Teoria Cupula

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA ING. CIVIL

PROYECTO 5 CUPULA ELIPTICA

MATERIA: ESTRUCTURAS ESPECIALES DOCENTE: ING. FLORERO ORTUÑO OSCAR NOMBRES: COYO CANAVIRI GROVER

FECHA: 24 DE NOVEMBRE 2017

CUPULA ELIPTICA

[PROYECTO 5 ]

ESTRUCTURAS ESPECIALES

1.- INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se desarrollara la simulación estructural de una cúpula de concreto a solicitaciones estáticas empleando software que maneje elementos finitos y siguiendo recomendaciones de reglamentos estandarizados.

2.- CARACTERISTICAS DE LA ESTRUCTURA 2.1.- PROPIEDADES DEL MATERIAL Resistencia cilíndrica del hormigón: f´c = 28 MPa Densidad del hormigón armado: wc = 2400 kg/m3 Módulo de elasticidad del hormigón: Ec=wc1.5*0.043* f´c0.5 = 26752 MPa = 2.675*1010 Pa Coeficiente de Poisson: 0.20 Coeficiente de expansión térmica del concreto: α2 = 1x10-5 /°C

2.2.- NORMA EMPLEADA La norma empleada para la presente simulación será el código para hormigón estructural ACI 318-11 que en su capítulo 19 “cascaras y losas plegadas” contiene recomendaciones y requisitos para el análisis y diseño de este tipo de estructuras.

2.3.- SOFTWARE EMPLEADO Los programas computacionales para el desarrollo del proyecto serán:

AutoCAD Civil3D 2013 para el dibujo de la geometría. ANSYS v17 para la simulación estructural. 2.4.- GEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA

Cúpula Elíptica: DIÁMETRO = 106 M FOCO = 56 M 4 CHIMENEAS TRIANGULARES

Univ. Grover Rodrigo Coyo Canaviri

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[PROYECTO 5 ]

56m

106m

3.- SIMULACION ESTRUCTURAL La simulación estructural se realizara en el programa ANSYS v17 usando elementos finitos para lo cual se escogerán el elemento finito apropiado que el programa ofrece en su catálogo, solamente se considerara una análisis lineal con cargas estáticas de viento, peso propio, temperatura y carga de mantenimiento.

3.1.- ANALISIS DE CARGAS 3.1.1.- Carga muerta Peso propio de la estructura considerada automáticamente por el programa. Univ. Grover Rodrigo Coyo Canaviri

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[PROYECTO 5 ]


Cascara de concreto armado de 2400 kg/m3 de 0.30m de espesor. Carga de mantenimiento peso promedio de una persona 70 kgf/m2 ≈ 687 Pa

3.1.2.- Viento estático Principio de Bernoulli: Velocidad del viento adoptada: V=140 Km/h = 38.89 m/s Presión estática de viento: q= 0.613*38.892 ≈ 930 Pa Modelo de presión variable con la altura debido a la geometría: Q=cos(arcsen(H/56))*q

V[km/h]:

120

Altura de la estructura

H[m]:

56

Carga estática del viento:

q[Pa]

682

(V) Velocidad Básica del Viento :

N°

Elevación Presión

Succión

Elevación

Y[m]

Q[Pa]

Q[Pa]

Y[m]

1

0

682

-682

0

2

4

680

-680

4

3

8

675

-675

8

4

12

666

-666

12

5

16

654

-654

16

6

20

637

-637

20

7

24

616

-616

24

8

28

591

-591

28

9

32

560

-560

32

10

36

522

-522

36

11

40

477

-477

40

12

44

422

-422

44

13

48

351

-351

48

14

52

253

-253

52

15

56

0

0

56


3


[PROYECTO 5 ]

3.1.2.- Carga Térmica Temperatura de 40 °C aplicados en toda la estructura. Coeficiente de expansión térmica del concreto: α = 1x10-5 /°C

3.2.- ELEMENTO FINITO SHELL281 (librería de elementos ANSYS v17) SHELL281 es adecuado para el análisis de estructuras tipo cascara de espesor delgado a moderadamente delgado. El elemento posee en su forma cuadrilátera 8 nodos con 6 grados de libertad en cada nodo: traslaciones en los tres ejes ( x , y , z) y rotaciones alrededor de los tres ejes. El elemento puede ser usado considerando la teoría membranal y de flexión o solamente la teoría mebranal (Cuando el elemento es usado como membrana solamente posee 3 grados de libertad por nodo, traslaciones únicamente) SHELL281 está bien adecuado para el análisis lineal, grandes rotaciones, y/o grandes deformaciones en aplicaciones no lineales. Variaciones de espesor a tomarse en cuenta en análisis no lineal. SHELL281 puede usarse para la modelación de aplicaciones multicapa, cascaras compuestas o construcciones tipo sandwich. La precisión en la modelación de cascaras compuestas está gobernada por la teoría corte-deformación de primer orden (usualmente referida como la teoría de cascaras Mindlin-Reissner). La formulación del elemento está basada en deformaciones unitarias logarítmicas y medidas de esfuerzos verdaderos.


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Tipo de carga Térmica en elemento Térmica en nodo Presión

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Distribución Lineal a través del espesor. Bilineal en el plano del elemento. Constante a través del espesor. Bilineal en el plano del elemento. Bilineal en el plano del elemento, lineal a lo largo de cada borde

4.- CARGADO DE LA ESTRUCTURA Paso1.- Importación de la geometría CAD en formato iges al ANSYS:


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Paso2.- ANSYS Main Menu > Preferences, Seleccionar para un análisis tipo estructural y térmico.

Paso 3.- Agregar de elemento finito SHELL281 ANSYS Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete


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[PROYECTO 5 ]

Paso 4.- Definir el modelo del material ANSYS Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models


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[PROYECTO 5 ]

Paso 5.- Aplicación de espesor de 0.3m al modelo.


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[PROYECTO 5 ]

Paso 6.- División del modelo en elementos finitos.


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[PROYECTO 5 ]

Paso 7.- Asignación de restricciones


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[PROYECTO 5 ]

Paso 8.- Aplicación de presión estática de viento


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[PROYECTO 5 ]


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[PROYECTO 5 ]

PRESION

SUCCION


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[PROYECTO 5 ]

CARGA DE SERVICIO

TIPO DE ANALISIS


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[PROYECTO 5 ]

GRAVEDAD

TEMPERATURA


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[PROYECTO 5 ]

CALCULO CON EL PROGRAMA


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[PROYECTO 5 ]

5.- DATOS DE SALIDA Deformaciones por cargas estáticas y expansión térmica


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[PROYECTO 5 ]


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[PROYECTO 5 ]

DESPLAZAMIENTOS


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[PROYECTO 5 ]

Momento estructural alrededor del eje Z


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[PROYECTO 5 ]

Deformación Unitaria por cargas térmicas


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