MIGUEL FELIPE POVEDA CASTAÑODIEGO FERNANDO SUAREZ GOMEZ

FREDY ALEXANDER GOMEZ HERNADEZ

MIGUEL FELIPE POVEDA CASTAÑODIEGO FERNANDO SUAREZ GOMEZ

FREDY ALEXANDER GOMEZ HERNADEZ

ZIPAQUIRA, 4 DE DICIEMBRE DEL 2013

DISEÑO SISMORRESISTENTE DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AGUA, COMPARATIVO ENTRE LA NORMA API 650 PARA TANQUES METALICOS

Y ACI 350 PARA TANQUES DE CONCRETO.

INTRODUCCION

INGENIERÍA CIVIL

Concretamente este trabajo se enfoca en analizar y realizar una comparación entre la norma API 650 que rige el diseño sísmico de tanques metálicos y la norma ACI 350 que verifica el diseño sismo resistente de tanques de almacenamiento de líquidos en concreto, para que el lector conozca las implicaciones y estimados que supondría un tanque con alguno de estos dos materiales al momento de diseñarlo para que resista las fuerzas sísmicas.

JUSTIFICACION

INGENIERÍA CIVIL

Un comparativo entre la norma API 650 para tanques en acero y la ACI 350 para tanques en concreto, busca como finalidad encontrar las diferentes fuerzas y reacciones que se generan en un supuesto estado de excitación sismica a la que se verían sometidos los elementos estructurales y el agua contenida además del comportamiento hidrodinámico.

OBJETIVOS

INGENIERÍA CIVIL

• Conocer las diferencias en los modos de vibración, oleaje y fuerzas para tanques de acero según norma API 650 y de concreto según norma ACI 350.

• Documentar la norma API 650 y la ACI 350 para la correcta aplicación de los procedimientos de cálculo.

• Generar un cuadro comparativo de los resultados esperados entre los dos tipos de tanques.

FORMULACION DEL PROBLEMA

INGENIERÍA CIVIL

El diseño sismo resistente de tanques para el almacenamiento de líquidos implica muchos factores que dependerán de las características propias del material, su uso y el lugar donde va a ser requerido, mucho más si se tiene en cuenta la gran diferencia que existe en los procesos constructivos y los materiales en la fabricación de tanques metálicos y de cualquier tipo de estructura de concreto.

METODOLOGIA

Fuente: Sistema BANNER

INGENIERÍA CIVIL

En primer lugar se debe recopilar toda la información necesaria para el cálculo de tanques de almacenamiento bajo las dos normas API 650 y ACI 350.Se realizaran dos ejemplos de calculo sismo-resistente para los tanques propuestos.Los resultados arrojados por los dos modelos de cálculo aplicando las diferentes normas, serán comparados con el fin de diferenciar los modos de vibración y comportamiento hidrodinámico y sísmico en general para un mismo requerimiento de almacenaje.

RESULTADOS ESPERADOS

Fuente: Sistema BANNER

INGENIERÍA CIVIL

RESULTADOS ESPERADOS

Fuente: Sistema BANNER

INGENIERÍA CIVIL

DIAGRAMA DE MASAS

Fuente: Sistema BANNER

INGENIERÍA CIVIL

MODELOS PROPUESTOS

Fuente: Sistema BANNER

INGENIERÍA CIVIL

TABLAS DE RESULTADOS

INGENIERÍA CIVIL

RESULTADOS DE MASAS, FUERZAS Y MOMENTOS

TANQUE CONCRETO ACI 350 TANQUE ACERO API 650

Mi 511,000 kg 703,000 kg

Mc 464,000 kg 309,000 kg

hi 2,44 mts 3,32 mts

hc 3,86 mts 5,98 mts

hi* 5,55 mts 5,19 mts

hc* 5,33 mts 6,43 mts

vi 1569 KN 2982 KN

vc 296 KN 109,13 KN

Mi 4295 KN 6362,33 KN

Mc 1142 KN 652,57 KN

M vol (i) 8504 KN-m 9766,88 KN

M vol © 1695 KN-m 702,77 KN

(Ah)i 0,225 0,2625

(Ah)c 0,065 0,036

hmax 0,91 mts 0,54 mts

DISTRIBUCION DE LA PRESION HIDRODINAMICA LINEAL EFECTIVA EQUIVALENTE

INGENIERÍA CIVIL

Cuadro Comparativo

INGENIERÍA CIVIL

NORMA API 650

NORMA ACI 350 CONCLUSIONES

DIMENSIONES ALTO 10,50 M 7 M

Para las estructuras en acero se requiere una mayor altura lo que aumenta el costo y la duración de la obra.

DIAMETRO 12 M 14 M

En las estructuras de acero el diámetro es mayor, algo que no seria útil en espacios reducidos

MATERIAL ACERO CONCRRETO

La construcción en concreto tiene mas ítems para la programación de su construcción lo que la hace mas demorada, en tanto que el acero se coloca en anillos y se ensambla en poco tiempo.

PESO TOTAL DEL TANQUE 10015.49 KN 13768 KN

A pesar del tanque de concreto ser mas pesado, el porcentaje de la masa sísmica que actúa en la cortante total de la base es menor en comparación con el tanque de acero, ayudando asi a una mayor resistencia. Por otra parte el peso es proporcional al momento de contra volteo, disminuyendo la necesidad de anclaje.

Cuadro Comparativo

INGENIERÍA CIVIL

NORMA API 650 NORMA ACI 350 CONCLUSIONES

EXITACION IMPULSIVA 70% 51%

Para el caso del tanque en concreto las excitaciones de las dos fuerzas son similares lo que hace que se genere una estabilidad mutua reduciendo la diferencia de fuerzas ejercidas sobre las paredes, facilitando el diseño y mitiga los daños generados por estas. En el tanque de acero se observa un gran diferencia entre su excitación debido al porcentaje de masa de liquido que produce una fuerza generada en su parte superior de movimiento covectivo. Debido a que esta va en direcciones contrarias a las inducidas por el tanque, genera golpes de contrapeso que pueden hacer entrar al tanque en un periodo de oscilación mas largo generando fatiga que llevaría a la falla.

EXITACION CONVENTIVA 30% 46%

MAXIMA ALTURA DE

OLEAJE 0.54 0.91

la altura máxima de oleaje es mayor en los tanques de concreto, debido a que estos tienden a presentar mayores periodos de oscilación bajo excitación sísmica, aumentando el oleaje y así los riesgos de desborde de liquido.

Cuadro Comparativo

INGENIERÍA CIVIL

NORMA API 650 NORMA ACI 350 CONCLUSIONES

PERIODO DE TIEMPO EN

MODO CONVECTIVO 3.29 S 4.04 S

Debido a la rigidez propia del concreto al estar bajo excitación símica, la energía que se presenta en la base del tanque es dirigida hacia la parte superior, donde genera un periodo de vibración mas largo que el experimentado el la sección mas baja

PERIODO DE TIEMPO EN

MODO IMPULSIVO 0.13 S 0.04 S

CORTANTE EN LA BASE TOTAL

2984.79 KN (29.8% PESO

TANQUE)1597 KN (11.59%

PESO TANQUE)

el porcentaje del peso sísmico que aporta a la fuerza cortante de base es mayor en el tanque de acero, a pesar de ser mas liviano que el tanque de concreto, lo que significa que esta estructura debe ser mas reforzada en sus anillos inferiores con respecto al resto del cuerpo, a diferencia del tanque de concreto que resiste mejor estas fuerzas por las características propias y de rigidez que posee.

MOMENTO FONDO MURO 6362.33 KN-M 4444 KN-M

Las mismas características que disminuyen el peso sísmico de los tanques de acero, influyen para que los momentos generados en el fondo del muro sean mayores que en los tanques de concreto debido a que son mas livianos y no tienen la misma masa para resistir el momento al volcamiento.

MOMENTO DE VUELCO TOTAL

BASE 9791.63 KN 8671 KN