CALCULO PERNOS DE ANCLAJE

1. OBJETIVO

El objetivo del presente documento es realizar los cálculos justificativos para determinar

el uso de anclajes en el tanque para garantizar la estabilidad de este ante fuerzas

sísmicas y de viento basado en la norma API 650.00

2. NORMATIVIDAD

Se considera en la verificación estructural la normatividad:

API 650

3. DESARROLLO PARA LA DETERMINACIÓN DE ANCLAJE SEGÚN API 650

3.1. Determinación de uso de anclaje debido a sismo

3.1.1. Calculo de momento producido por sismo

𝑀𝑠 = 𝑍𝐼(𝐶1𝑊𝑠𝑋𝑠 + 𝐶1𝑊𝑟ℎ𝑟 + 𝐶1𝑊1𝑋1 + 𝐶2𝑊2𝑋2) API 650 E.3.1

Zona de alto riesgo símico, zona 4 se utilizara Z=0.4

El factor de importancia es I=1.00 puesto que el contenido es agua.

El peso de la pared del tanque Ws = 121223.06 lb

El peso total del techo Wr = 292229.34 lb

La altura del Centroide del tanque Xs = 19.68 pies

Peso total del contenido del tanque (Wt):

𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎. 𝜋. 𝐷2

4𝐻𝑙𝑖𝑞 = 8320186.32

Máximo nivel del líquido Hliq = 36.10 pies

Peso volumétrico del agua ɣ = 62.43 lb/pies3

o Masas efectivas y centroides (W1, W2, X1,X2)

Como referencia API 650 Apéndice E nos brinda ábacos para hallar el

valor de las masas efectivas y centroides Figura 1, Figura2.

Masas efectivas:

W1, W2 se obtendrá a partir de multiplicar Wt

Figura 1 Graficas de Masas Efectivas

Figura 2 Centroide de fuerzas sismicas

Relación D/H

D/H = 68.56/39.37 =1.74 leyendo este valor de la figura 1 obtenemos

W1/Wt =0.63 despejando W1= 5241717.378 lb

W2/wt = 0.37 despejando W2= 3078468.936 lb

De igual forma con la relación D/H leyendo este valor de la figura 2

obtenemos

X1/H = 0.36 despejando X1= 14.173 pies

X2/H = 0.61 despejando X2= 24.016 pies

o Coeficientes laterales (C1, C2)

El estándar API 650 en la sección E 3.3.1 requiere que el coeficiente de

fuerza lateral C1 debe de calcularse como 0.6.

Considerando C1=0.6, con la relación D/H=1.74 leyendo este valor en la

Figura 3 obtenemos que K= 0.58

Figura 3 Factor K

𝑇 = 𝑘𝐷0.5 = 0.58(68.56)0.5 = 4.80 𝑠𝑒𝑔 > 4.5

𝑆𝑖 𝑇 > 4.5, 𝐶2 =0.75 𝑆

𝑇; 𝑆 = 1.5 (𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑆𝑒𝑚𝑖𝐵𝑙𝑎𝑛𝑑𝑜); 𝐶2 = 0.048

Por lo tanto obtenemos:

𝑀𝑠 = 𝑍𝐼(𝐶1𝑊𝑠𝑋𝑠 + 𝐶1𝑊𝑟ℎ𝑟 + 𝐶1𝑊1𝑋1 + 𝐶2𝑊2𝑋2) = 22607811.76 𝑙𝑏 − 𝑝𝑖𝑒

3.1.2. Calculo de fuerza estabilizante

𝑊𝐿 = 7.9𝑡𝑏√𝐹𝑏𝑦𝐺𝐻 API 650 E.4.1

Espesor del fondo del tanque sin Ca tb=0.125 en plg

Esfuerzo minimo de fluencia de acero estructural de fondo Fby = 36 000 en psi

Gravedad especifica de contenido G= 1.00

Nivel operativo del contenido H=36.1 en pies

𝑊𝐿 = 7.9 ∗ 0.125√36000 ∗ 1 ∗ 36.1 = 1125.75 𝑙𝑏/𝑝𝑖𝑒

1.25GHD = 1.25*1*36.1*68.56=3093.77 lb/pie de circunferencia

1125.75<3093.77 OK

Peso total estabilizante: 1125.75*3.1416*68.56= 242473.15 lb

Peso de techo: 292229.34 lb

Peso Pared: 121223.06 lb

Peso Fondo: 56529.952 lb

Peso total estabilizante: 712455.51 lb

3.1.3. Calculo de momento estabilizante

Brazo de peso estabilizante

B=D/2=68.56/2=34.28 pies

Mes=712455.51*34.28 = 24422974.88lb-pie

Mes>MS

24422.974 klib-pies > 22607,811 klib-pies

3.1.4. Chequeo por compresión en la pared

Ms

D2(wt+wL)API 650 E 5.1

wt=(Ws+Wr)/DΠ = 1919.57 lb/pie de circunferencia

22607811.76

68.562(1919.57 + 1125.75)= 1.58

𝑆𝑖 Ms

D2(wt + wL)> 1.57

El tanque es estructuralmente inestable, por lo que habría que tomar algunas

medidas precautorias, tales como

o Incrementar el espesor del fondo del tanque

o Incrementar el espesor de la pared

o Cambiar las proporciones del tanque para incrementar diámetro y reducir

altura

o Anclar el tanque para eliminar la inestabilidad.

3.2. Determinación de uso de anclaje debido a viento

3.2.1. Determinación de momento de volteo viento

Mw= PvA*B

Presion de viento para una velocidad de 100MPH, para una superficie plana

Pv=30 lb/pie2 (tabla I)

Tabla I. Presiones de diseño para una velocidad de 100MPH

Altura total del tanque H=39.37 pie

o Momento producido por proyección de pared

A=68.56*39.37 = 2699.21 pies2

B=39.37/2 = 16.69 pies

Mp= 18*2699.21*16.69 = 810896.67 lb-pie

o Momento producido por proyección de techo

A=68.56*2.2/2 =75.41 pies2

B=39.37+5/3 =41.04 pies

Mt=15*7.45*41.04 = 46422.40 lb-pie

Mw=810896.67+46422.40=857319.07 lb-pie

3.2.2. Cálculo de momento de estabilización

𝑀 ≤2

3

𝑊𝐷

2

Peso de paredes si corrosión permisible CA W=121223.06 lb

𝑀 ≤2

3

121223.06 ∗ 68.56

2= 2770350 𝑙𝑏 − 𝑝𝑖𝑒

Momento de volteo por viento < Momento estabilizante

857,319.07 < 2770.35klb-pie

3.3. Anclajes

El estándar API 650 en la sección 3.12.2 requiere que cuando se necesiten anclajes,

la carga por anclaje debe ser calculada con la siguiente ecuación.

tb=U/N

𝑈 =4𝑀𝑠 − 𝑊2

𝐷→ 𝑡𝑏 =

4𝑀𝑠

𝑁𝐷−

𝑊2

𝑁= 43121.74 𝑙𝑏

Por lo tanto El número de pernos de anclaje será de 22 und de diámetro 1” A-325 (105ksi)

cumple los requisitos de fluencia 0.8Fy<120.

4. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Debido a las condiciones por sismo se realizara la instalación de pernos de anclaje

Se instalaran un total de 22 unidades de 1” de diámetro A325.