 2
SU, γ` = 9 kN/m³, φ´ = 30°

Capa 3
GW, γ´ = 12 kN/m³, φ´ = 32,5°

La distribución del empuje horizontal de tierras se compone de la siguiente manera:

α= 0; β= 0; δ= 2/3*φk; k_ah,SU= 0,28; k_ah,GW= 0,25

Tanque de hormigón

Para cada una de las superficies del muro, el esfuerzo cortante resultante a aplicar es:

η = 0.8

F_{s, k} = η \cdot E_{ah, k} \cdot \tan φ_{α}

F_{s, k} = 0.8 \cdot (0.5 \cdot 7.1 kN / m^{2} \cdot 1.5 m) \cdot \tan \frac{2}{3} \cdot 30 ° + 0.5 \cdot (7.1 kN / m^{2} + 20.5 kN / m^{2}) \cdot 5.3 m \cdot \tan \frac{2}{3} \cdot 30 ° + 0.5 \cdot (18.3 kN / m^{2} + 27.9 kN / m^{2}) \cdot 3.2 m \cdot \tan \frac{2}{3} \cdot 32.5 °

F_{s, k} = 46.32 kN / m

Esfuerzo cortante aplicable

Para simplificar el cálculo, la carga se aplica como una carga lineal en el borde superior del contenedor como una carga lineal en el caso de carga 4.

Así, es posible determinar el estado límite de levantamiento del contenedor (CO5):

γ_{G, s t} \cdot G + γ_{G, s t} \cdot F_{s, k} \geq γ_{G, d s t} γ_{G, s t} = 0, 95 γ_{G, d s t} = 1, 05

\sum_{}^{} G \cdot 0, 95 = 0, 95 \cdot (1152 + 2 \cdot 46, 3) = 1182, 5 k N / m

A_{k} \cdot 1, 05 = 1275 \cdot 1, 05 = 1338, 8 k N / m

1182, 5 \leq 1338, 8

Estado límite de levantamiento

Como se esperaba, la combinación de cargas 5 también se vuelve inestable en RFEM 6. En consecuencia, en este caso no se da la seguridad contra el empuje hidrostático.

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Autor

El Sr. Baumgärtel proporciona soporte técnico para los clientes de Dlubal Software.

Referencias

Dorken, W.; Dehne, E.; Kliesch, K. Ingeniería de cimentaciones en ejemplos, parte 1, 7 edición. Colonia: Medios especializados de Reguvis

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