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PROYECTO DE DIPLOMADO

DISEO DE LA CIMENTACIN DE UN TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLE

1.- INTRODUCCIN Dentro de la gran actividad industrial y de suministros de servicios bsicos de un pas se utilizan

elementos de almacenamiento de materias primas o procesadas. Un tipo de estos elementos

son los estanques verticales de almacenamiento de lquido apoyados en el suelo.

El aseguramiento del buen funcionamiento de estas estructuras durante su vida til y, ms

Importante an, frente a un sismo, es de vital importancia para la seguridad de las estructuras

mismas, las personas y el medio ambiente.

2 UBICACIN: Pisco es una ciudad del centro-sur del Per, capital de la Provincia de Pisco (Departamento de Ica), situada 290 km al sudeste de Lima a orillas del mar Peruano.

3.-OBJETIVOS GENERAL

Disear la cimentacin de un tanque de almacenamiento de petrleo

4. OBJETIVOS ESPECFICOS

Evaluacin de cargas ,estabilidad y anclajes para el diseo de la cimentacin de un tanque de almacenamiento de petrleo

Evaluacin del diseo de la cimentacin, determinando si la cimentacin estar compuesto por

una platea o un anillo de cimentacin ya sea de forma T o rectangular.

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Determinacin de la proteccin del suelo, que material ser empleado para la proteccin de

suelo en caso de derrame de petrleo ya sea el huso de geomembranas o el diseo de un

sistema de drenaje.

Diseo de un muro de sostenimiento frente al sometimiento de cargas en el caso de un derrame

de petrleo

5. MARCO TEORICO

5.1 CONCEPTO GENERALES

5.1.1 CIMENTACION Los cimientos tienen la funcin de transmitir en forma repartida las cargas de la estructura al

terreno donde se asienta.

La estructura proporciona esfuerzos, de compresin o traccin hasta las bases, y se deben

distribuir en forma pareja para que no originen tensiones mayores de la que puede soportar. Por esta razn el coeficiente de seguridad que se aplica, debe considerar probables diferencias

en la predeterminacin de su capacidad portante.

Como los cimientos estn solicitados a esfuerzos de compresin y tambin de traccin, efectos

de friccin y de adherencia al suelo; es conveniente que estn solicitados por una carga centrada

5.1.2 CIMENTACIONES SUPERFICIALES Las Cimentaciones Superficiales reparten la fuerza que le transmite la estructura a travs de sus

elementos de apoyo sobre una superficie de terreno bastante grande que admite esas cargas.

Se considera cimentacin superficial cuando tienen entre 0,50 m. y 4 m. de profundidad, y

cuando las tensiones admisibles de las diferentes capas del terreno que se hallan hasta esa cota

permiten apoyar el edificio en forma directa sin provocar asientos excesivos de la estructura que

puedan afectar la funcionalidad de la estructura; de no ser as, se harn Cimentaciones

Profundas.

Debe considerarse como posible que en un mismo solar se encuentren distintos tipos de terreno

para una misma edificacin; esto puede provocar asientos diferenciales peligrosos aunque los

valores de los asientos totales den como admisibles.

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5.1.3 COEFICIENTE DE BALASTRO

El mdulo de Reaccin o Coeficiente de Balasto expresa una constante de proporcionalidad

entre presiones y asientos para cada tipo de terreno: La relacin entre la tensin capaz de

generar una penetracin de la placa en el terreno de 0,05 que equivale a una deformacin de

0,127 cm, es decir que este coeficiente es la pendiente de la recta que une el origen de

coordenadas con el punto de la curva tensin deformacin que genera un asentamiento de la

placa de 0,127 cm

TANQUE.- Depsito diseado para almacenar o procesar fluidos, generalmente a presin

atmosfrica o presin internas relativamente bajas.

5.1.4 TIPOS DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO.

Los tanques de almacenamiento se usan como depsitos para contener una reserva suficiente

de algn producto para su uso posterior y/o comercializacin. Los tanques de almacenamiento,

se clasifican en:

1.- Cilndricos Horizontales.

2.- Cilndricos Verticales de Fondo Plano.

Los Tanques Cilndricos Horizontales, generalmente son de volmenes relativamente bajos, debido a que presentan problemas por fallas de corte y flexin.

Por lo general, se usan para almacenar volmenes pequeos. Los Tanques Cilndricos

Verticales de Fondo Plano nos permiten almacenar grandes cantidades volumtricas con un

costo bajo. Con la limitante que solo se pueden usar a presin atmosfrica o presiones internas relativamente pequeas.

Estos tipos de tanques se clasifican en: - De techo fijo. - De techo flotante. - Sin techo.

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a) TIPOS DE TECHOS. De acuerdo al estndar A.P.I. 650, clasificaremos los tanques de acuerdo al tipo de techo, lo que

nos proporcionar el servicio recomendable para stos.

1.- Techo Fijo.- Se emplean para contener productos no voltiles o de bajo contenido (no inflamables) como son: agua, diesel, asfalto, petrleo crudo, etc. Debido a que al disminuir la columna del fluido, se va generando una cmara de aire que facilita la evaporacin del fluido, lo que

es altamente peligroso.

Los techos fijos se clasifican en: - Techos auto soportados.

- Techos soportados.

2.- Techo Flotante.- Se emplea para almacenar productos con alto contenido de voltiles como

son: alcohol, gasolinas y combustibles en general.

Este tipo de techo fue desarrollado para reducir o anular la cmara de aire, o espacio libre entre el

espejo del lquido y el techo, adems de proporcionar un medio aislante para la superficie del lquido, reducir la velocidad de transferencia de calor al producto almacenado durante los periodos

en que la temperatura ambiental es alta, evitando as la formacin de gases (su evaporacin), y consecuentemente, la contaminacin del ambiente y, al mismo tiempo se reducen los riesgos al

almacenar productos inflamables.

3.- Los Tanques sin Techo.- Se usan para almacenar productos en los cuales no es importante

que ste se contamine o que se evapore a la atmsfera como el caso del agua cruda, residual,

contra incendios, etc. El diseo de este tipo de tanques requiere de un clculo especial del anillo de

coronamiento

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6. ESTADO DEL ARTE

El anlisis del comportamiento ssmico de tanques de almacenamiento ha sido estudiado por

diferentes investigadores, considerando distintas hiptesis simplificadoras. Un listado de los ms

importantes es el que se muestra a continuacin:

1933, Westergaard propuso una solucin para determinar las presiones ejercidas por un fluido sobre una presa de pared vertical, sometida a aceleraciones horizontales

1948, Arias analiz tanques rectangulares y cilndricos frente a solicitaciones horizontales

suponiendo la envoltura rgida.

1949, Jacobsen resolvi el problema correspondiente a tanques cilndricos.

1949, Graham y Rodrguez realizaron un completo anlisis de las presiones impulsivas y

conectivas en un recipiente rectangular

1957, Housner estudi el comportamiento de las presiones dinmicas de un fluido en un

tanque sometido a aceleraciones basales.

1960, Edwards estudi la validez del supuesto hecho por Housner, al suponer tanques

rgidos y formul un procedimiento para incorporar las propiedades de las paredes cilndricas

del tanque.

1969, Newmark y Rosenblueth publicaron un estudio sobre hidrodinmica, donde

incluyeron algunas correcciones a la solucin planteada por Housner.

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1974, Veletsos propuso un procedimiento para evaluar las fuerzas dinmicas inducidas por

la componente lateral de un movimiento ssmico en un tanque cilndrico de seccin circular

lleno de liquido, incorporando los efectos de la flexibilidad del tanque.

1976, Epstein despus de revisar el estado de arte y de la prctica del diseo y

construccin de tanques, sugiri un procedimiento de diseo basado en el conocimiento

actualizado a la fecha.

De todos los estudios mencionados, en la prctica todos los anlisis ssmicos y los diseos de ellos

mismos estn basados en la metodologa desarrollado por Housner en 1957, claro con algunas

modificaciones como la flexibilidad del tanque, ms an diversas normas de diseo como la API-650

estn basados en el modelo original de Housner

Uno de los procedimientos de diseo ssmico ms comunes para los tanques est basado en el

modelo mecnico propuesto por G.W. Housner (1963) para tanques de paredes rgidas, en donde simplifica su estudio determinando que basta con considerar una sola masa mvil (convectiva), y una sola masa fija (impulsiva), planteando ecuaciones para evaluar tales masas, sus respectivas alturas desde la base hasta la superficie del lquido, y la rigidez del resorte equivalente que acta junto a la masa convectiva.

El diseo ssmico de estructuras e instalaciones industriales se debe disear apoyndose en las

normas API 650 Welded Steel Tanks for Oil Storage

En 1963 Housner propuso una simplificacin del comportamiento dinmico de los lquidos en los

estanques. En la nueva propuesta del investigador se presenta una modelacin mecnica equivalente

simplificada en donde slo se debe considerar una masa que represente al oleaje llamada masa convectiva y una masa fija o masa impulsiva. Al igual que en su estudio de 1954 se entregan ecuaciones para obtener dichas masas, las alturas desde la base del estanque y la rigidez

equivalente del resorte utilizado para adherir la masa convectiva a la pared del estanque.

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Modelo mecnico simplificado de Housner

La componente impulsiva corresponde al movimiento del lquido que se mueve en forma solidaria al

tanque, y la componente convectiva corresponde al primer modo de vibrar de la masa de lquido de la

parte superior que se mueve en desfase al movimiento del tanque.

6.1.- METODOLOGA A EMPLEAR PARA EL DISEO DE CIMENTACION DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE

Previo a la descripcin de la metodologa se debe describir cmo se comporta ssmicamente un

tanque de almacenamiento de petrleo.

Cuando un tanque se encuentra sometido a una accin ssmica, se genera en su interior una

perturbacin del lquido. En la parte alta del tanque, su contenido no se mueve en conjunto con las paredes (comportamiento convectivo). Esta incompatibilidad del movimiento, junto con el desplazamiento vertical del lquido, genera ondas u olas llamadas sloshing. A la masa asociada a

este efecto se le llama masa convectiva los perodos de este comportamiento son altos (estimados de 6 a 10 sg.). Cerca de la base, una fraccin del lquido se mueve sincronizadamente con el tanque como si

estuviera rgidamente unida a las paredes (comportamiento impulsivo). La masa convectiva disminuye a medida que aumenta la esbeltez (Relacin entre altura v/s dimetro), dominando el modo impulsivo.

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Los principales fenmenos que ocurren durante el sismo en un tanque son:

Variacin de la presin interna sobre las paredes del manto.

Oleaje. Volcamiento y deslizamiento de su base.

Variacin de los esfuerzos en los pernos de anclaje. Deformacin de la cimentacin.

Cada uno de estos fenmenos incide, en mayor o menor grado, en la posible falla del tanque.

En cuanto a otros parmetros ssmicos a mencionar de gran importancia como son el

amortiguamiento y la rigidez dependen del tipo de tanque y de la disipacin de energa por parte del

contenido

La metodologa a aplicar es el Modelo mecnico propuesto por G.W. Housner (1963), el cual permite evaluar simplificadamente la respuesta dinmica de un tanque con lquido en su interior

Housner propone que el comportamiento de un tanque sometido a un desplazamiento lateral o

sismo, provoca que el lquido que contiene se mueva de dos formas distintas, una porcin que

trabaja en forma impulsiva y la otra convectiva Considerando slo los efectos de una componente horizontal de los movimientos del suelo, Housner,

mostr que los resultados obtenidos de un anlisis exhaustivo, basado en la solucin de la ecuacin

de Laplace por series infinitas, hacan ver que se podra establecer un modelo simplificado, en que

una parte del contenido lquido se mova rgidamente con la excitacin del tanque y que la porcin

restante actuaba como una masa sujeta a las paredes por medio de resortes, representando la accin del chapoteo del lquido.

Los efectos dinmicos de la porcin de lquido, adherido en forma rgida a las paredes del tanque, se

conocen con el nombre de impulsivos. Los efectos del movimiento libre del fluido se denominan

convectivos.

Para muchas aplicaciones prcticas, los supuestos bsicos que llevaron a estos resultados, pueden

ser justificados como sigue: 1. La compresibilidad del fluido (la compresibilidad se da cuando todos los cuerpos

disminuyan de volumen al someterlos a una presin o compresin) podra tener

importancia si el tiempo que demora una onda acstica en viajar a travs del tanque, no fuera despreciable comparado con el periodo fundamental del movimiento del tanque.

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Por esto, para grandes estructuras, tales como presas, la compresibilidad del fluido

podra jugar un rol importante, pero en tanques usualmente no ocurre as.

2. El amortiguamiento, debido a la viscosidad del lquido, es slo uno de varios

mecanismos de amortiguamiento que afectan a la estructura y no es el ms importante.

Por esta razn, es perfectamente aceptable realizar una formulacin terica del

fenmeno suponiendo fluidos sin viscosidad.

3. La componente de presin asociada a la velocidad del fluido, es proporcional al

cuadrado de dicha velocidad. An en la mayor parte de los terremotos severos, las

presiones inducidas por la velocidad del lquido son pequeas comparadas con las otras

componentes de la presin hidrodinmica. Esto permite usar una teora lineal de las olas

a lo largo de la superficie libre y aunque localmente el supuesto sea violado (en la cercana de las paredes del estanque), el efecto total no se ve afectado en forma significativa.

Con los supuestos antes descritos, Housner propuso un modelo mecnico equivalente

para evaluar la respuesta ssmica de un tanque con lquido en su interior. Este modelo

corresponda simplemente a la interpretacin fsica de la ecuacin de movimiento,

transformando los efectos impulsivos y convectivos en masas equivalentes adheridas a

las paredes del estanque a una cierta altura. La accin oscilatoria del lquido, se

transform en apoyos elsticos para la masa convectiva, mientras que la masa impulsiva

se interpret como si estuviera unida en forma rgida a las paredes del estanque.

6.1.1 CARACTERSTICA DEL MTODO EMPLEADO PARA EL DISEO DE CIMENTACION DE UN TANQUE DE COMBUSTIBLE

Para la aplicacin de este mtodo, Housner considera lo siguiente: Las paredes son infinitamente rgidas La superficie del liquido es descrito como una membrana que permite pequeas

deformaciones El lquido contenido en el tanque es incompresible irrotacional, sin viscosidad e

inicialmente en reposo. La estructura del estanque es rgida y el material que la conforma permanece

trabajando en el rango elstico

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Los trminos no lineales en la ecuacin fundamental del movimiento, pueden ser despreciados. Como consecuencia de lo anterior, puede suponerse que el lquido permanece siempre en contacto en las paredes del estanque (no hay cavitacin).

No considera que el tanque se pueda levantar de su cimentacin, la resistencia del tanque es provista por el peso de las paredes del tanque y el anclaje del mismo

6.1.2 COMPONENTES DEL MTODO El mtodo de Housner est compuesto por dos factores:

a) Componente impulsivo b) Componente Convectivo

a) Componente Impulsivo Est determinado por el movimiento del liquido que se mueve solidario con el

tanque El liquido aporta con masa Inercial a las fuerzas laterales del tanque El liquido oscila, siendo necesario conocer el periodo fundamental de vibracin

b) Componente Convectivo El componente convectivo es el transporte en un fluido de una magnitud fsica,

como masa, electricidad o calor, por desplazamiento de sus molculas debido a

diferencias de densidad

Es el primer modo de vibrar, la masa del liquido se mueve en desfase

con el movimiento del tanque

El liquido aporta con masa inercial con las fuerzas laterales pero en

desfase con la masa de las paredes

6.1.3 FORMULACIN DEL MTODO a) Presiones Impulsivas

Para las presiones Impulsivas se considera lo siguiente puntos

Se considera que el fluido est restringido entre membranas rgidas, con

deformaciones mnimas

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Para tanques de almacenamiento cuando se tiene la siguiente relacin h/R

>1.6; significa que el flujo debajo de una profundidad h se considera solidario al tanque como cuerpo rgido

La masa equivalente que se encuentra ubicado a una altura ho, que viene

hacer la altura donde se aplicara la fuerza Impulsiva Mo, debe estar a una

altura por encima del fondo del tanque que viene hacer ho=3/8h

Pero cuando se considera los Momentos debidos a presiones ejercidas en el fondo del tanque, que har que produzca un momento total del tanque,

la masa equivalente del tanque debe estar ubicada a:

Donde R, es el radio del tanque, h, la altura del tanque y M la masa del tanque

b) Presiones Convectivas Se considera que el fluido se mueve en desfase con el movimiento del tanque

Se formul a partir de las ecuaciones de Hamilton

Las ecuaciones de presin convectiva propuestas para el caso de un tanque

cilndrico, son las siguientes:

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H=altura total del liquido en tanque Ho=Altura en el cual esta aplicada la masa Impulsiva R=radio de la base del tanque G=aceleracin gravitacional M=Masa total del liquido contenido Mo=Masa del liquido impulsivo M1=Masa convectiva del lquido W1=Frecuencia de oscilacin de la masa convectiva K=Rigidez requerida para la oscilacin de la masa convectiva

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6.2.-DISEO DE CIMENTACION DE TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Dentro de la actividad industrial y la minera se utilizan elementos de almacenamiento de combustible.

Estos tipos de almacenamiento de combustible son los tanques de acero verticales apoyados en el suelo

y anillos de cimentacin o plateas de cimentacin.

Aplicaremos procedimientos que permitan aplicar las metodologas de diseo extranjeras, considerando las normas peruanas que definen las condiciones ssmicas locales.

En nuestro pas no existe una norma que entregue especificaciones claras con respecto al diseo de

tanques de acero vertical que presenten la realidad de nuestro pas.

6.2.1 CDIGOS APLICABLES PARA EL DISEO

Dentro del anlisis de diseo se tiene que establecer que cdigos o normas se emplearan para el diseo

de la cimentacin y anlisis de fuerzas y cargas de un tanque de almacenamiento, para ello se investig

2 cdigos o normas a estudiar

a) La Norma Neozelandesa b) La Norma API 650

a) La Norma Neozelandesa El anlisis segn el cdigo neozelands SDST NZ Seismic Design of Storage Tanks,

Recommendations of a Study Group of the New Zealand Nacional Society for Earthquake

Engineering es similar al realizado en el API 650 ad03,

fuerza ssmica aplicada en el tanque de almacenamiento, como tambin los factores de la

respuesta horizontal de la aceleracin tanto para la componente convectiva como para la

componente impulsiva

b) La Norma API 650 En los Estados Unidos de Norteamrica y en muchos otros pases del mundo, incluyendo el

nuestro, el diseo y clculo de tanques de almacenamiento, se basa en la publicacin que realiza

el "Instituto Americano del Petrleo", al que esta institucin designa como "STANDAR A.P.I. 650",

para tanques de almacenamiento a presin atmosfrica y "STANDAR A.P.I. 620", para tanques

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de almacenamiento sometidos a presiones internas cercanas a 1 Kg / cm2 (14lb / pu lg2 ). El estndar A.P.I. 650 slo cubre aquellos tanques en los cuales se almacenan fluidos lquidos y

estn construidos de acero con el fondo uniformemente soportado por una cama de arena, grava,

concreto, asfalto, etc, diseados para soportar una presin de operacin atmosfrica o presiones

internas que no excedan el peso del techo por unidad de rea y una temperatura de operacin no

mayor de 93 C (200 F), y que no se usen para servicios de refrigeracin. Este estndar cubre el diseo y clculo de los elementos.

A continuacin, mostramos la tabla 1.1 con los diferentes requerimientos de diversos estndares para la fabricacin de tanques de almacenamiento.

De los dos cdigos explicados se establece la siguiente conclusin:

Si bien la Norma Neozelandesa, establece factores mucho mas internos como es el amortiguamiento

cosa, que la Norma API no la establece para la formulacin y determinacin de la fuerza ssmica,

solo est relacionado con regiones establecidas en Nueva Zelanda, que lo hace restringida para el

huso general de diseo en otras regiones, en cambio la Norma API, en unos acpites nos permiten

utilizar la Norma en otras regiones aparte de la zona Estado Unidense y nos permite establecer

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factores ssmicos peruanos de la Noma E030-Diso ssmico del Reglamento Nacional de

Edificaciones y poder obtener la fuerza ssmica con periodos y frecuencias de nuestra regin

Es por ello para el anlisis de nuestro diseo se trabajar con la Norma API y el cdigo peruano del Reglamento Nacional de Edificaciones la Norma E030-Diseo ssmica

6.2.2 INFORMACION REQUERIDA PARA EL DISEO La informacin necesaria para realizar el diseo de una cimentacin de un tanque de almacenamiento de petrleo.es el siguiente:

o Eleccin de tipo de techo de tanque de almacenamiento o Volumen de almacenamiento o Temperatura o Peso especifico del liquido o Corrosin del liquido permisible o Velocidad del viento o Coeficiente ssmico de la zona

Eleccin del tipo de tanque - Debido que los tanques de techo fijo se utilizan para almacenar lquidos que no son voltiles o de bajo contenido de ligeros (no inflamables) como diesel, asfalto, petrleo crudo y combustible en general, y que este tipo de techo se cre para reducir el riesgo de almacenar productos inflamables

ya que al reducir la columna de fluido se va generando una cmara de aire que facilita la evaporacin

de los gases lo que es altamente peligroso

- Si fuera a almacenar lquidos altamente voltiles no estara adecuado su huso y sera mejor la utilizacin de un techo flotante que disminuye la altura desde el pelo de agua hasta la parte ms alta

de la cubierta del techo y no se generara una masa grande de evaporacin de gases el cual sera

muy perjudicial para el tanque

Es por ello y teniendo en cuenta que el petrleo no es un liquido muy voltil. Se establecer el huso

del techo Fijo

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7.0.- DISEO DE CIMENTACIN 7.1.- INFORMACIN GENERAL - Para el anlisis de la fuerzas ssmicas y de viento utilizaremos la Norma API Standard 650

(ApndiceE). - Para el diseo de la cimentacin utilizaremos :

* Norma Peruana E.060

* ACI 318-05 , Building Code Requirements for Structural Concrete

7.2.- INFORMACIN BSICA PARA EL DISEO Se realizara el diseo de un tanque de combustible , con tapa (inclinada).

A) ESTRUCTURA DEL TANQUE

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Datos :

D = 8.00 m Dimetro Interior

Dp = 8.17m Dimetro de la circunferencia en la que se ubican los pernos de anclaje Hs = 6.85m Altura Total de la pared del tanque

Ht = 7.55m Altura Total del tanque

tb = 9.50m Espesor de Plancha de Base de tanque

ts = 6.00m Espesor de Plancha de Paredes del tanque

tt = 6.00m Espesor de Plancha del Techo del tanque

= 10.00 Angulo de Inclinacin del Techo del tanque Fy = 250Mpa Modulo de fluencia de la plancha base del tanque

Contenido :

El contenido del tanque ser Diesel

G = 0.86 t/m3 Gravedad especfica del Fluido que se almacenar en el Tanque

H = 5.75 m Altura mxima del contenido (justo antes de rebosar)

B) DATOS GEOTCNICOS

Ubicacin : El tanque de combustible se ubica en la ciudad de Ica.

= 12.00 t/m2 Capacidad portante del terreno (valor a verificar en Obra) Df = 1.00 m Profundidad de cimentacin relativo al terreno natural o plataformado

= 1.90 t/m 3 Peso especifico del terreno

= 30.0 Angulo de friccin

C) CIMENTACIN

fc = 210 kg/cm2 Resistencia a la compresin

con = 2.40 t/m3 Peso Unitario Fy = 4200 kg/cm2 Modulo de fluencia del acero (ASTM A615) r min = 5 cm Recubrimiento minimo

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7.3.- ANLISIS SMICO 7.3.1.- PESOS

a) Peso del Tanque Wr = 3.09 t Peso del techo

Ws = 8.11 t Peso de las Paredes

Wf = 3.91 t Peso de la base

Wtk = 15.11 t Peso total del tanque vacio

c) Peso del Contenido del tanque Wp = 248.56 t Peso del contenido del liquido

7.3.2.- DATOS DE CIMENTACIN Para el diseo de la cimentacin, primero planteamos una viga T invertida , verificando presiones y

estabilidad. Si no se cumplir los requerimiento se realizara el planteamiento de una losa de

cimentacin.

a) Geometra de anillo

Esquema N1

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b1 = 0.45 m (Ver esquema) b = 0.60 m (Ver esquema) b2 = 0.60 m (Ver esquema) d = 0.20 m (Ver esquema) B = 1.50 m (Ver esquema) hz = 0.40 m (Ver esquema) h1 = 0.70 m (Ver esquema) h2 = 0.30 m (Ver esquema) hp = 1.00 m (Ver esquema) hg = 0.025 m (Ver esquema) Df = 1.10 m (Ver esquema) -----------------------

Dip = 7.61 m (Ver esquema) Dep = 8.81 m (Ver esquema) Diz = 6.71 m (Ver esquema) Dez = 9.71 m (Ver esquema)

Calculo de reas : Atk = 50.27 m2 rea en planta para D Aip = 45.44 m2 rea en planta para Dip Aep = 60.91 m2 rea en planta para Dep Aiz = 35.32 m2 rea en planta para Diz Aez = 73.99 m2 rea en planta para Dez

b) Calculo de Pesos Peso de Anillo de Cimentacin : Wcon = 74.25 t

Peso de Relleno confinado por el anillo : Wcf = 119.13 t

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7.3.3.- PARMETROS SSMICOS a) Factor de Importancia

SUG = II Para tanques de combustible , Grupo II

II = 1.25 Factor de Importancia

b) Clase de Sitio

SC = D Site Class(*)

(*) Donde las caractersticas del terreno no sean lo suficiente para determinar la clase de sitio , ser asumido Clase D, a menos que se determine la clase del sitio.

c) Factor Sismico de Zona Sp = 0.40 (Z para el RNE . Sp =Z)

Parmetro de aceleracin del terreno para sitios no tratados en el Metodo ASCE. Se Se tiene la

aceleracin mxima de respuesta del terreno Sp, luego se aplicara lo siguiente :

Ss = 1.00 Ss = 2.5 Sp (*) S1 = 0.50 Ss = 1.25 Sp (**) (*)Considerando mximo sismo , el 5% de amortiguamiento, parmetro de la aceleracin de la respuesta espectral en periodos cortos . (0.2sec). (**)Considerando mximo sismo , el 5% de amortiguamiento, parmetro de la aceleracin de la respuesta espectral en un periodo de un segundo.

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d) Coeficientes de Sitio La mxima aceleracin de la respuesta espectral ser modificado por los coeficientes del

sitio Fa y Fv , de las tablas :

Fa = 1.1 Coeficiente de Aceleracin Fa ( tabla E-1 API 650) Fv = 1.5 Coeficiente de Velocidad Fv ( tabla E-2 API 650)

e) Factores de Reduccin Factores de Reduccin de las Fuerzas para el modo impulsivo y convectivo (usando el ASD)

Rwi = 3.5 Factor de Reduccin de Fuerza para el Modo Impulsivo.

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Rwc = 2.0 Factor de Reduccin de Fuerza para el Modo Convectivo.

f) Periodo convectivo Ks = 0.58 Coeficiente, Ks = 0.578 /(tanh (3.68H/D))1/2 Tc = 2.96 seg. Perodo Natural de la Estructura (Tc = 1.8 KsD1/2) TL = 4.00 seg. Perodo de Transicin

Ts = 0.68 seg. Ts = Fv*S1 / Fa*Ss

K = 1.50 seg. Coeficiente para ajustar la aceleracin espectral = 1.5 Q = 1.00 seg. Factor de escala del MCE a nivel de diseo de aceleraciones

espectrales, equivalente a 2 / 3 de ASCE 7 (MCE: maximum considered earthquake).

Ai = 0.393 Coeficiente de Aceleracin de Respuesta (Impusivo) Ac = 0.324 Coeficiente de Aceleracin de Respuesta (Convectivo) Av = 0.262 Coeficiente Vertical de Aceleracin Ssmica (g)

7.3.4.- CARGAS SSMICAS a) CARGAS SSMICAS

Wi = 172.29 t Peso del Liquido efectivo (Impulsivo) Wc = 78.73 t Peso del Liquido efectivo (Convectivo)

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b) MOMENTOS SSMICO

Xi = 2.156m D/H 1.333 , Xi= 0.375H ; D/H 1.33, Xi=(0.5-0.094D/H)*H Xc = 3.861m Xc=1-[(cos(3.67H/D)-1)/(3.67H/D sin(3.67H/D) )]H Xr = 7.20m Altura desde la parte inferior de la base del Tanque al Centro de

Gravedad del Techo

Xs = 3.43m Altura medida desde la base del Tanque al Centro de gravedad del

Tanque

b.1) Momentos en la Base del Tanque (Para verificacin de pernos de anclaje) :

b.2) Momentos en la Base del Tanque (Para el dimensionamiento de la cimentacin) :

7.3.5.- REQUERIMIENTO DE PERNOS DE ANCLAJE

Prueba para el tanque lleno trabajando a mxima capacidad Ge = 0.77 Gravedad especfica del contenido incluyendo efectos ssmicos verticales; Ge=

G*(1 0.4Av).

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7.3.6.- ANLISIS DE ESTABILIDAD A) VERIFICACIN DEL DESLIZAMIENTO ENTRE EL TANQUE Y LA CIMENTACIN

FSdv = 1.20 Factor de seguridad al deslizamiento (tanque vacio) FSdm = 1.50 Factor de seguridad al deslizamiento (tanque lleno) 1 = 0.40 Coeficiente de friccin entre la base del tanque y el relleno confinado

2 = 0.45 Coeficiente de friccin entre la base del anillo de cimentacin y el suelo

de fundacin

B) VERIFICACIN DEL VOLTEO EN LA BASE DEL TANQUE FSvm = 2.00 Factor de seguridad al volteo

La evaluacin del volteo en la base del tanque est contemplado indirectamente en el anlisis de

pernos de anclaje.

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7.4.- ANLISIS DE PRESIONES A NIVEL DE FUNDACIN 7.4.1.- PRESIONES EN EL TERRENO

a) Presiones Usando Fintel

Caso 1: Presin Sobre el Anillo Multiplicada por (1 0.4Av) Caso 2: Presin Sobre el Anillo Multiplicada por (1 + 0.4Av)

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b) Presiones usando Programa Sap. Ks = 2.56 kg/cm3 Coeficiente de Balastro

Se realizo el modelamiento de la Viga de cimentacin en el programa Sap 2000.Se procedi a metrar

todas las cargas estticas que actan sobre la cimentacin y el momento ssmico sobre la fundacin

del tanque.

b.1) Momento Ssmico

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El momento ssmico en la base, se aplico a un modelo frame don el dimetro de la viga , dndole

una rigidez en la cual pueda transmitir el momento ssmico linealmente a lo largo de la viga de

cimentacin.

b.2) Verificacin de Presiones

(Combinacin en Servicio)

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7.5.- DISEO DEL ANILLO DE CIMENTACIN 7.5.1.- DISEO POR FLEXIN DE LA VIGA DE CIMENTACIN

Para el diseo de la viga consideramos la combinacin ultima: 1.25D+S

- Diagrama de Momentos en la Viga

Mu(+) = 11.27 t-m ---> As min= 14.36 cm2 (cuanta mnima)

- Diagrama de Momentos losa de la Viga (M1-1)

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- Diagrama de Momentos losa de la Viga (M2-2)

Momento Longitudinal :

M1-1(+) = 1.76 t-m M1-1(-) = -1.06 t-m Momento transversal :

M1-1(+) = 1.28 t-m M1-1(-) = -1.06 t-m Los momentos actuantes no predominan por lo tanto colocaremos acero mnimo As= 7.2cm2.

7.5.2.- DISEO POR CORTE Y TORSIN Momento torsor mximo y fuerza cortante asociada.

Tu = 608 t-m

Vu = 4690 t

Valor del momento torsor para no considerar los efectos de torsin :

= 0.85 fc = 210 kg/cm2

fy = 4200 kg/cm2

Se puede despreciar los efectos de la torsin si el momento amplificado Tu es menos que :

Tu = 0.27 (f'c)^0.5 (Acp^2/Pcp) = 5897 kg-m

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Observamos que el momento torsor del anlisis no excede el lmite establecido por la norma, por lo

tanto despreciamos los efectos de torsin.

7.5.3.- VERIFICACIN POR TRACCIN = 30 Ka = 0.33

Dimetro = 8.00 m

Presin en el terreno pro el peso del tanque y del contenido =

P / A = 5246 kg/m2

Tu = 8323 kg

rea de Acero por traccin : Ast = 2.20 cm2 ....... 2

8.0. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y LINEAS DE TRABAJO

8.1.- CONCLUSIONES

-El mtodo a emplear para el diseo de una cimentacin de un tanque de almacenamiento es

el mtodo de Housner, debido que l fue el que estableci el comportamiento del Tanque con

liquido en su interior sometido a solicitaciones de carga tanto vertical (carga de gravedad) y Carga horizontal (fuerza ssmica o el viento), donde asocia los movimientos del tanque con dos componentes el convectivo y el impulsivo, estableciendo formulas matemticas para poder

determinar un comportamiento real

-Debido que el petrleo crudo es un elemento no muy voltil y en el caso de una evaporacin

la altura del pelo de lquido con respecto a la parte ms alta de la cubierta es pequea la

presin de los gases es controlable y no ejerce presiones considerables en la pared de tanque -La determinacin de Fuerzas ssmicas se estableci por fuerzas horizontales, en donde

estaba dado por la fuerza la fuerza ssmica,

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Debido que la zona donde se encuentra ubicada el tanque es en la costa del Per

exactamente en la ciudad de pisco donde la velocidad del viento es de 14 KM/H, ocasionando

un momento de volteo inferior al resistente el viento no afecta el comportamiento del tanque y

no genera ningn problema de estabilidad

-Se determino que las fuerzas en la base del tanque de almacenamiento estarn soportados

por, los pernos de anclaje que son repartidos en toda la circunferencia del tanque que absorbern las fuerzas cortantes producidas por el sismo.

8.2.- RECOMENDACIONES

- Para el diseo de una cimentacin de un tanque de petrleo se debe considerar el

aislamiento del terreno, frente a un posible derramamiento de petrleo mediante un sistema

de drenaje con gravas colocando encima de ello un material granular compactado y luego una geomembrana tipo HDPE

-En los diseo de tanques de almacenamiento se debe establecer el diseo de un muro de

contencin para poder soportar las presiones ejercidas por el petrleo en caso de un derrame