ANALISIS SISMICO PARA TANQUE CIRCULAR SEGN ACI 350.3-01Tanque alto de carga
DATOS DE MATERIALES:CONCRETO: f'c = 280 kg/cm2 28ACERO: fy= 4200 kg/cm2 420
PESO VOLUMETRICO DEL LIQUIDO:AGUA: a = 1 t/m3 1000
10g= 9.8 m/sg2
Peso espesifico del liquido:l = 100 kg*sg2/m4
MASA ESPECIFICA DEL CONCRETO:CONCRETO: c = 2.4 ton/m3 2400Peso especifico de concreto: 24
c= 240 kg*sg2/m4 2.4
MODULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO:250998.0079602 kg/cm2
Aproximoacion a: 251000 kg/cm2 25100
DATOS DEL TANQUE:Altura del liquido = HL = 3.44 m
Diametro del tanque= D= 7.27 m
Altura del muro del tanque = Hw = 4.44 m
Espesor de pared del tanque= tw = 0.2 m
Peso de la cubierta del tanque= 0 ton
DATOS SISMICOS DEL SITIO:Aceleracion pico efectiva= Aa = 0.4
Coeficiente de velocidad pico= Av = 0.25
Coeficiente de sitio = S= 1.5
Coeficiente de importancia de la estructura= I= 1.25
Factores de modificacion de respuesta impulsiva (Rwi)
Ec = 15000*f'c =
Tanques elevados
Factores de modificacion de respuesta convectiva (Rwc)
Tanque articulado o empotrado en la base apoyado sobre terreno Rwc =
1. CALCULO DE COMPONENTES DEL PESOPeso del liquido: WL = 142.80 ton
Peso de paredes del tanque= Wt = 18.75 ton
Peso de la componente impulsiva
D/HL = 2.11HL/D = 0.47
HL = 3.44 5.4525 mWi= 74.11 ton
Peso de la componente convectiva
Wc = 65.27 ton
= 0.69
Peso efectivo del tanque : We(Si tiene tapa se debe incluir)
12.85 ton
2. CALCULO DE LOS PUNTOS DE APLICACIN DE LOS COMPONENTES DE PESO(Excluye la presion de la base= EBP), para calcular los muros del estanque.Para ImpulsivaSi se obtiene: D/HL < 1.333
Coeficiente de la masa efectiva del muro ()
We = *Wt +Wr
Entonces: hi = HL*(0.5-0.09375*L/HL)
Pero si: D/HL 1.333
Entonces: hi = 0.375*HL
Para el caso de estudio: D/HL = 2.11
hi = 1.290 mPara Convectiva
hc = 2.05 m
3. CALCULO DE LOS PUNTOS DE APLICACIN DE LOS COMPONENTES DE PESO(Incluye la presion de la base= IBP) Para calculo de Losa de fondo y paraCalcular la presion sobre suelo y la estabilidad del estanque.Para ImpulsivaSi se obtiene: L/HL < 0.75
Entonces: h'i =0.45* HL
Pero si: L/HL 0.75
Entonces: Para nuestro caso L/HL 2.11
h'i= 2.88 m
Para Convectiva
h'c= 2.78 m
4. ANALISIS DE LAS PROPIEDADES DINAMICAS
Masa del muro del deposito por unidad de ancho:
213.12 kg*seg2/m2
Masa impulsiva del liquido por unidad de ancho del estanque
1785.32 kg*seg2/m2
Altura de aplicacin: hw = 2.22 m
Centroide de masas impulsiva y de la pared
h = hw*mw+hi*mi/mw+mi = 1.39 m
m= mw+mi= 1998.44 kg*sg2/m2
D/HL= 2.11 > 0.67
Cw= 0.06
Cl= 0.005
Frecuencia natural de la masa impulsiva cuando vibra:i = 4.49 rad/sg
Periodo natural de la masa impulsiva
1.40 sg
Factor de frecuencia convectiva
= 5.883
mw = Hw*tw*c =
mi= (Wi/WL)*tw/2*HL*l =
Cw =9.375*10-2+0.2039*(HL/D)-0.1034*(HL/D)2-0.1253*(HL/D)3+0.1267*(HL/D)4-3.186*10-2*(HL/D)5
Cl = Cw*10*tw/12R
Cl=Cw*tw/10R
i = Cl*1/HL*103*Ec/c
Ti = 2*/i =
Frecuencia natural de la masa convectiva
c = /D = 2.18 rad/sg
Periodo natural de la masa convectiva
2.88 sg
Factores de amplificacion espectral
Impulsiva: Ci = 2.75/STi > 0.31 sg 2.75/S
Como : Ti = 0.20 sg < 0.31 s Ci = 1.833 sg< 1.833
Convectiva: Cc = 6/Tc^2Tc < 2.4 sg 2.75/S
Como: Tc = 1.7 sg < 2.4 sg Cc = 0.723< 1.833
Uso: Cc= 1.833
5. CALCULO DE FUERZAS DINAMICAS LATERALES ARRIBA DE LA BASE
Fuerza de Inercia de la pared:
Pw = 5.89 ton
Fuerza de Inercia de la Tapa: Pr = (Wri/Rwi)*Aa*S*I*Ci
Pr = 0 ton
Fuerza lateral de la masa impulsiva:Pi = (Wli/Rwl)*Aa*S*I*Ci
Pi = 33.97 ton
Fuerza lateral de la masa convectiva:Pc=(Wlc/Rwc)*Aa*S*I*Cc
Pc = 89.75 ton
Cortante en la base de las paredes
Tc = 2*/c =
Ti 0.31 sgCi = 1.25/T2/3
Tc 2.4 sgCc= 1.5*1.25/Tc^2/3
Pw = (Wwi/Rwi)**Aa*S*I*Ci
V = 98.20 ton
NOTA: Cuando el tanque esta enterrado se adiciona la presion dinamica del sueloCalculada pr Mononbe-Okabe y se suma con las fuerzas impulsivas
Fuerza lateral de Inercia por la masa de las paredes por unidad de altura
Pw y=Pw/2*Hw Vertica;
Pw = 0.66 kg/m 0.00 ton/mPresion uniforme sobre la superficiePunto de aplicacin : Hw/2 = 2.22 m
Horizontal
Pw= 0.06 kg/m 0.00 ton/m
Carga hidrostatica producida por el aguaA una altura Y desde el fondo
0 Fondokg/m2 qf(Fondo)= 3440 kg/m2
3.44 ton/m2Y= 1.95 superficie
qff(superficie)= 1490 kg/m2
Aceleracion vertical espectral:b= 0.67
Tv= 0.58Cv = 1.79
Usar: Cv= 1.83Av = Aa*S*Cv*I*b/Rw = 0.306
Carga hidrodinamica producida por el sismo sobre el aguaPfy = Av*qfy Y = 0 Fondo
Pfy = 1051 kg/m21.05 ton/m2
Y= 1.95 superficiePfy = 455.28 kg/m2
Presiones impulsivas sobre la pared
Cuando : Y= 0 m Fondo del muro
Pw y=Pwy/R
qfy = l*(HL-Y) Y=
Cv =1.25/Tv2/3Tv= 2*lDHL2/2gtwEc
Piy = Pi/2*(4*HL-6*hi-(6*HL-12*hi)*(Y/HL))/(HL2)
Pi = 8.64 ton/m
Cuando : Y= 1.95 m Superficie del liquidoPi = 4.44 ton/m
Presiones convectivas sobre la pared
Cuando : Y= 0 m Fondo del muroPc = 5.45 ton/m
Cuando : Y= 1.95 m Superficie de liquidoPc = 14.06 ton/m
6. DISTRIBUCION HORIZONTAL DE LAS PRESIONES DINAMICAS SOBRE LA PARED DEL MURO circular
Carga Impulsiva:Pi(superf) = 0.778 ton/m2
Pi(fondo)= 1.513 ton/m2
Carga Convectiva:Pc(superficie)= 2.19 ton/m2
Pc(fondo)= 0.85 ton/m2
Pi = Fuerza ajustada impulsiva (La grafica en realidad es curva)
Pc = Fuerza ajustada convectiva (La grafica en realidad es curva)
Pcy = Pc/2*(4*HL-6*hc-(6*HL-12*hc)*(Y/HL))/(HL2)
Piy = (2PiY/*R)* cos
Pcy = (16Pcy/9R)*COS
0.22
1.51
Pi
2.32
0.10
Pc
0.60
Ph0.77
Pw
2.0
Ps
Ph = Fuerza hidrodinamica total producida por el sismo
Pw = Fuerza de inercia del muro producida por el sismo
Ps = Fuerza de presion estaticz del agua
NOTA: Estas cargas se ponen en el modelo de elementos finitos
7. CALCULO DE MOMENTOS FLEXIONANTES SOBRE LOS MUROS(Se usa EBP)Momento por inercia de la pared: Mw = Pw*Hw/2
Mw = 13.07 ton_m
Momento por inercia de la tapa: Mr = Pr*HwMr= 0
Momento por la masa impulsiva: Mi = Pi*hiMi = 43.8 ton_m
Momento por la masa convectiva: Mc= Pc*hcMc= 184.3 ton_m
Momento de diseo para la base del muro (despues de la losa de piso)
M= 192.90 ton_m
8. CALCULO DE MOMENTO DE VOLTEO EN LA BASE DEL TANQUE(Se usa IBP)Momento por inercia de la pared: Mw = Pw*Hw/2
Mw = 13.07 ton_m
Momento por inercia de la tapa: Mr = Pr*HwMr= 0
Momento por la masa impulsiva: M'i = Pi*h'iM'i = 98.0 ton_m
Momento por la masa convectiva: M'c= Pc*h'cM'c= 249.1 ton_m
Mb= 272.72 ton_m
Con este momento se calcula la presion sobre el suelo y la estabilidad del deposito
ANALISIS SISMICO PARA TANQUE CIRCULAR SEGN ACI 350.3-01
MpaMpa
kg/m3KN/m3
10 m/sg2
kg/m3KN/m3kN*sg2/m4
Mpa
31
1
2. CALCULO DE LOS PUNTOS DE APLICACIN DE LOS COMPONENTES DE PESO
1.33
3. CALCULO DE LOS PUNTOS DE APLICACIN DE LOS COMPONENTES DE PESO
+0.1267*(HL/D)4-3.186*10-2*(HL/D)5
< 1.833
Fondo del muro
Superficie del liquido
Fondo del muro
Superficie de liquido
6. DISTRIBUCION HORIZONTAL DE LAS PRESIONES DINAMICAS SOBRE LA PARED DEL MURO circular
arriba
abajo
Superficie
abajo
CARGAS APLICADAS AL MODELO
CARGAS VIVASPlataformas 100 kg/m2 Sobrecarga minimaCupula esferica de cubierta 50 kg/m2 Sobrecarga minima mantenimientoPRESION DEL AGUA
1.000 tn/m3H = 32.49 mP = Cz + DZ = 0.00 m P = 32.49 tn/m2Z = 30.00 m P = 2.49 tn/m2Z = 32.49 m P = 0.00 tn/m2
P = -1.00 Z + 32.49Z = 0.00 m P = 32.49 tn/m2Z = 30.00 m P = 2.49 tn/m2Z = 32.49 m P = 0.00 tn/m2
Presion por peso del agua en el fondo del tanque1.000 tn/m3
H = 3.44 mV.A.= 115.68 m3
Pagua = 115.68 tnSuperficie fondo esferico = 19.9327771 m2
f'= 0.83r' = 4.12f'1= 0.06r'1= 4.12
Superficie fondo conico =Presion =
agua =
agua =
0.1Sobrecarga minima mantenimiento 0.05
D = 32.49C = -1.00
CARGA SISMICASCARGAS VERTICALES Y AGUA