Evaluación de la interacción fluido-estructura en estanques de hormigón armado

Abstract

En el presente estudio se evalúa la interacción fluido-estructura en estanques cilíndricos de hormigón armado utilizados para el almacenamiento de agua potable, mediante un modelo de elementos finitos implementado en el software ANSYS, que considera el acoplamiento de las ecuaciones de movimiento relativas al elemento estructural y al fluido acústico. El análisis se realizó para dos estanques cilíndricos reales, diseñados y construidos de acuerdo a la práctica en el país. En primer lugar, se verificó los resultados del análisis de elementos finitos para los parámetros estructurales de los estanques, los que fueron comparados con los obtenidos mediante el procedimiento de diseño propuesto en la norma ACI 350.3-20 (2021). El análisis permitió identificar adecuadamente los modos impulsivos y convectivos del líquido, obteniendo una buena concordancia en términos de periodos, pesos equivalentes y formas modales. Se verificó que la flexibilidad estructural del estanque afecta significativamente la respuesta impulsiva, lo cual no es capturado por el método normativo que asume rigidez total. En segundo término, se comparó los resultados para un análisis sísmico, mediante un análisis modalespectral, de acuerdo a o las disposiciones de las versiones 2003 y 2023 de la norma chilena NCh 2369 de diseño sísmico de instalaciones industriales. En general, el análisis normativo entregó resultados más conservadores que el análisis de elementos finitos, aunque en ciertos aspectos, como las fuerzas internas, subestimó algunas solicitaciones. Se observo que el uso del espectro de diseño de la versión 2023 de la norma NCh 2369 genera mayores exigencias sísmicas para el modo convectivo, mientras que para el modo impulsivo fue necesario corregir los resultados a partir del corte basal mínimo. El estudio concluye que el uso de herramientas de elementos finitos permite capturar de forma más precisa el comportamiento sísmico de estanques de lmacenamiento, siendo una alternativa válida para evaluar los criterios de diseño establecidos en la normativa vigente.