Hoy analizamos cuales son las ventajas del diseño por análisis.
A la hora de diseñar tanques, nos encontramos ante una tipología de estructura típicamente susceptible de fallo por inestabilidad en la zona de la unión del fondo con la primera virola; por lo que uno de los modos de fallo más habituales en el diseño de tanques y al que debe prestarse mayor atención es al pandeo por compresión. Por lo tanto, para asegurar un correcto comportamiento del tanque, se debe verificar en fase de diseño que el estado tensional en la base del tanque debido a la combinación de tensiones de compresión, tracciones circunferenciales y altos esfuerzos cortantes es inferior a la tensión admisible de pandeo que conduce a la inestabilidad y colapso de la envolvente.
Esta verificación puede ser llevada a cabo de forma analítica o bien empleando herramientas de simulación avanzada.
Las principales normas de diseño de tanques incluyen prescripciones para calcular la tensión admisible de pandeo, tal y como se muestra a continuación:
- API 650, la normativa de referencia americana a considerar en el diseño de tanques define la tensión admisible de pandeo basándose en los valores teóricos de pandeo de una envolvente cilíndrica minorados por diversos factores que consideran el efecto de la presión interna en el tanque.
- Eurocódigo 8, normativa europea de referencia con prescripciones para el diseño sísmico de tanques, considera el comportamiento elástico del tanque en sus ecuaciones para determinar la tensión de compresión admisible en la base del tanque.
Comparando ambas formulaciones, es esperable que la tensión admisible definida en API 650 sea más restrictiva que la de Eurocódigo, al no tener en cuenta esta última en su formulación el comportamiento elastoplástico. No obstante, se ha demostrado que estos métodos analíticos tienen ciertas limitaciones en el cálculo de tanques de gran capacidad, y que proporcionan diseños muy conservadores. Es aquí donde la simulación avanzada juega un papel muy importante de cara a validar tanques más complejos y de mayores dimensiones, ya que los cálculos por elementos finitos nos ayudan a desarrollar un mayor y mas preciso conocimiento sobre su comportamiento y respuesta ante las diferentes acciones a las que están sometidos.
El diseño de esta tipología de tanques mediante las herramientas de simulación avanzada de las que hoy en día disponemos en CADE se traduce en un significativo ahorro de material al permitir ir a diseños mucho más eficientes y optimizados sin necesitar elevados tiempos de computación.
Como se puede ver en la siguiente gráfica, para tanques pequeños (D<20m), los resultados obtenidos mediante cálculo analítico según norma API 650 y simulación por elementos finitos son prácticamente los mismos, no obstante, puede que en estos tanques de diámetro pequeño haya modos de fallo que pasen desapercibidos mediante formulación analítica pero que sí sean detectados en cálculos por elementos finitos. Por otro lado, se aprecia cómo a medida que se incrementa el diámetro de los tanques, aumenta la discrepancia en resultados entre ambas metodologías, obteniéndose resultados más optimizados en los diseños por análisis, siendo esta diferencia más notable en tanques cuyo diámetro es superior a 55m.
Por otro lado, la respuesta sísmica de los tanques de almacenamiento está muy condicionada por la interacción fluido-estructura; se requieren modelos matemáticos complejos para simular de forma adecuada el comportamiento de los tanques y los diferentes modos de fallo que deben ser estudiados para evitar el colapso, por lo que las técnicas de simulación avanzada son la principal herramienta para comprender y representar de forma adecuada el comportamiento real de estas estructuras.
En el caso de detectar en tanques en operación deformaciones en la unión fondo envolvente, más conocidas como pie de elefante debido a la forma tan característica de su deformada, es necesario analizar la capacidad del tanque para continuar en servicio mediante la realización de un estudio Fitness for Service según la norma API 579-1-ASME FFS-1. Diferentes estudios han comprobado que este tipo de fallo es más habitual en tanques de mayor esbeltez y también en los de gran diámetro, siendo muy poco habitual en tanques con una relación H/D<0.5, donde H es la altura del tanque y D el diámetro.
En CADE convergen conocimiento y experiencia a la hora diseñar de forma integral
cualquier tipología de tanques de almacenamiento, desde tanques más convencionales hasta aquellos más complejos que requieren de técnicas de verificación más avanzadas por las limitaciones que presentan los códigos de diseño habituales.
Del mismo modo, nuestro expertise y know how nos permite participar activamente en la evaluación de la integridad de tanques con cualquier tipología de fallo mediante la realización de estudios Fitness for Service, gracias a la cual el objetivo de esto análisis FFS en CADE no se queda en determinar si un equipo es apto o no para continuar la vida en servicio, sino que también se realiza un estudio de adecuación al servicio, analizando posibles medidas correctoras que hagan que el equipo pueda volver a estar en operación.
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