Cálculo de un anillo de cimentación: La cimentación que no debería fisurar y fisuró

Esta vez Prontubeam vuelve para hablaros de la cimentación de los tanques de almacenamiento. En este caso, particularmente, se trata de la cimentación anular de un tanque. Voy a contar una experiencia real de un cálculo de una cimentación de este tipo que podía haber terminado “regular”, es decir, con una fisuración de campeonato, por no decir fallo de la cimentación.

Para aquellos que no estéis muy familiarizados con este tipo de cimentación, os pongo en contexto rápidamente.  La cimentacion de tipo anular de tanques se trata de un anillo de hormigón armado que se rellena en su interior con un terreno bien compactado que permita que parte del tanque repose sobre el mismo de forma uniforme. La siguiente imagen nos da una idea de cómo es esta cimentación.

El peso del tanque se reparte parcialmente sobre el anillo de hormigón y el terreno de debajo del tanque. En el caso ocurrido, el ingeniero/a que llevó a cabo del cálculo decidió realizar una simplificación para facilitar el cálculo. Pensó en asemejar el anillo de hormigón a una viga recta apoyada sobre muelles (terreno winkler) para ver cómo se comportaba bajo distintas acciones, incluso teniendo en cuenta una posible torsión ya que el tanque no apoya justo en la directriz de la viga. ¿Qué paso? Que el efecto del terreno en este caso prima por encima de todo, y más aún con la sobrepresión del agua de llenado y… no lo consideró.

Nos vamos a centrar en que ocurre con la parte del terreno y su efecto en el anillo de hormigón. Como sabemos, cuando se aplica una presión sobre un terreno que se encuentra sujetado por un muro, esta presión se traduce en un empuje horizontal en el muro:

Algo semejante pasa con las presiones que ejerce el peso tanque sobre el terreno: Se traducen en un empuje de dirección radial sobre las paredes del anillo.

Y si resolvemos el equilibrio en el anillo debido a estas presiones radiales, aparecen unos esfuerzos de tracción como se ve en la figura de arriba y que se muestra a continuación (fuerza N y F respectivamente):

Es decir aparecen unos esfuerzos proporcionales a la presión radial que no debemos olvidad. Para que nos hagamos una idea os dejo unos números que muestran la magnitud de este efecto y lo comparamos con la armadura que nos habría salido por mínimos según normativa:

Supongamos un tanque de 15 metros de alto y 10 metros de diámetro, esto hace un peso total:

Si traducimos a fuerzas radiales dividimos por el el perímetro del anillo, que para simplificar lo hacemos del mismo diámetro del tanque (10m), lo que hace 367.8kN/m y aplicando la fórmula de arriba se traduce en una tracción:

F = 1839kN (nada despreciable eh)

A esto tenemos que sumarle el peso del terreno y además aplicar a ambos el coeficiente de empuje, pero como aquí trato de mostrar un ejemplo simplificado, supondremos 3t/m^2 adicionales por el efecto del terreno y aplicaremos el coeficiente de empuje, que supondremos 0.3 ya que no es objeto del artículo el cálculo del coeficiente. Luego

Vemos qué armado nos saldría por cálculo para aguantar estos 665kN de tracción y lo comparamos con el mínimo requerido por normativa para una viga  de 1m de canto y 300mm de ancho (no podemos poner un ancho menor de 300mm por normativa). Es decir, basándonos en la sección siguiente, Df=1m y t=0.3m.

Este infra dimensionamiento de la armadura nos llevaría a unas segurísimas fisuras en la cimentación que podrían acaban o bien en el “colapso” de la cimentación o al menos en una importante corrosión del armado.

Este artículo es un caso de cálculo real que se quedó en el papel, es decir, el ingeniero dudó de la simplificación realizada y realizó el cálculo completo del anillo, por lo que se construyó con el armado adecuado. Espero que os haya gustado o que sirva para que no se le pase a más gente este “efectillo” de las tierras en el interior de los anillos de cimentación para tanques.

Referencias:

http://www.argudoyasociados.com

http://aim-andalucia.com/muros_HA_calc_empuje_y_proyec.htm

http://catedra.ing.unlp.edu.ar

http://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/6739/12EAsm12de13.pdf?sequence=12

http://diegomallof.blogspot.com.es/2012_09_01_archive.html