presentacion tesis reservorios elevado intze

8/10/2019 Presentacion Tesis Reservorios Elevado Intze

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTNFACULTAD DE INGENIERA CIVIL

Escuela Profesional de Ingeniera Civil

Anlisis y Diseo Ssmico de un ReservorioElevado Tipo Intze de 600m3

Bach. Ebherlin Bruno Quispe Apaza


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Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3

Contenido

Captulo 01: Introduccin

Captulo02: Investigaciones y Normativa Existente

Captulo03: Anlisis Estructural

Captulo04: Diseo Estructural en Concreto Armado

Captulo05: Memoria Descriptiva Reservorio Elevado

Conclusiones y Recomendaciones


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Losprincipales objetivos yalcances deestatesis son: Realizar el Anlisis y Diseo Estructural de un reservorio tipo Intze de 600m3 ubicado en el

reade Ingenierasdel Campus Universitariode laUniversidadNacional deSanAgustn. Revisar la Normativa Nacional, las Normas y Estndares Internacionales sobre Diseo

SsmicodeReservorios.

Comoobjetivosyalcancessecundarios tenemos: Mostrar brevemente las consideraciones principales e investigaciones realizadas sobre el

tema. Realizar la verificacin de los resultados obtenidos mediante el uso de elementos finitos a

travsdel SAP2000. Brindar losrequerimientos mnimosdeconstruccindel reservorio enestudio.

Objetivos y alcance


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Los Reservorios o Tanques son estructuras especialmente diseadas y construidas con elpropsito de:

Almacenar f lu idos tales como agua, combustibles, productos qumicos, y puedenalmacenar sustanciaspeligrosas (corrosivas oexplosivas)

Compensar las variaciones de los consumos que seproducen duranteel daen sistemas

dedistribucindeagua. Almacenamiento de agua durante interrupcin por daos a tuberas de aduccin o

estacionesdebombeoen situaciones de emergencia como incendios, eventosssmicos. Reducircostos de reposicin encasode falla. Evitar desastres ambientales queunaccidentepuedeprovocar.

Por lo tanto, dada la necesidad de que continen operando despus de un eventossmico, hacequesea importante el estudio desucomportamiento.

Importancia de los Reservorios


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ReservoriosenSistemadeAbastecimiento deAgua



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Uno de los reservorios ms importantes de nuestro pas se encuentra ubicado en la Planta deLicuefaccin de Gas Natural, Pampa Melchorita, a 170 kilmetros al sur de Lima en un terrenodesrtico de 521 hectreas de extensin, donde se reduce el volumen del gas unas 600 vecesparaconvertirloasuestado lquido, trasunprocesodepurificacinyenfriamiento. El gasnaturalllega a la planta desde el lote 56 del yacimiento de Camisea, Cusco, e ingresa al gasoducto de408kilmetros de largoa laalturade lazonadeChiquintirca, en la regindeAyacucho, rumboa

PampaMelchorita.

La planta cuenta con instalaciones de refrigeracin y licuefaccin que permiten que el gasnatural ingrese a los dos tanques de almacenamiento, que tienen una capacidad de 130,000 m3cada uno, a una temperatura de 163C bajo cero. Una vez convertido en lquido, el gas naturales embarcadoenbuquesmetanerosqueatracarnenel muelle decarga,



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Captulo 01: IntroduccinImportancia de los Reservorios


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Captulo 01: IntroduccinClasificacin de los Reservorios

RESERVORIOS

MATERIAL

CONCRETOARMADO

CONCRETOPRESFORZADO

ACERO

GEOMETRA

CUBICO

CILINDRICO

ESFERICO

INTZE

ALTURAPROFUNDIDAD

ELEVADO

APOYADO

ENTERRADO

CIMENTACIN

RGIDA

FLEXIBLE

PROFUNDA

AISLADORSISMICO

CUBIERTA

SINCUBIERTA

NORMAL

FLOTANTE


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Captulo 01: IntroduccinReservorios y Eventos Ssmicos en el Mundo

Incendio en Tanque de Almacenamiento de Petrleo por Sismo, Japn


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Reservorios y Eventos Ssmicos en el Per

Evaluacin de Reservorios tras el sismo de Pisco 15 de Agosto 2007 (Fuente: J. Kuroiwa 2012)

tem Reservorios Volumen

(m3) Ao EstadoActual Tipo

1 AngosturaLimn 350 1,989 Regular Elevadoconfuste

2 AngosturaLimn 400 2,005 Regular Apoyado3 Urb.SanJoaqun 1,000 1,966 Regular Elevadoconfuste

4 BalnearioHuacachina 375 1,966 Enmalestado Apoyado

5 Urb.SanIsidro 350 1,966 Daadorequiere

rehabilitacinElevadoconvigasy

columnas

6 Urb.JosdelaTorreU. 1,500 1,971 Req.rehabilitacin Elevadoconfuste

7 EstadioJosPicassoP. 1,500 1,971 Bueno Elevadoconfuste

8 AA.HH.ADICSA 1,000 1,989Req.

reforzamientoenbase

Apoyado

9 Urb.AngosturaAlta 600 1,982 Bueno Elevadoconfuste

10 CaserodeCachiche 20 1,982 Enmalestado Elevadoconvigasy

columnas11 P.J.Sta.RosadeLima 500 1,991 Regular Apoyado

12 ReservorioCentral 1,200 1,994 Enmalestado Elevadoconvigasy

columnas

13 P.J.SeordeLuren 160 1,991 Regular Apoyado

Totalenm3 8,955m3

EstadoCapacidad

(m3) %Mal 4,445 49.6%

Regular 2,410 26.9%Bien 2,100 23.5%

Total(m3) 8,955 100.0%

Mal50%Regular

27%

Bien23%

COMPORTAMIENTODERESERVORIO


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Tanque Elevado Daado 1,500m3. Data de 1,960 fue el reservorio ms afectado tras el sismoqued fuera de servicio, Sismo 15 Agosto 2007 Pisco (J. Kuroiwa 2012)


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Tanque elevado en la sede central de EMAPICA con daos en extremos de vigas y columnas. Estfuera de servicio Sismo 15 Agosto 2007 Pisco (J. Kuroiwa 2012)


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Reparacin de nudos daados en vigas y columnas de Tanque Elevado Sismo Nazca 12Noviembre 1,996 (San Bartolom Et al 1996)


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Reservorios y Eventos Ssmicos en Arequipa

Detalle de Reservorios en Arequipa (Fuente: Sedapar Plan Estratgico 2013-2017)

11

3 49

133

58

717

3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

2014-2010

2010-20052005-20002000-19951995-19901990-19851985-19801980-1975

1975-19701970-19651965-19601960-19551955-19501950-19451945-19401940-19351935-19301930-19251925-1920

CONSTRUCCIN RESERVORIOS AREQUIPA


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Reservorios y Eventos Ssmicos en Arequipa

Reservorio R2 daado por Sismos recurrentes y reparado parcialmente Miraflores, Arequipa

(Fuente INDECI)


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Reservorios y el Inadecuado Diseo y Construccin en el Per

Reparacin de Grietas durante el proceso de llenado del tanque, Reservorio Elevado R-4, Iquitos y

Filtraciones en etapa de operacin Reservorio Elevado Hualmay Lima


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Reservorios y el Inadecuado Diseo y Construccin en Arequipa

Mala operacin, inadecuado mantenimiento reservorios en Arequipa


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Reservorios y el Inadecuado Diseo y Construccin en Arequipa

Mala operacin, inadecuado mantenimiento reservorios en Arequipa


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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente

Revisin de la Normativa Nacional

La Norma Peruana de diseo sismo resistente E.030-2006 en sus distintas versiones ha sidoelaboradacomo respuesta alas lecciones aprendidas de lossismosocurridos enel Per


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1970

PRIMERA NORMAPERUANA DESPUES DEL

SISMO3 0.702 1.001 1.20

1

997

REVISION NORMA1977DESPUES DE SISMO

3 0.402 0.301 0.15

/ 0.10

2003


3 0.402 0.301 0.15

/ 0.125 /1.25

2014

ACTUALIZACIONNORMA 20034 0.453 0.352 0.251 0.10

1977


3 0.302 0.701 1.00

CORTANTEBASAL:

COEFICIENTE PORPESO

1

914

17/10/66

Lima

13/01/60

Arequ

ipa

15/01/58

Arequ

ipa

21/05/50

Cusco

M

agn

itu

d=

7.0

1,5

81Muertos

M

agn

itu

d=

7.3

228Muertos

M

agn

itu

d=

7.5

687Muertos

M

agn

itu

d=

7.5

220Muertos

Jun

n

09/12/70

Piura

01/10/69

31/05/70

Ancas

h

M

agn

itu

d=

7.0

1

,300Muertos

M

agn

itu

d=

7.9

10

0,0

00Muertos

M

agn

itu

d=

7.1

1

,167Muertos

03/10/74

Lima

M

agn

itu

d=

7.2

252Muertos

12/11/96

Nazca

29/05/90

San

Mart

n

M

agn

itu

d=

7.0

400Muertos

M

agn

itu

d=

7.7

20Muertos

23/06/01

Arequ

ipa,

Atico

M

agn

itu

d=

8.4

240Muertos

24/08/11

Ucaya

li,

Puca

llpa

15/08/07

Ica,

Pisco

25/09/05

San

Mart

in,

Lamas

M

agn

itu

d=

7.5

10Muertos

M

agn

itu

d=

7.9

519Muertos

M

agn

itu

d=

7.0

2Muertos

1968

PRIMER REGLAMENTOMUNICIPAL APROBADO

POR LA COMISIONTECNICA MUNICIPAL DELIMA SE PROPONE AL

MINISTERIO DEFOMENTO Y OBRASPUBLICAS SE USE A

NIVEL NACIONAL

1950 2014


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NORMA DE DISEO SISMORRESISTENTE E.030

Respectoa los reservorios dealmacenamientode lquidos enelArtculo 2: Alcances, indica losiguiente:

Para el caso de estructuras especiales tales comoreservorios, tanques, silos, puentes, torres

de transmisin, muelles, estructuras hidrulicas, plantas nucleares y todas aquellas cuyocomportamiento difiera del de las edificaciones, se requieren consideraciones adicionalesque complementen las exigencias aplicables de la presente Norma.

Adems de lo indicado en esta Norma, se deber tomar medidas de prevencin contra losdesastres que puedan producirse como consecuencia del movimiento ssmico: fuego, fuga de

materiales peligrosos, deslizamiento masivo de tierras u otros. (NormaE.030-2006)


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En el Artculo 7: Factor de Amplificacin Ssmica, cuando se tratade determinar el Factor deAmplificacin Ssmica que se interpreta como el factor de amplificacin de la respuesta

estructural respecto de la aceleracin en el suelo y en elArtculo 17.2: Periodo Fundamental sepresentan lasecuaciones:

2.5

; 2.5 ,

Estas ecuaciones no son aplicables para reservorios, en el siguiente apartado se indican losvalores para el factor de Amplificacin Ssmica y el periodo para estructuras sometidas acomportamiento hidrodinmico que dependen bsicamente de la geometra del tanque (circularo rectangular) y laubicacin del tanque respectodel nivel del suelo (tanque apoyado, enterradoo elevado)


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En el Artculo 10: Categora de las Edificaciones indica que los reservorios sonEdificaciones Esenciales, por tantoasignaunFactor deusoe Importancia . ,

Parareservorios elevados podemos sealar quepresenta irregularidadenalturadeacuerdoa laTabla N4 de la Norma: Irregularidades Estructurales en Altura, donde indica Irregularidad deMasa: Se considera que existe irregularidad de masa, cuando la masa de un piso es mayor que

el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas. (Norma E.030-2006)

De acuerdo al Artculo 12: Sistema Estructural en el caso de Reservorios Enterrados yApoyados es comn asignarerrneamente a primera impresin de acuerdo a la Tabla N6Sistemas Estructurales unFactor de Reduccin de Fuerza Ssmica R=6, correspondiente aMuros Estructurales. Enel casodeReservoriosElevadosapartir deestatablano se precisa elfactor a utilizar, indicando Estos coeficientes se aplicarn nicamente a estructuras en las quelos elementos verticales y horizontales permitan la disipacin de la energa manteniendo la

estabilidad de la estructura. No se aplican a estructuras tipo pndulo invertido. (Norma

E.030-2006)


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Revisin de Normas y Estndares Internacionales

Entre lasReglamentos y estndares ms importantes sobreel tema tenemos:- EstndarACI 350.32001 (USA)

- EstndarACI 350.32006 (USA)- Reglamento IBC2012 (USA)- ASCE2010 (USA)- ReglamentoNZSEE2008 (NUEVAZELANDA)- ReglamentoEUROCDIGO82004 (EUROPA)

- Reglamento IITKGSDMA2007 (INDIA)


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Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro Pas

Modelo Masa Resorte para el Anlisis SsmicoCuando un tanque que contiene lquido con una superficie libre se somete a un movimiento ssmico

horizontal, la pared del tanque y el lquido se somete a una aceleracin horizontal. El lquido en laregin inferior del tanque se comportacomo una masa que est conectada rgidamente a la pared deltanque. Esta masa lquida se denomina como lamasa impulsivaque acelera junto con la pared einduce la presin hidrodinmica impulsivaen la pared del tanque y del mismo modo en labase. Lamasa lquida en la regin superior del tanque se somete a movimiento de chapoteo. Esta masa

se denomina como la masa convectivay ejerce la presin hidrodinmica convectivaen la pareddel tanque y labase.


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Modelo Masa Resorte para el Anlisis SsmicoLos parmetros del modelo de masa resorte se derivaron originalmente porHousner (1963) para

tanques con paredes rgidas. Haroun y Housner (1981) y Veletsos (1984) desarrollaron modelos paratanques con paredes flexibles. Los modelos masa resorte para los tanques con paredes flexibles sonms difciles de utilizar . Investigaciones posteriores han demostrado que la diferencia en losparmetros obtenidos apartir demodelos de tanques rgidos y flexibles no es sustancial ( Jaiswal et al.(2004b)). Los reglamentos Eurocdigo 8 (2004) y IITK GSDMA (2007, India) recomiendan los

parmetros correspondientes a lostanques conpared rgidapara todos los tipos de tanques.


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Modelo Masa Resorte para el Anlisis Ssmico

Figura 2-02, Descripcin cualitativa de la distribucin de la presin hidrodinmica en la pared del

tanque y la base


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Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro PasModelo Masa Resorte para el Anlisis Ssmico

Tanque Circular Tanque Rectangular

tanh0.866

0.866

tanh0.866

0.866

0.375

0.75

0.375

0.75

0.5 0.09375

0.75

0.5 0.09375

0.75

0.866

2 0.866

0.125

1.33

0.866

2 0.866

0.125

1.33

0.45

1.33

0.45

1.33

0.23tanh3.68

0.264tanh3.16

1 cosh 3.68

1

3.68 3.68

1 cosh 3.16

1

3.16 3.16

1

cosh 3.68

2.01

3.68

3.68

1

cosh 3.16

2.01

3.16

3.16

0.836

3.68

0.833

3.16


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Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro PasModelo Masa Resorte para el Anlisis Ssmico

Presin idrodinmica

Tanque Presin Lateral en la Pared Presin Vertical en la Base

Circular 0.866 1.732

0.866

0.866 1

0.866

Rectangular

0.866 1

0.866

1.732

0.866

Tanque Presin Lateral en la Pared Presin Vertical en la Base

Circular 1

1

3

0.5625cosh 3.674

cosh 3.674

1.125

4

3

3.674

Rectangular

0.4165 3.162

3.162

1.25 4

3

3.162


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Modelo Idealizado para Tanque ElevadoSemuestran losmodelos idealizados paradistintos tipos dereservorios.

S


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Interaccin Suelo estructuraPara los tanques que descansan sobre suelo blando, el efecto de la flexibilidad del suelo puede

considerarse al evaluar el perodo. En general, la flexibilidad del suelo no afecta el periodo del modoconvectivo. Sinembargo, la flexibilidad del suelopuedeafectar el perodomododel impulsivo.La interaccinsuelo estructura tiene dos efectos:- primer lugar, se alarga el perodo del modo impulsivoy en- segundo lugar, aumenta la amortiguacin total del sistema.

El aumento en la amortiguacin se debe principalmente al efecto de amortiguacin radial del medio detransmisin del suelo. Un enfoque simple peroaproximado paraobtener el perodo demodo impulsivoyamortiguacindel sistema de tanque-suelo es proporcionado por Veletsos (1984). Este sencillo enfoquehasidoutilizado enel Eurocdigo 8(2004) (verFigura 2-09) y Priestley et al. (1986).

De manera referencial citamos de la Figura 2-09, los valores de y representan la rigideztraslacional equivalente y la rigidez rotacional de la cimentacin que se puede modelar con resorteslineales y rotacionales. Estos se adjuntan al punto central de la base circular rgida. Las rigideces de y para cimentaciones circulares rgidas soportadas por un suelo homogneo se pueden obtener apartir de las ecuaciones dadas enel FEMA:

A li i Di S i d R i El d Ti I t d 600 3


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Interaccin Suelo estructura

8

2 ,

8

3 1

Donde Radiode la cimentacin Mdulodecortedel medio MdulodePoisson

y son coeficientesadimensionalesque dependendel periodo de excitacin, dimensin de la cimentaciny laspropiedadesdel suelohomogneoyseobtienendel FEMA.

A li i Di S i d R i El d Ti I t d 600 3


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Tanque Elevado IntzeLa forma del reservorio tipo Intze, en honor al ingeniero hidrulico alemn Otto Intze, realiza una

disposicin geomtrica de los elementos estructurales procurando que todos los elementos trabajen acompresin, esto permite optimizar la capacidad de almacenamiento y espesores de los elementos.

Los parmetros de los modelos masa resorte (es decir, , , , , ,

y ) estn disponiblesslo para tanques circulares y rectangulares. Para tanques de otras formas, el valor de / deber

corresponder a la de un tanque circular equivalente del mismo volumen y dimetro los parmetros semiden desde la parte superior del nivel del lquido.

Del mismo modo, para los tanques de forma cnica truncada, el Eurocdigo 8 (2004) ha sugeridotambin la aproximacin al tanque circular equivalente. Sobre este tema se han realizado diferentes

investigaciones, Sanjay P. Joshi (2000) con ayuda del mtodo del elemento finito ha demostrado queesta aproximacin da resultados satisfactorios para los tanques Intze

Anlisis yDiseoSsmicodeunReservorioElevadoTipo Intzede600m3


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Tanque Elevado Intze



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Tanque Elevado Intze



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Amortiguamiento y Fraccin del Amortiguamiento CrticoEl Amortiguamiento en el modo convectivo para todos los tipos de lquidos y para todos los tipos de

tanques, se considera 0,5%del amortiguamiento crtico y el Amortiguamiento en el modo impulsivo setomarn como 2%del amortiguamiento crtico para tanques de acero y 5%del amortiguamiento crticopara tanques deconcreto.

La mayora de cdigos considera un 5% del amortiguamiento crtico para la elaboracin del espectro de

aceleraciones, por otro lado la fraccin de amortiguamiento en modo convectivo es 0.5%, de modo quepara fines de diseo se considera un solo espectro de aceleraciones, para un intervalo de periodospertenecientes al modo convectivo se utilizar un factor de escala. No se puede interpolar linealmentelos valores de los factores de multiplicacin porque los valores de aceleracin espectral varan comouna funcin logartmica de amortiguamiento (Newmark y Hall, 1982).

Estndar/Reglamento Factor Escalamiento

ACI 350.3 (2006) y FEMA 368 1.500

Eurocdigo 8 (2004) 1.675

IITK GSDMA (2007) India 1.750

Tabla 2-02, Factor de Escalamiento por amortiguamiento.



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Amortiguamiento y Fraccin del Amortiguamiento Crtico



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Coeficiente de Diseo Ssmico HorizontalEn los Estndares de diseo ssmico de los Estados Unidos ya no se utilizan las zonas ssmicas. El

Cdigo Uniforme de Construccin (UBC 1997 y ediciones anteriores) deriva fuerzas de diseo ssmicode las zonas ssmicas, factores dezona. El Cdigo Internacional deConstruccin (IBC2000y edicionesposteriores) derivan fuerzas ssmicas de diseo a partir de dos parmetros de movimiento de tierra (y ), clase de sitio, y el perodo de transicin a largo plazo (). Por lo tanto, los cdigos deconstruccin actuales utilizan parmetros de diseo ssmicas con valores que varan de forma continua

a travs de un rea geogrfica, a diferencia de las zonas con lmites geogrficos distintos. Actualmenteninguna de las herramientas dediseo ssmicoenel sitio webdel USGSidentifica zonas ssmicas.

El USGS (United States Geological Surveys) y el FEMA (Federal Emergency Management Agency) atravs de su website proporciona valores de diseo ssmico para cualquier posicionamiento mundial

ingresando valores de latitud y longitud, proporcionando los parmetros y (aceleracionesespectrales paraen0.2y 1.0segundo) parasuusoconel IBC-2013 (International Building Code)



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Coeficiente de Diseo Ssmico HorizontalOtros pases como el nuestro prefieren utilizar en su reglamento una Zonificacin Ssmica. El

Coeficiente de diseo ssmico horizontal, se puede obtener mediante la siguiente expresin,

,

Donde

Factor de Zona Factor de Uso e Importancia Factor de Suelo Coeficiente de Amplificacin Ssmica Factor de Reduccin de respuesta ssmica

Los subndices corresponden al modo impulsivo (i) y modo convectivo (c)



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Coeficiente de Amplificacin Ssmica ()Este coeficiente se interpreta como el factor de amplificacin de la respuesta estructural respecto de la

aceleracin en el suelo, los valores para el coeficiente impulsivo y convectivo se muestran en la Tabla2-03. El ACI 350.3 (2006) indica que el comportamiento hidrodinmico del tanque ocurre en cuando elperiodo es mayor a 2.4 segundos.

Coeficiente Amplificacin Ssmica

Modo Impulsivo () Modo Convectivo ()

2.5

2.5

Tabla 2-03, Coeficiente de Amplificacin Ssmica



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Factor de Reduccin de Respuesta ()El Factor de Reduccin de Respuesta (), representa la proporcin de la fuerza ssmica mxima sobre

una estructura durante un evento ssmico especfico si fuera a permanecer elstica a la fuerza ssmicade diseo. Por lo tanto, las fuerzas ssmicas reales se reducen por un factor para obtener fuerzas dediseo. Esta reduccin depende de la Sobrerresistencia, laRedundancia y laDuctilidad de laestructura (ver Figura 2-11). En general, los tanques que contienen lquidos poseen baja sobreresistencia, redundancia y ductilidadencomparacincon losedificios. En losedificios, loscomponentes

no estructurales contribuyen sustancialmente a la sobrerresistencia; en tanques, tales componentes noestructurales no estn presentes. Los edificios con estructuras de tipo prtico tienen una altaredundancia, los tanques de tierra y tanques elevados con soporte cilndrico tienen comparativamentebaja redundancia. Por otra parte, debido a la presencia de elementos no estructurales como muros dealbailera, la capacidad de absorcin de energa de los edificios es mucho ms alta que la de los

tanques. En base a estas consideraciones, el valor de para tanques tiene que ser inferior a la deedificios. Todos los cdigos internacionales queespecifican los valores muchoms bajos de paralostanques comparado con lade los edificios.



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y p



Factor de Reduccin de Respuesta ()



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y p



Factor de Reduccin de Respuesta ()Como un ejemplo, valores de utilizados en IBC(2012) se muestran en la Tabla 2-04. Se ve que para

un edificio con momento resistente para prticos el valor de R es 8.0, mientras que, para un tanqueelevado con pedestal tipo prtico (es decir, las vigas y columnas arriostrados), el valor de es 3.0.Adems, tambin sepuede sealar queel valor de paratanques varadesde3.0hasta1.5.

Tipo de estructura R

Edificios aporticados con reforzamiento especial de concreto armado 8.0

Edificios aporticados con reforzamiento intermedio de concreto armado 5.0Edificios aporticados con reforzamiento ordinario de concreto armado 3.0

Edificios aporticados de acero con reforzamiento especial 8.0

Tanques elevados soportados por pedestal de vigas y columnas 3.0

Tanques elevados por pedestal tipo fuste 2.0

Tanques soportados en torres estructurales similares a los edificios 3.0Planta inferior plana apoyada tanques de acero anclados 3.0

Planta inferior plana apoyada tanques de acero no anclados 2.5

Tanques de concreto armado o pretensado con base flexible anclada 3.0

Tanques de concreto armado o pretensado con base no corrediza reforzada 2.0

Tanques de concreto armado o pretensado con base flexible y no anclados no restringida 1.5

Tabla 2-04, Valores de Factor de Reduccin de Respuesta (R) utilizado en el IBC (2012)



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Factor de Reduccin de Respuesta ()Por otro lado el estndar ACI 350.3 (2001) recomienda por ejemplo: un factor de reduccin de respuesta

4.5 para reservorios apoyados, posteriormente en el ACI 350.3 (2006) modifica el valor a 3.25 y para reservorios elevados en el ACI 350.3 (2001) se recomienda un factor de reduccin derespuesta 3, posteriormente en el ACI 350.3 (2006) modifica el valor a R=2, ver Tabla 2-05.

Tabla 2-05, Valores de Factor de Reduccin de Respuesta (R) utilizados en el ACI 350.3 (2001) y ACI 350.3 (2006)

ACI 350.3 (2001) ACI 350.3 (2006)

Tipo de Estructura

Sobre terreno Enterrado * Sobre terreno Enterrado *

Tanques con base flexible y anclados a ella 4.5 4.5 1 3.25 3.25 1

Tanques monolticos o empotrados a la base 2.75 4 1 2 3 1

Tanques no anclados, llenos o vacos ** 2 2.75 1 1.5 2 1

Reservorios Elevados 3 - 1 2 - 1

* Un tanque enterrado se define como un tanque cuya superficie mxima en reposo se encuentra por debajodel nivel del suelo. Para tanques parcialmente enterrados, el valor de puede ser linealmente interpoladoentre los valores indicados para los tanques sobre el terreno y los enterrados.

** Los tanques de este tipo no deben construirse en lugares altamente ssmicos.



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Factor de Reduccin de Respuesta ()El reglamento IITK GSDMA(2007) de la India recomienda utilizar los valores de que figuran en la

Tabla 2-06 estos se basan en los estudios de Jaiswal et al. (2004). En este estudio se presenta unarevisin exhaustiva de los factores de reduccin de respuesta utilizadas en diversos cdigosinternacionales.

Cabe sealar que entre los diversos cdigos internacionales como el AWWAD-100, AWWAD-103 y D-

115 AWWA, IITK GSDMA (2007) India usan el mismo valor de para los modos impulsivo yconvectivo, mientras que, el ACI 350.3 (2006) y Eurocdigo 8 (2004) sugieren valor de 1 paramodo convectivo. El valor de para el componente convectivo todava se est debatiendo por losinvestigadores y suele utilizarse para simplicidad de anlisis el mismo valor de para el componenteimpulsivoy convectivo.



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Factor de Reduccin de Respuesta ()Tipo de Tanque R

Tanque Elevado

Tanque soportado por fuste de albaileraa) Fuste de albailera reforzada con bandas horizontales 1.3

b) tallo albailera reforzada con bandas horizontales y barras verticales en las esquinas y montantes de las aberturas 1.5

Tanque soportado por fuste de concreto armado

Fuste de concreto armado con dos cortinas de refuerzo, teniendo cada uno reforzamiento horizontal y vertical 1.8

Tanque soportado por prtico de concreto armado

a) Prticos no conformados por detalle dctil, es decir, el momento ordinaria resistir marco (OMRF) 1.8

b) Marco conforme al detalle dctil, es decir, el momento especial de marco resistente (SMRF) 2.5

Tanque soportado por prtico de acero 2.5

Tanque apoyado en tierra

Tanque de albailera

a) Muro de ladrillo con reforzamiento horizontal 1.3

b) Muro de ladrillo con reforzamiento y confinamiento horizontal y vertical 1.5Tanque de concreto armado y presforzado

a) Base anclada, empotrada 2.0

b) Base flexible sin anclar 2.5

c) Base sin anclar en tanque con y sin contenido 1.5

Tanque de acero

a) Base sin anclar 2.0

b) Base anclada 2.5

Tanque de concreto armado y acero enterrados 4.0



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Factor de Reduccin de Respuesta ()

Figura 2-12, Espectro de aceleraciones para comportamiento hidrodinmico de reservorios



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Capitulo 03: Anlisis Estructural

Predimensionamiento

/ / / /

8.00 2.50 5.00 1.50

Dimensin Calculada Asumida

600.00 660.00 12.41 12.50 5.00 5.00 1.56 1.60

8.33 8.35 1.67 1.70

Predimensionamiento



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Predimensionamiento

Compensacin de Volmenes

El empujede lacpulaesfrica tiendea abrir el anillo intermedio, mientrasque el peso de la parte cnica en elvoladizo somete al anillo acompresiones y estas fuerzas llegana equilibrarse sobre el anillo inferior,de maneraque sobrel solo actuaranfuerzas verticales, debe cumplirse lacondicindeequilibrio:



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Anlisis Estatico

Anlisis Esttico - Metrado de CargasEn la Tabla 3-03 se realiza el metrado de los elementos estructurales del reservorio elevado de acuerdo

al predimensionamiento anteriormente realizado.Descripcin Peso

Domo Superior

12.60

8

4 1.60

12.60

12.60

1.60 13.20,

2 13.20 1.60 0.115 2.40/3 37Viga Anillo Superior

12.60 0.35 0.35 0.45 2.40/3 15Pared Cilndrica Ext. 12.85 0.25 4.02 2.40/3 97Pared Cilndrica Int. 1.60 0.20 4.78 2.40/3 12

Viga Anillo Interm. 12.60 0.40 0.40 0.80 2.40/3 31

Domo Inferior

8.65

8

4 1.42

8.65

8.65

1.42 7.30,

2 7.38 1.42 0.30 2.40/3 47Fondo Troncnico 11.17 0.35 1.99 2.40/3 59

Viga Anillo Inferior 8.65 0.45 0.45 0.95 2.40/3 29

Fuste 9.10 0.30 21.40 2.40/3 440

Agua 2 3.69 26.18 1.00/3 606

Tabla 3-03, Metrado de Cargas del Reservorio



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Anlisis Estatico

Anlisis Esttico - Centro de GravedadEn la Tabla 3-04 se realiza el clculo del Centro de Gravedad CG del Tanque respecto de la base de la

viga anillo inferior, as tenemos:

Tabla 3-04, Calculo del CG de la Tanque Elevado

Luego tenemos que el CG viene dado por

1,153.

327

3.53

Descripcin W y Wy

Domo Superior 37 7.89 292 Viga Anillo Superior 15 6.98 105

Pared Cilndrica Exterior 97 4.75 461 Pared Cilndrica Interior 12 4.47 54 Viga Anillo Intermedio 31 2.34 73 Domo Inferior 47 1.52 71 Fondo Troncnico 59 1.40 83 Viga Anillo Inferior 29 0.48 14

Total 327 1,153


C it l 03 A li i E t t l


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Anlisis Estatico

Anlisis Esttico - Centro de GravedadEn la Tabla 3-04 se realiza el clculo del Centro de Gravedad CG del Tanque respecto de la base de laviga anillo inferior, as tenemos:

Tabla 3-04, Calculo del CG de la Tanque Elevado

Luego tenemos que el CG viene dado por

1,153.

327

3.53

Descripcin W y Wy

Domo Superior 37 7.89 292 Viga Anillo Superior 15 6.98 105

Pared Cilndrica Exterior 97 4.75 461 Pared Cilndrica Interior 12 4.47 54 Viga Anillo Intermedio 31 2.34 73 Domo Inferior 47 1.52 71 Fondo Troncnico 59 1.40 83 Viga Anillo Inferior 29 0.48 14

Total 327 1,153




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Anlisis Estatico

Anlisis Esttico Reservorio EquivalenteCalculamos el tanque cilndrico equivalente y tenemos que para un volumen 6003 y un dimetro interior 12.60 y obtenemos la altura equivalente

2

4

4 6003

12.60 2 4.81

Para 4.81 , 12.60 y 600 tenemos,

0.382

2.620

Masa impulsiva

tanh 0.866

0.866

0.431 259

0.375 1.80

0.866

2 0.866

0.125 1.034 4.97




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Anlisis Estatico

Anlisis Esttico Reservorio EquivalenteMasa convectiva

0.23 tanh3.68

0.534 320

1

cosh 3.68

1

3.68

3.68

0.569 2.74

1

cosh 3.68

2.01

3.68

3.68

0.944 4.54

Rigidez del resorte masa convectiva

0.836

2 3.68

82 /


Capitulo03:AnlisisEstructural


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Anlisis Estatico

Rigidez Lateral del SoporteConsideramos al fuste como un pndulo invertido con una altura de 21.40 medida desde laparte superior de la cimentacin hasta el fondo del tanque del reservorio, es decir la viga de anilloinferior del tanque, del anlisis estructural sabemos que la rigidez lateral s viene dada por la siguienteexpresin.

s3

3

Donde: : :

15,000

15,000 280/2 2,509,980/2

9.40 4 8.80 4

64 88.874

Entonces tenemos,

s 68,285/




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Anlisis Estatico

Periodo modo impulsivoCalculamos el periodo para el modo impulsivo con,

2 2 259 620

68,285/9.812/ 0.23

Periodo modo convectivoSe puede calcular el periodo del modo convectivo con cualquiera de las siguientes expresiones:

2

,

,

2

3.68tanh 3.68

Reemplazando tenemos

2 32082

9.812

3.97, 3.48 12.60

9.81/2 3.94

2

3.68tanh 3.68

4.81

12.60

3.48




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Anlisis Estatico

Coeficiente de Diseo Ssmico Horizontal Modo Impulsivo

0.40, 1.50, 1.20, 0.60 , 2.00, 0.27

Para 0.27 corresponde al modo impulsivo tenemos un amortiguamiento de 5%, 2.5

0.40 1.50 2.50 1.20

2.00 0.90

Coeficiente de Diseo Ssmico Horizontal Modo Convectivo

0.40, 1.50, 1.20, 0.60 , 1.00, 3.97 Para 3.97 corresponde al modo impulsivo tenemos un amortiguamiento de 5%, para escalar a un

amortiguamiento de 0.5% es necesario multiplicar por 1.5 as tenemos 0.38 1.5 0.57

0.40 1.50 0.57 1.20

1.00 0.41




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Anlisis Estatico

Cortante en la Base Modo ImpulsivoCalculamos la fuerza cortante con la siguiente expresin:

0.90 259 620 791

Cortante en la Base Modo ConvectivoCalculamos la fuerza cortante con la siguiente expresin:

0.42 320 131

Cortante Total en la Base

2

2

791 2 131 2

802Podemos apreciar que el crtate ssmico en la base es cerca del 66% de la fuerza ssmica total

1,191




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Anlisis Estatico

Momento de Volteo en Modo ImpulsivoEl momento de volteo en Modo Impulsivo viene dado por

0.90 259 4.97 21.40 620 21.40 3.53

20,063

Momento de Volteo en Modo ConvectivoEl momento de volteo en Modo Convectivo viene dado por

0.42 320 4.54 21.40

3,394 Momento de Volteo Total en la Base

El momento total se obtiene combinando el momento en el modo impulsivo y convectivo a travs de la

raz cuadrada de la suma de los cuadrados (SRSS) y se da de la siguiente manera

2

2

19,405 2 3,394 2

20,348




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Anlisis Dinmico

Anlisis Dinmico Tiempo Historia (ADTH)Realizamos el AnlisisDinmicoTiempoHistoriaconunmodelodeungradode libertad1GDL, tal comose muestra en la Figura 3-09 con dos de los registros ssmicos con los cuales se ha elaborado elespectro de la norma E.030-2003, el primero es el sismo del 03 de Octubre de 1974 y el segundo es elsismodel 17deOctubrede1966ambos registrados muy cercaa laciudad deLima.




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Anlisis Dinmico

Anlisis Dinmico Tiempo Historia (ADTH)METODODENEWMARKACELERACINPROMEDIOSISMO03/10/74

M= 124.36 tonfs2/m = 1/2K= 68285.31 tonf/m = 1/4T= 0.27 s 0= 0.00 m/s2= 23.43 rad/s t= 0.05 s = 0.05 K'= 278922.47 tonf/m

c= 291.41 tonfs/m a= 10531.86 tonfs/mU0= 0.00 m b= 248.73 tonfs2/m0= 0.00 m/s T/tr= 0.13P0= 0.00 tonf

tr= 2.00 s 0.00939m 0.18417m/s 4.44899m/s2 Mximo

1.57 rad/s 0.01056m 0.20856m/s 4.57807m/s2 Mnimo

METODODENEWMARKACELERACINPROMEDIOSISMO17/10/66

M= 124.36 tonfs2/m = 1/2K= 68285.31 tonf/m = 1/4T= 0.27 s 0= 0.00 m/s2= 23.43 rad/s t= 0.04 s = 0.05 K'= 393763.20 tonf/mc= 291.41 tonfs/m a= 13019.12 tonfs/m

U0= 0.00 m b= 248.73 tonfs2/m

0= 0.00 m/s T/tr= 0.13P0= 0.00 tonf

tr= 2.00 s 0.01214m 0.25841m/s 5.88284m/s2 Mximo

1.57 rad/s 0.01254m 0.29683m/s 6.38523m/s2 Mnimo

300

200

100

0

100

200

300

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00

Pi(tonf)

t(s)

HISTORIADECARGA SISMO03/10/74

400.00

200.00

0.00

200.00

400.00

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00

Pi(tonf)

t(s)

HISTORIADECARGASISMO17/10/66

Registro Ssmico 03/10/74, 1.06

68,285

1.06 10

721 721 24.93

17,971

Registro Ssmico 17/10/66, 1.25

68,285

1.06 10

857 857 24.93

21,354




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p

Anlisis Dinmico

Anlisis Dinmico Tiempo Historia (ADTH)

1.50

1.00

0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00

U(cm)

t(s)

DESPLAZAMIENTOSISMO03/10/74

30.0

20.0

10.0

0.0

10.0

20.030.0

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00

(

cm/s)

t(s)

VELOCIDADSISMO03/10/74

600.0

400.0

200.0

0.0

200.0

400.0

600.0

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00

(cm/s2)

t(s)

ACELERACIN03/10/74

1.50

1.00

0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00

U(cm)

t(s)

DESPLAZAMIENTOSISMO17/10/66

40.0

20.0

0.0

20.0

40.0

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00

(

cm/s)

t(s)

VELOCIDADSISMO17/10/66

1000.0

500.0

0.0

500.0

1000.0

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00

(cm/s2)

t(s)

ACELERACINSISMO17/10/66




68/136

p

Anlisis Dinmico

Modelo de Varios Grados de LibertadUno de los modelos ms utilizados en nuestro medio fue planteado por el Ing. Julio RiveraFeijoo en ladcada en1990




69/136

p

Anlisis Dinmico

Modelo de Varios Grados de LibertadANALISIS MODAL VARIOS GRADOS DE LIBERTAD

m8 1.65Datos

k8

3064750.4

h8 3.06

m7 39.56

k7 3064750.4

h7 3.47 m9 27.4m6 23.45 k9 81.81k6 3064750.4 h9 25.85h6 2.85

m5 9.02k5 57277.28

h5 4.41

m4 9.02

k4 57277.28

h4 4.41

m3 9.02

k3 57277.28

h3 4.41

m2 9.02

k2 57277.28

h2 4.41

m1 9.02

k1 57277.28

h1 2.21

ANALISISMODALESPECTRALEspectro de aceleraciones

SA t( ) Z 0.40

U 1.50

S 1.20

g 9.81

tp 0.60

Rw 2 t 2.4if

1 otherwise

C2.5tp

t

2.5tp

t2.5if

2.5 otherwise

Z U S C g

Rw

0 0.6 1.2 1.8 2.4 3 3.6 4.2 4.8 5.4 60

2

4

6

8

10

Espectro de Aceleraciones

SA t( )

t

SD t( ) Z 0.40

U 1.50

S 1.20

g 9.81

tp 0.60

Rw

2 t 2.4if

1 otherwise

C2.5tp

t

2.5tp

t2.5if

2.5 otherwise

Z U S C g

Rw2

2

0 0.6 1.2 1.8 2.4 3 3.6 4.2 4.8 5.4 60

0.5

1

1.5

2

Espectro de Desplazamientos

SD t( )

t




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Anlisis Dinmico

Modelo de Varios Grados de LibertadANALISIS MODAL VARIOS GRADOS DE LIBERTAD

m8 1.65Datos

k8

3064750.4

h8 3.06

m7 39.56

k7 3064750.4

h7 3.47 m9 27.4m6 23.45 k9 81.81k6 3064750.4 h9 25.85h6 2.85

m5 9.02k5 57277.28

h5 4.41

m4 9.02

k4 57277.28

h4 4.41

m3 9.02

k3 57277.28h3 4.41

m2 9.02

k2 57277.28

h2 4.41

m1 9.02

k1 57277.28

h1 2.21

Matriz de Rigidez (tonf/m)

K

k1 k2

k2

0

0

0

0

0

0

k2

k2 k3

k3

0

0

0

0

0

0

k3

k3 k4

k4

0

0

0

0

0

0

k4

k4 k5

k5

0

0

0

0

0

0

k5

k5 k6

k6

0

0

0

0

0

0

k6

k6 k7

k7

0

0

0

0

0

0

k7

k7 k8

k8

0

0

0

0

0

0

k8

k8

114554.56

57277.28

0

0

0

0

0

0

5727

11455

5727

0

0

0

0

0

K

114554.56

57277.28

0

0

0

0

0

0

57277.28

114554.56

57277.280

0

0

0

0

0

57277.28

114554.56

57277.28

0

0

0

0

0

0

57277.28114554.56

57277.28

0

0

0

0

0

0

57277.28

3122027.68

3064750.4

0

0

0

0

0

0

3064750.4

6129500.8

3064750.4

0

0

0

0

0

0

3064750.4

6129500.8

3064750.4

0

0

0

0

0

0

3064750.4

3064750.4




71/136

Anlisis Dinmico SAP2000

Modelo Tridimensional con Elementos Finitos en SAP2000




72/136






73/136






74/136






75/136






76/136

Comparativo

Comparacin de Resultados Anlisis Global

0

200

400

600

800

1,000

1,200

802

9681,043

857 895

FuerzaCortanteB

asal(kgf)

TipodeModelo

CORTANTEBASAL

0

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

20,34820,70922,173

21,35422,186

MomentodeVoleto(kgfm)

TipodeModelo

MOMENTODEVOLTEO

AnalisisEstaticoNormaACI,IITKGSDMA,EurocodigoAnalisisDinamicoModalde

UnGradodeLibertadAnalisisDinamicoModalVariosGradosdeLiertadAnalisisDinamicoTiempoHistoria1GDLAnalisisDinamicoElementosfinitosSAP2000


Capitulo 04: Diseo Estructural


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Criterios Generales

Normas de ReferenciaPara el diseo estructural en concreto armado hacemos referencia a la Norma Peruana y a losestndares del American Concrete Institute sobre el tema estos son,

Norma de Diseo en Concreto Armado E.060ACI 350-06, CodeRequirements for Environmental EngineeringConcrete Structures (Publicacin

2006)ACI 371-08, Guide for theAnalysis, Design, and Construction of Concrete Pedestal Water Towers

(Publicacin 2008)ACI 307-08, Designand Construction of Reinforced Concrete Chimneys (Publicacin 2008)ACI 350.3-06, SeismicDesignof Liquid- Containing Concrete Structures and Comentary

(Publicacin 2006)




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Criterios Generales

Calidad del ConcretoEl ACI 350-06 (en la tabla 4.2.2, ACI 350-06) recomienda una mxima relacin agua cemento y unaresistencia a la compresin mnima segn la condicin de exposicin a la que estar sometida la

estructura, para nuestro reservorio ubicado en el campus universitario es adecuada una relacinagua/cemento de 0.45 y un 280/ ver Tabla 4-01.

Condicin de ExposicinMxima relacin

agua/cemento

Resistencia a lacompresin f'c

(kg/cm2)Concreto que se pretende tenga baja permeabilidad enexposicin al agua, aguas residuales y gases corrosivos

0.45 280

Concreto expuesto al congelamiento y deshielo encondicin humedad o a productos qumicos descongelantes

0.42 315

Para proteger el refuerzo en el concreto de la corrosincuando est expuesto a cloruros de sales descongelantes,sal, agua salobre o salpicaduras del mismo origen

0.40 350

Tabla 4-01, Requisitos para condiciones de exposicin especiales

(Adaptado de la Tabla 4.2.2, ACI 350-06)




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Criterios Generales

Determinacin lmites de exposicinEn el ACI 350-06, para la retencin de lquidos, la exposicin ambiental normal se define como laexposicina lquidos conunpHsuperior a5, o laexposicina soluciones desulfatomenor a1000. Una

exposicinambiental severaexcedeestos lmites.

Espesores mnimosParaunadecuadocomportamiento el ACI 350-06 recomienda: Espesor mnimodemuros 15cmo20cm(paraconseguir por lo menos 5cmderecubrimiento) Muros conalturamayor a3.00mutilizar unespesor deparedde30cmcomomnimo. Separacinmximadel refuerzo 30cm, utilizar comomnimovarilla de 1/2

Recubrimientos mnimos

Se define como recubrimiento mnimo al espesor de concreto de proteccin para el acero de refuerzo, elACI 350-06 (en la tabla 7.7.1, ACI 350-06) recomienda para concreto no presforzado los recubrimientosmnimos descritos en la Tabla 4-02.




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Criterios Generales

Recubrimientos mnimos

CondicionesRecubrimiento mnimo

(cm)

LOSAS- Para condiciones secas:Varillas #11 y menores 2.00Varillas #14 a #18 4.00

- Superficies de concreto en contacto con el terreno, agua, intemperie y/o aguas servidas vaciadas contraencofrado; y concreto en elementos apoyados sobre losas de cimentacin o que soportan terreno:

Varillas #5 y menores 4.00

Varillas #6 a #18 5.00MUROS

- Para condiciones secas:Varillas #11 y menores 2.00Varillas #14 a #18 4.00

- Superficies de concreto en contacto con el terreno, agua, intemperie y/o aguas servidas vaciadas contra

encofrado:Tanques circulares. 5.00Otros. 5.00

ZAPATAS Y PLATEAS-En la superficie y en el fondo de losas de concreto vaciadas contra encofrado. 5.00- Superficies de concreto vaciadas contra terreno y en contacto con l. 7.50- Parte superior de zapatas y zapatas sobre pilotes. 5.00

Tabla 4-02, Recubrimientos mnimos de concreto para el refuerzo (Adaptado de la tabla 7.7.1, ACI 350-06)




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Criterios Generales

Refuerzo mnimo por contraccin y temperaturaEl ACI 350-06 (en la tabla 7.12.2.1, ACI 350-06) nos indica una cuanta mnima de refuerzo porcontraccin y temperatura, para nuestro reservorio la cuanta mnima adoptada es 0.004 de acuerdo a laTabla 4-03

Longitud entre juntas (m)Cuanta mnima de acero por contraccin y temperatura

Grado 40 Grado 60Menos de 6 0.003 0.003

Entre 6 y 9 0.004 0.003Entre 9 y 12 0.005 0.004Ms de 12 0.006* 0.005*

*Mxima cuanta de refuerzo por contraccin y temperatura cuando no se tengan juntas.Nota: Esta tabla se aplica a la distancia entre las juntas de dilatacin y/o de contraccin totales. Cuando se utiliza juntasdecontraccinparcial, la cuanta mnima se determina multiplicacin la longitud entre juntas de contraccin parcial por 1.50

Tabla 4-03, Cuantas mnimas de acero de refuerzo por contraccin y temperatura (Adaptado de la tabla

7.12.2.1 ACI 350-06)




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Criterios Generales

Factor de durabilidadLas combinaciones de carga ltima deben multiplicarse por el factor de durabilidad , El ACI 350-06define el factor como:

1.0,

Donde: es el Factor de Reduccin de Esfuerzo y tiene los siguientes valores para:

Tensin controlada =0.90Compresin controladaRefuerzo en espiral =0.70Otros tipos de refuerzo =0.65Corte y torsin =0.75

Soportes sobre el concreto =0.65




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Criterios Generales

Factor de durabilidadComo referencia la versin anterior (ACI 350-01), recomienda los valores de la Tabla 4-05

Tabla 4-04, Valores referenciales de factor de durabilidad, versin anterior del ACI (ACI 350-01)

Tipo Esfuerzo Factor de Durabilidad

Flexin 1.30Traccin Directa 1.65

Compresin 1.00

Esfuerzo PermisibleEl ACI 350-06 (Apartado 9.6.2.1, ACI 350-06) limita la fluencia del acero para evitar el fisuramiento yagrietamiento excesivo en estructuras contenedoras de lquidos de acuerdo al tipo de esfuerzo traccin,corte y flexin para exposiciones normal y severa, estos valores permisibles se indican en la Tabla 4-06.




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Criterios Generales

Esfuerzo PermisibleTipo Esfuerzo permisible (ksi)

Traccin (exposicin normal) 20 1400 /

Traccin (exposicin severa) 17 1200 /Corte (exposicin normal) 24 1650 /Corte (exposicin severa) 20 1400 /

Flexin (exposicin normal) 20

320

4 2 2

36

Flexin (exposicin severa) 20

260

4 2

2

36

Tabla 4-05, Esfuerzos permisibles en el acero segn la exposicin del concreto (Adaptado del

apartado 9.6.2.1, ACI 350-06)




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Criterios Generales

Verificacin de Fisuramiento por TraccinVerificaremos los elementos por fisuramiento, con la siguiente expresin

Donde:

: Espesor del elemento:Ancho del elemento: Coeficiente de fisuramiento del concreto reforzado 0.0003

: Mdulo de elasticidad del acero: Esfuerzo permisible del acero por fisuramiento: Relacin entre mdulo de elasticidad del acero y concreto: Esfuerzo permisible del concreto por fisuramiento: Fuerza de tensin del elemento

Realizamos la verificacin para la pared exterior del tanque del reservorio, para la presente

investigacin consideramosunconcretoexpuesto acondiciones ambientales normales y tenemos:

0.0003 2,000,000

1,400

2,000,000

15,000 280 0.1 280

100 1,400

0.1 280

0.46




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Criterios Generales

Verificacin de Fisuramiento por FlexinVerificaremos loselementos

20 320

25 36

,320

1.35 5.2825 32.6 2,282




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Criterios Generales

Combinaciones de CargaElACI 350-06 Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures, recomienda lassiguientes combinaciones de carga para estructuras que almacenan lquidos y estn expuestas al

medio ambiente.

1.4 1.2 1.6 0.5 1.2 1.6 1.0 0.8 1.2 1.6 1.0 0.5 1.2 1.0 1.0 0.2 0.9 1.6 1.6 0.9 1.0 1.6

Donde, Carga Muerta, Carga de Sismo, Carga por presin lateral del Fluido Carga Viva, Carga de Techo, Carga debido al peso y presin lateral del suelo, Carga de Lluvia, Carga de nieve, Fuerzas debido al esfuerzo propio tales como la retraccin, contraccin de fragua

y temperatura, Carga de viento.




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Diseo de Vigas

Envolvente de Fuerzas y MomentosLos resultados obtenidos para cada una de las combinaciones se procesan en una tabla y graficamos laenvolvente de fuerzas y momento para la viga anillo intermedia


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Di d Vi


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Diseo de Vigas

Diseo por traccin y verificacin de fisuramientoEl espesor mnimo para evitar el fisuramiento por traccin viene dado por:

0.0003 2,000,000

1,400

7.97 28

100 1,400

28

91,000

91.66Asumimos un peralte 95.00,Calculamos el acero por traccin requerido

58,000

0.90 1,400/ 72.22

121" 65/8"



Di d Vi


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Diseo de Vigas

Diseo por CortantePara

58,000

0.53 0.53 280

45 89

35,519

5/8"

4 1.98 1,400

89

58,0000.75

35,519 23.60

5/8" @20



Di d lT


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Diseo del TanqueEnvolvente de Fuerzas y MomentosLa envolvente de fuerzas y momentos en la pared del tanque se muestra en la Figura 3-38



DiseodelTanque


93/136

Diseo del TanqueResultados del AnlisisDel anlisis estructural obtenemos que las fuerzas anulares y momentos ltimos en la pared del tanqueson 55.00 , 15.00 , 6.00 , 1.00 , 0.03 , 9.00

Diseo por traccin y verificacin de fisuramientoPara

100

280

0.1 28

4,200

1,400

0.33

15,000

250,998

2,000,000

2,000,000

250,998

7.97

0.0003



DiseodelTanque


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Diseo del TanqueDiseo por traccin y verificacin de fisuramientoEl espesor mnimo para evitar el fisuramiento por traccin viene dado por:

0.0003 2,000,000

1,400

7.97 28

100 1,400

28

55,000

24.93 25

Calculo del acero por traccin:

55,000

0.90 1,400

43.65

Espaciamientoen2capasde3/4"

3/4" 2.85

10043.65/2

13.06

3/4"@12.5



DiseodelTanque


95/136

Diseo del TanqueDiseo por Flexin

280

0.45 126

4,200

2,250

0.54

0.85 100

15,000

250,998

2,000,000

2,000,000

250,998

7.97

0.0003

1.4

0.90

FactordeDurabilidad

, 1

0.90 4,200

1.4 2,250

1.20


Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Tanque


96/136

Cuanta de refuerzo

0.85

6,000

6,000

0.85 0.85280

4,200

6,000

6,000

4,200

0.02833

2

1

1

126

2 2250

1

1 2250

7.97 126

0.00864

0.305




97/136

Cuanta de refuerzo

1 0.5

0.85

0.00864 4,200

1 0.5 0.00864

4,200

0.85 280

33.52

1

1.20 600,000 . 1

0.90 33.52

100

14.10




98/136

Espesor mnimo 1.00 14.10 5.00 1.00 20.10

El espesor por traccin requerido en el punto anterior es de 25 1.00 25.00 5.00 1.00 19.00

1.20 600,000.

0.90 100 19.00 18.47

0.85

1 1 2

0.85

0.85

280

1 1 2

18.47

0.85 280

4,200

0.00458

0.00458 100 19 8.71




99/136

Acero mnimo

max 3 1.00

, 200 1.00

max3 280

1

4,200

100 19 , 200 1 100 19

4,200

6.36

Espaciamiento

5/8" 1.98

8.71100 22.74

5/8"@20

Por requerimientos de tensin, se calcul previamente3/4"@12.5.




100/136

Verificacin de FisuramientoVerificamos el Fisuramiento con el acero realmente colocado es 3/4"@12.5, esto es:

2.85

12.5100 22.80

19 3,570




101/136

Verificacin de Fisuramiento

2

1 1

2 19 100

7.97 22.80 1 1

1007.97 22.80

6.70

3

19 6.70

3 16.82

6.7019

0.352

3,570

17.12 22.80 932

1

932

7.97

0.352

1 0.352 63

0.226




102/136

Verificacin de FisuramientoFactor Z

2.85

25 19 6

2

2 25 19 100

22.80

2.85

148.81

932

6 148.81

8,947 20,540

115

Calculo del ancho promedio por la ecuacin de Gergeley-Lutz

25 6.70

19 6.70

1.48

0.076

0.001 0.076

1.48 8,947

0.001

0.1433 0.3




103/136

Diseo por traccin y verificacin de fisuramientoCalculo del acero por traccin vertical

15,000

0.90 1,400

11.91

Espaciamiento en 2 capas de 5/8"

5/8" 1.98 100

11.91/2 33.26

5/8"@30


Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Fuste

Di E t t l d l F t


104/136

Diseo Estructural del FusteEl fuste del reservorio est sometido a flexocompresin tal como vimos en el anlisis estructuraldesarrollado en el captulo 03, el ACI 371-08 (Tabla 5.2, ACI 371-08) recomienda una cuanta mnimavertical de 0.0050 y una cuanta mnima horizontal de 0.0030, verTabla 4-06, estas debido a la pocaductilidad que tieneel fusteanteuneventossmicopor ser unelementoesbeltoyhueco.

Tipo de perfil

de Suelo

Zona Ssmica

3 2 1

1 0.16 (0.40) 0.12 (0.30) 0.06 (0.15)

2 0.29 (0.72) 0.22 (0.54) 0.11 (0.27)3 0.50 (1.26) 0.38 (0.95) 0.19 (0.47)

Coeficiente Ssmico Coeficiente Ssmico

Parmetros de reforzamiento . . Reforzamiento Mnimo 7 7

Vertical

Varillas #11 o

menores 0.0015 0.0050 0.0050

Horizontal

Varillas #5 o

menores 0.0020 0.0025 0.0025

Varillas #6 o

mayores 0.0025 0.0025 0.0030

Mximo esfuerzo de fluencia fy 420 420

Tabla 4-06, Reforzamiento Mnimo en Fuste Tanque Elevado ACI 371-08, Tabla 5.2



A i ti l l f t


105/136

Acero mnimo vertical en el fusteEl acero mnimo vertical viene dado por:

0.0050 100 30

15.00

7.50

5/8" 1.98100

7.50 26.4

5/8" 25De lo anterior podemos deducir que para 100, 30 y una cuanta 0.0025 porcapa tenemos un 9.24 correspondienteaunmomentode flexinltimoensentidovertical 8.32 parauna franjadeunmetro, siendo:



Acero mnimo vertical en el fuste


106/136

Acero mnimo vertical en el fusteEl acero mnimo vertical viene dado por:

0.0050 100 30

15.00

7.50

5/8" 1.98100

7.50 26.4

5/8" 25De lo anterior podemos deducir que para 100, 30 y una cuanta 0.0025 porcapa tenemos un 9.24 correspondienteaunmomentode flexinltimoensentidovertical 8.32 parauna franjadeunmetro, siendo:



Acero mnimo horizontal en el fuste


107/136

Acero mnimo horizontal en el fusteEl acero mnimo horizontal viene dado por:

0.0030 100 30 9.00

4.50

1/2" 1.27100

4.50 28.2

1/2" 25

De lo anterior podemos deducir que para 100, 30 y una cuanta 0.0015 porcapa tenemos un 5.59 correspondiente a un momento de flexin ltimo en sentido horizontal 5.04 para una franja de un metro.



Diagrama de Interaccin para el Fuste


108/136

Diagrama de Interaccin para el FusteDel anlisis estructural y las hiptesis de carga tenemos las cargas totales ltimas en el fuste de 1,500 y 22,000 , ensayamos una distribucindeacerovertical con una malla3/4"@12.5 en dos capas y obtenemos los diagrama de interaccin nominal y diseo utilizandodos softwares comerciales (CSICOL y XTRACT) los parmetros de ingreso para la obtencin de estosdiagramas se muestran paso a paso en el Apndice B, el resultado se muestra en la Figura 4-01, elpunto y caendentrodel diagrama, por loqueseconsideracorrectaestadistribucin derefuerzo.

DIAGRAMA DE INTERACIN UTILIZANDO CSICOLIngresamos los parmetros y propiedades de la seccin, con un dimetro exterior de 9.40 y unespesor de pared de 0.30, resistencia a compresin del concreto de 280/ como semuestra en la Figura B-01 y se importan los dimetros y coordenadas de las varillas de reforzamientover Figura B-02.



DIAGRAMA DE INTERACIN UTILIZANDO CSICOL


109/136

DIAGRAMA DE INTERACIN UTILIZANDO CSICOL



DIAGRAMA DE INTERACIN UTILIZANDO XTRACT


110/136

G C U O C





111/136





112/136


Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin

Diseo Estructural de la Cimentacin


113/136

Seplanteaunacimentacinrgidacongeometracircular/cilndricaconunperalte de 1.80 aprox. estodebido a que en la base del fuste se tiene un momento de volteo elevado del orden de22,000 esto trae consigo la necesidad de generar un contrapeso en la base a fin degarantizar la estabilidad de la estructura, esta verificacin la realizamos en el presente apartado y en elApndice D conayudadel SoftwareAllpile,

Verificacin de esfuerzosRealizamos el equilibrio de fuerzas en la zapata segn se muestra en el diagrama de cuerpo libremostrado en la Figura 4-02, de la Resistencia de Materiales tenemos la ecuacin para flexocompresinsiguiente:

Reemplazando las propiedades para una circunferencia tenemos:

4

2

64

1

8





114/136

El esfuerzo crtico se tiene cuando 0

1 8

0

8

Luego para /8, tenemos:

,

1

8





115/136

Para /8, previamente indicamos el volumeny la coordenada del centro de gravedad para la cua cilndrica mostrada en la Figura 4-03,

3 3

3 1

3 5 2

4 3 2

Por lo tanto hacemos la analoga para la zapata mostrada en la Figura 4-02y tenemos

3 5 2

4 3 2

3 3

3 1

3

1

3 3





116/136

Del anlisis estructural tenemos 22,000 y 3,860 y 9.00

22,000

3,860

5.70

8

18.00

8

2.25

3 5 2

4 3 2 Resolviendo la ecuacin tenemos

1.459 83.58

Reemplazando tenemos

3

1

3 3

3 3,860

9.00 1 cos1.459

31.459 31.459cos1.459 1.459

84.12

8.41

1.33 1.33 12.37

16.45



Diseo por Flexin


117/136

Determinamos una regin caracterstica sujeta a flexin, como el mostrado en la Figura 4-04 y tenemosque la longitud de volado respecto de la cara exterior del fuste y el ensanche en la zapata es:

2

18.00 9.40

2 1.50 2.80

El momento flector para este volado es:

2 78.87

2.80 1.00

2.80

2 309

Diseamos por flexin para los siguientes valores 280/

, 4,200/ y un

peralte efectivo 1.68 tenemos:

30,900,000/

100 168 10.95

0.00298



Diseo por FlexinEl fl l d


118/136

Elmomentoflectorparaestevoladoes:

2

78.87 2.80 1.00 2.80

2 309

Diseamosporflexinparalossiguientesvalores 280/, 4,200/

yun

peralteefectivo 1.68tenemos:

30,900,000/

100 168 10.95

0.00298

Elreadeaceroparalafranja 1.00mostradoenlaFigura405.

0.00298 100 168 50.05

Elespaciamientolorealizaremosendoscapas

1" 3/4" 5.07 2.85 100

50.05 15.82

1" 3/4" @0.15



Diseo por FlexinEl A i fl i d t i 0 0018 t t


119/136

El Acero mnimo por flexin se determina con 0.0018, entonces tenemos: 0.0018 100 168

30.24

1" 5.07 100

30.24 16.77

1" 0.15

Diseo por Corte por FlexinCalculamos el cortante por flexin, verificando la expresin siguiente segn se muestra en la Figura 4-06.

, 0.53

0.53 280

100 168 149



Diseo por Corte por Flexin


120/136

78.87

1.00 1.40 118

Como

nosernecesariounrefuerzoporcorte



Diseo por Corte por PunzonamientoCalculamos el cortante por punzonamiento verificando la expresin:


121/136

Calculamos el cortante por punzonamiento, verificando la expresin:

2 0.50

9.40

2 0.50 1.68 5.54

5.54 96.42 2 2 5.54 34.81 9.00 254.47

254.47 96.42 158.05

158.05 84.12

13,30

0.53 1.1 0.53 1.1 280 3,481 16,800

15,950 0.85 15,950 13,558




122/136



Verificacin de EstabilidadCon ayuda del SoftwareAllpilev65Ede CivilTechSoftware realizamos la verificacin ingresando las


123/136

Con ayuda del Software Allpilev6.5E de CivilTechSoftware realizamos la verificacin ingresando lascaractersticas del Reservorio Elevado y el EMS, en la Figura D-01, elegimos la cimentacin superficial.


124/136



Verificacin de EstabilidadCon ayuda del SoftwareAllpilev6.5Ede CivilTechSoftware realizamos la verificacin ingresando las


125/136

Con ayuda del Software Allpilev6.5E de CivilTechSoftware realizamos la verificacin ingresando lascaractersticas del Reservorio Elevado y el EMS, en la Figura D-01, elegimos la cimentacin superficial.


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Capitulo 05: Memoria DescriptivaCostos y Presuesto

Costos y Presupuesto

8/10/2019 Presentacion Tesis Reservorios Elevad

presentacion tesis reservorios elevado intze

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