CONSIDERACIONES GENERALESPara el diseño sísmico de tanques y depósitos es necesario tomar en cuenta los efectos hidrodinámicos del líquido almacenado, adicionalmente a los efectos de inercia de la masa del conjunto. Las paredes y el fondo de un recipiente necesitan diseñarse ante presiones hidrodinámicas generadas por movimientos impulsivos y convectivos del fluido. Las presiones impulsivas son debidas al impacto del líquido con el recipiente en movimiento, en tanto que las presiones convectivas se deben a las oscilaciones del fluido.

Los efectos de inercia se pueden tratar en forma semejante al caso de estructuras de edificios. Para ello, se establecen las ecuaciones de equilibrio dinámico de un sistema equivalente y se obtienen las respuestas de diseño mediante la aplicación del método modal espectral. Para tratar los efectos hidrodinámicos, el fluido almacenado se puede reemplazar por dos masas virtuales ligadas al recipiente: una masa impulsiva, ligada rígidamente, que representa los efectos hidrodinámicos debidos al movimiento de cuerpo rígido del recipiente; y una masa convectiva, ligada flexiblemente, que representa los efectos hidrodinámicos debidos al modo fundamental de vibración del líquido.

En las recomendaciones que se estipulan en la presente sección se tiene como propósito determinar las fuerzas sísmicas que obran sobre tanques y depósitos sometidos a temblores que se especifican mediante espectros de diseño. Estas fuerzas son función de la masa del recipiente, las masas impulsiva y convectiva que simulan el fluido y la masa de la estructura de soporte, así como de las aceleraciones espectrales derivadas del espectro de diseño.

Se entenderá como depósito a un recipiente apoyado directamente sobre el terreno y como tanque a un recipiente apoyado sobre una estructura de soporte o plataforma. Se tratarán solamente recipientes con base de forma rectangular y circular. Para otras geometrías será necesario recurrir a métodos apropiados de análisis sísmico a fin de determinar las solicitaciones de diseño.

FACTOR DE COMPORTAMIENTO SÍSMICOLos tanques y depósitos deberán diseñarse utilizando los factores de comportamiento sísmico Q dados en la tabla 8.1 (Haroun, 1984).

FACTOR DE REDUCCIÓN POR SOBRERRESISTENCIAEn el diseño sísmico de tanques, el valor del factor de reducción por sobrerresistencia, R, dependerá de las características de la estructura de soporte, considerando los criterios definidos para el caso de estructuras de edificios. Tratándose de depósitos, se utilizará un factor de reducción por sobre resistencia igual a 1.25, a menos que se pueda justificar el uso de un valor mayor para este factor.

Presiones hidrodinámicasPara llevar a cabo un análisis de esfuerzos detallado de las paredes y el fondo de un depósito es necesario conocer tanto la distribución como la magnitud de las presiones hidrodinámicas locales. Éstas se obtendrán mediante la combinación de las componentes de presiones impulsivas y convectivas, que se valúan en la forma que se indica a continuación.

Depósitos circularesLas presiones impulsivas sobre las paredes se determinan mediante

donde:C0(z), es una función adimensional con que se define la variación de la presión impulsiva sobre la altura de la pared.

T0, es el periodo efectivo de la estructura con base flexible.β, es el factor de amortiguamiento que es función del periodo y amortiguamiento efectivos, T0 y ζ0 de la estructura con base flexible. El factor de amortiguamiento se evaluará como se indica en la ecuación 1.19 de la sección 3.1.6.5. Si no se justifica un análisis de interacción suelo– estructura, el factor de amortiguamiento se evaluará tomando el periodo fundamental con base rígida y el amortiguamiento nominal, cuyo valor se discute en la sección de comentarios 3.8.5a (T0 ,β), es la ordenada espectral modificada por el factor de amortiguamiento, β, correspondiente al periodo T0

Q´, es el factor reductor por ductilidadR, es el factor de reducción por sobre resistenciaγL, es el peso volumétrico del líquido almacenadoθc, es el ángulo que se mide en planta a partir de un eje paralelo a la dirección del sismo y que ubica el punto donde se calcula la presión, como se muestra en la figura 8.2

A su vez, las presiones convectivas se valuarán mediante la siguiente ecuación

dondeC1(z), es una función adimensional con que se define la variación de la presión convectiva sobre la altura de la pareda (T1 ,β), es la ordenada espectral modificada por el factor de amortiguamiento, β, correspondiente al periodo fundamental de vibración del líquido, que es igual a

ML Masa del líquido almacenado

TANQUES ELEVADOS

El análisis sísmico de tanques se podrá realizar utilizando un modelo equivalente de masas virtuales adheridas similar al empleado para depósitos, con las salvedades de que deben incluirse tanto la masa como la flexibilidad de la estructura de soporte, y que se puede despreciar la interacción líquido–recipiente.

La masa Mp es la suma de las masas del recipiente y la plataforma. Su localización está dada por la posición del centro de gravedad de sus componentes, sin embargo, para fines prácticos, se puede suponer concentrada en la base del recipiente, a la altura Hp. Con el resorte lineal Kp se introduce la rigidez lateral de la plataforma supuesta con base rígida. Ésta se define como la fuerza horizontal, aplicada en su extremo superior, necesaria para producir un desplazamiento unitario en la dirección de la fuerza. Se puede determinar con la ecuación

dondeδp , es el desplazamiento lateral en el extremo superior de la estructura de soporte producido por una carga concentrada aplicada en la dirección del movimiento del terreno, cuya magnitud es igual a Mpg