UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Escuela Profesional de Ingeniería Civil Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Bach. Ebherlin Bruno Quispe Apaza 4 Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Contenido Capítulo 01: Introducción Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Capítulo 03: Análisis Estructural Capítulo 04: Diseño Estructural en Concreto Armado Capítulo 05: Memoria Descriptiva Reservorio Elevado Conclusiones y Recomendaciones Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Objetivos y alcance Los principales objetivos y alcances de esta tesis son: Realizar el Análisis y Diseño Estructural de un reservorio tipo Intze de 600m3 ubicado en el Área de Ingenierías del Campus Universitario de la Universidad Nacional de San Agustín. Revisar la Normativa Nacional. las Normas y Estándares Internacionales sobre Diseño Sísmico de Reservorios. Brindar los requerimientos mínimos de construcción del reservorio en estudio. Realizar la verificación de los resultados obtenidos mediante el uso de elementos finitos a través del SAP2000. . Como objetivos y alcances secundarios tenemos: Mostrar brevemente las consideraciones principales e investigaciones realizadas sobre el tema. Evitar desastres ambientales que un accidente puede provocar. Reducir costos de reposición en caso de falla. y pueden almacenar sustancias peligrosas (corrosivas o explosivas) Compensar las variaciones de los consumos que se producen durante el día en sistemas de distribución de agua. combustibles.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Importancia de los Reservorios Los Reservorios o Tanques son estructuras especialmente diseñadas y construidas con el propósito de: Almacenar fluidos tales como agua. dada la necesidad de que continúen operando después de un evento sísmico. productos químicos. hace que sea importante el estudio de su comportamiento. eventos sísmicos. Por lo tanto. Almacenamiento de agua durante interrupción por daños a tuberías de aducción o estaciones de bombeo en situaciones de emergencia como incendios. . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Importancia de los Reservorios Reservorios en Sistema de Abastecimiento de Agua . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Importancia de los Reservorios Uno de los reservorios más importantes de nuestro país se encuentra ubicado en la Planta de Licuefacción de Gas Natural. .000 m3 cada uno. que tienen una capacidad de 130. El gas natural llega a la planta desde el lote 56 del yacimiento de Camisea. Una vez convertido en líquido. rumbo a Pampa Melchorita. La planta cuenta con instalaciones de refrigeración y licuefacción que permiten que el gas natural ingrese a los dos tanques de almacenamiento. tras un proceso de purificación y enfriamiento. Cusco. e ingresa al gasoducto de 408 kilómetros de largo a la altura de la zona de Chiquintirca. Pampa Melchorita. donde se reduce el volumen del gas unas 600 veces para convertirlo a su estado líquido. a 170 kilómetros al sur de Lima en un terreno desértico de 521 hectáreas de extensión. el gas natural es embarcado en buques metaneros que atracarán en el muelle de carga. a una temperatura de 163°C bajo cero. en la región de Ayacucho. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Importancia de los Reservorios . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Clasificación de los Reservorios RESERVORIOS MATERIAL GEOMETRÍA ALTURA PROFUNDIDAD CIMENTACIÓN CUBIERTA CONCRETO ARMADO CUBICO ELEVADO RÍGIDA SIN CUBIERTA CONCRETO PRESFORZADO CILINDRICO APOYADO FLEXIBLE NORMAL ACERO ESFERICO ENTERRADO PROFUNDA FLOTANTE INTZE AISLADOR SISMICO . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Clasificación de los Reservorios . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Clasificación de los Reservorios . Tanque de agua colapsado 265m3 Gujarat. India. . India. Gujarat.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y Eventos Sísmicos en el Mundo Reparación de Grietas por flexión en el fuste del tanque elevado 500m3. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y Eventos Sísmicos en el Mundo Incendio en Tanque de Almacenamiento de Petróleo por Sismo. Japón . José de la Torre U.6% Regular 2. San Isidro 350 1. reforzamiento en base Bueno 10 Caserío de Cachiche 20 1.982 En mal estado 11 P.J.982 Regular Regular Regular En mal estado Dañado requiere rehabilitación Req.200 1.000 375 1.966 6 7 Urb.0% COMPORTAMIENTO DE RESERVORIO Bien 23% Regular 27% Mal 50% Elevado con fuste Elevado con vigas y columnas Apoyado Elevado con vigas y columnas Apoyado Evaluación de Reservorios tras el sismo de Pisco 15 de Agosto 2007 (Fuente: J. Angostura Alta 600 1.966 5 Urb.955 100.989 9 Urb. 1.000 1.445 49. Estadio José Picasso P.991 Regular 8.989 2.500 1.HH. San Joaquín Balneario Huacachina Volumen (m3) 350 400 1.9% Bien 2.971 1.994 En mal estado 13 P. Rosa de Lima 500 1.005 1.500 1.971 Elevado con fuste Apoyado Elevado con fuste Apoyado Elevado con vigas y columnas Elevado con fuste Elevado con fuste Ítem Reservorios 1 2 3 4 8 AA. Sta.410 26. Señor de Luren Total en m3 160 1.955 m3 Apoyado Capacidad (m3) Estado % Mal 4.966 1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y Eventos Sísmicos en el Perú Año Estado Actual Tipo Angostura Limón Angostura Limón Urb. Kuroiwa 2012) .5% Total (m3) 8.J.991 Regular 12 Reservorio Central 1. ADICSA 1. rehabilitación Bueno Req.100 23. 500m3. Sismo 15 Agosto 2007 Pisco (J.960 fue el reservorio más afectado tras el sismo quedó fuera de servicio. Kuroiwa 2012) .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y Eventos Sísmicos en el Perú Tanque Elevado Dañado 1. Data de 1. Está fuera de servicio Sismo 15 Agosto 2007 Pisco (J. Kuroiwa 2012) .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y Eventos Sísmicos en el Perú Tanque elevado en la sede central de EMAPICA con daños en extremos de vigas y columnas. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y Eventos Sísmicos en el Perú Reparación de nudos dañados en vigas y columnas de Tanque Elevado Sismo Nazca 12 Noviembre 1.996 (San Bartolomé Et al 1996) . 974 Estado Item Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 RESERVORIOS OPERATIVOS Volumen Reservorio Tipo Sistema (m3) R-20 Apoyado Sabandia 380 R-21 Apoyado Tomilla 1.966 1.200 1.983 Total 85.004 1.260 R-4 Apoyado Tomilla 830 R-5 Apoyado Tomilla 760 R-6 Apoyado Tomilla 850 R-7 Apoyado Tomilla 600 R-8 Apoyado Tomilla 830 R-9 Apoyado Tomilla 10.000 1.976 1.973 1.974 N-24 Apoyado Tomilla 2.997 1.000 N-5 Apoyado Tomilla 1.260 R-2 Apoyado Tomilla 2.992 1.400 R-12 Elevado Tomilla 260 R-13 Apoyado Tomilla 830 R-13 A Apoyado Tomilla 1.964 1.963 1.975 N-15 Apoyado Tomilla 500 1.997 N-43 Apoyado Tomilla 750 1.992 Estado Item Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 RESERVORIOS OPERATIVOS Volumen Reservorio Tipo Sistema Año (m3) N-11 Apoyado Bedoya 750 1.000 1.140 R-16 Apoyado Tom/Bed 890 R-17 Apoyado Tom/Bed 590 R-18 Apoyado Tom/Bed 650 Año 1.990 N-25 A Apoyado Tomilla 750 2.995 N-16 Apoyado Tomilla 1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y Eventos Sísmicos en Arequipa Item 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 RESERVORIOS OPERATIVOS Volumen Reservorio Tipo Sistema (m3) R-1 Apoyado Tomilla 2.986 N-44 Apoyado Tomilla 500 1.976 1.600 2.926 1.962 2.965 1.000 1.006 N-29 Apoyado Tomilla 2.985 1.250 R-22 Apoyado Tomilla 850 R-23 Apoyado Sachaca 173 R-23 A Apoyado Sachaca 600 R-24 Apoyado Tingo 780 R-25 Elevado Tomilla 150 R-26 Elevado Tomilla 500 R-27 Elevado Tomilla 150 R-28 Apoyado Tingo 300 R-29 Apoyado Tomilla 1.992 N-14 Apoyado Tomilla 1.995 N-21 Apoyado Tomilla 3.963 1.500 R-13 B Apoyado Tomilla 200 R-14 Apoyado Tomilla 280 R-15 Apoyado Tomilla 2.975 1.996 N-25 Apoyado Tomilla 750 1.000 R9 A Apoyado Tomilla 10.998 2.001 N-42 Apoyado Tomilla 2.000 N-5 B Apoyado Tomilla 220 N-8 Apoyado Bedoya 750 N-9 Apoyado Bedoya 240 N-10 Apoyado Bedoya 500 Año 1.980 1.983 Detalle de Reservorios en Arequipa (Fuente: Sedapar Plan Estratégico 2013-2017) Estado Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Operativo Inoperativo .980 1.926 2.996 1.994 R-19 Elevado *1.976 1.890 R-11 Apoyado Tomilla 2.984 1.992 N-13 Apoyado Bedoya 500 1.200 R-30 Apoyado Tomilla 1.984 1.992 N-12 Apoyado Bedoya 750 1.500 1.976 1.500 R-3 Apoyado Tomilla 2.000 2.962 *** 1.994 N-49 Apoyado Tomilla 250 1.006 N-27 Apoyado Tomilla 2.926 1.986 1.800 2.003 N-28 Apoyado Tomilla 2.800 2.975 1.000 R-10 Apoyado Bedoya 3.993 2.975 1.998 2.000 N-26 Apoyado Tomilla 1.000 N-3 Apoyado Tomilla 600 N-4 Apoyado Tomilla 1.250 R21 A Apoyado Tomilla 1.995 1.008 1.995 1.200 R-31 Elevado Tomilla 220 R-32 Apoyado Sabandía 1.980 1.001 1.000 1.976 1.964 1.993 1.011 1.260 R-2 A Apoyado Tomilla 2.893 1.996 N-23 Apoyado Tomilla 900 1.000 1. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y Eventos Sísmicos en Arequipa CONSTRUCCIÓN RESERVORIOS AREQUIPA 2014-2010 2010-2005 2005-2000 2000-1995 1995-1990 1990-1985 1985-1980 1980-1975 1975-1970 1970-1965 1965-1960 1960-1955 1955-1950 1950-1945 1945-1940 1940-1935 1935-1930 1930-1925 1925-1920 11 3 4 9 13 3 5 8 7 1 7 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Detalle de Reservorios en Arequipa (Fuente: Sedapar Plan Estratégico 2013-2017) . Arequipa (Fuente INDECI) .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y Eventos Sísmicos en Arequipa Reservorio R2 dañado por Sismos recurrentes y reparado parcialmente Miraflores. Reservorio Elevado R-4. Iquitos y Filtraciones en etapa de operación Reservorio Elevado Hualmay Lima .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y el Inadecuado Diseño y Construcción en el Perú Reparación de Grietas durante el proceso de llenado del tanque. inadecuado mantenimiento reservorios en Arequipa .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y el Inadecuado Diseño y Construcción en Arequipa Mala operación. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 01: Introducción Reservorios y el Inadecuado Diseño y Construcción en Arequipa Mala operación. inadecuado mantenimiento reservorios en Arequipa . 030-2006 en sus distintas versiones ha sido elaborada como respuesta a las lecciones aprendidas de los sismos ocurridos en el Perú .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Revisión de la Normativa Nacional La Norma Peruana de diseño sismo resistente E. 20 REVISION NORMA1970 DESPUES DE SISMO 3 0.30 1 0.0 400 Muertos 29/05/90 San Martín Magnitud = 7. Lamas 25/09/05 Magnitud = 8.CORTANTE BASAL: COEFICIEN TE POR PESO PRIMER REGLAMENTO MUNICIPAL APROBADO POR LA COMISION TECNICA MUNICIPAL DE LIMA SE PROPONE AL MINISTERIO DE FOMENTO Y OBRAS PUBLICAS SE USE A NIVEL NACIONAL PRIMERA NORMA PERUANA DESPUES DEL SISMO 3 0. Pisco Magnitud = 7.25 1 0. Pucallpa 2014 2003 1997 1977 1970 2014 1968 1914 1950 15/08/07 Magnitud = 7.0 1.9 100.7 20 Muertos Nazca 12/11/96 Magnitud = 7.30 2 0.10 .70 1 1.15 / 0.581 Muertos Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Revisión de la Normativa Nacional REVISION NORMA1997 DESPUES DE SISMO 3 0.300 Muertos 01/10/69 Junín 17/10/66 Magnitud = 7.35 2 0.5 10 Muertos San Martin.0 1.1 1.2 252 Muertos 03/10/74 Lima 09/12/70 Magnitud = 7.45 3 0.25 ACTUALIZACION NORMA 2003 4 0.9 519 Muertos Ica.3 228 Muertos Arequipa 21/05/50 Cusco Magnitud = 7.00 1 1.00 REVISION NORMA1977 DESPUES DE SISMO 3 0.15 / 0.10 24/08/11 Magnitud = 7.4 240 Muertos 23/06/01 Arequipa.40 2 0.125 /1.000 Muertos Ancash Magnitud = 7. Atico Magnitud = 7.30 1 0.167 Muertos Piura 31/05/70 Magnitud = 7.0 2 Muertos Ucayali.70 2 1.40 2 0.5 220 Muertos 13/01/60 Lima Magnitud = 7.5 687 Muertos Arequipa 15/01/58 Magnitud = 7. tanques.030 Respecto a los reservorios de almacenamiento de líquidos en el Artículo 2: Alcances. torres de transmisión. fuga de materiales peligrosos. se deberá tomar medidas de prevención contra los desastres que puedan producirse como consecuencia del movimiento sísmico: fuego. puentes.030-2006) . se requieren consideraciones adicionales que complementen las exigencias aplicables de la presente Norma. plantas nucleares y todas aquellas cuyo comportamiento difiera del de las edificaciones. muelles. silos.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Revisión de la Normativa Nacional NORMA DE DISEÑO SISMORRESISTENTE E. Además de lo indicado en esta Norma. estructuras hidráulicas. deslizamiento masivo de tierras u otros”. indica lo siguiente: “Para el caso de estructuras especiales tales como reservorios. (Norma E. 5 .5 .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Revisión de la Normativa Nacional En el Artículo 7: Factor de Amplificación Sísmica. en el siguiente apartado se indican los valores para el factor de Amplificación Sísmica y el periodo para estructuras sometidas a comportamiento hidrodinámico que dependen básicamente de la geometría del tanque (circular o rectangular) y la ubicación del tanque respecto del nivel del suelo (tanque apoyado. Estas ecuaciones no son aplicables para reservorios.2: Periodo Fundamental se presentan las ecuaciones: 2. 2. enterrado o elevado) . cuando se trata de determinar el Factor de Amplificación Sísmica que se interpreta como el factor de amplificación de la respuesta estructural respecto de la aceleración en el suelo y en el Artículo 17. (Norma E. No se aplican a estructuras tipo péndulo invertido”. . por tanto asigna un Factor de uso e Importancia . No es aplicable en azoteas”. correspondiente a Muros Estructurales. En el caso de Reservorios Elevados a partir de esta tabla no se precisa el factor a utilizar. indicando “Estos coeficientes se aplicarán únicamente a estructuras en las que los elementos verticales y horizontales permitan la disipación de la energía manteniendo la estabilidad de la estructura.030-2006) . cuando la masa de un piso es mayor que el 150% de la masa de un piso adyacente. Para reservorios elevados podemos señalar que presenta irregularidad en altura de acuerdo a la Tabla N°4 de la Norma: Irregularidades Estructurales en Altura.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Revisión de la Normativa Nacional En el Artículo 10: Categoría de las Edificaciones indica que los reservorios son Edificaciones Esenciales. (Norma E.030-2006) De acuerdo al Artículo 12: Sistema Estructural en el caso de Reservorios Enterrados y Apoyados es común asignar erróneamente a primera impresión de acuerdo a la Tabla N°6 Sistemas Estructurales un Factor de Reducción de Fuerza Sísmica R=6. donde indica “Irregularidad de Masa: Se considera que existe irregularidad de masa. 3 – 2006 (USA) Reglamento IBC 2012 (USA) ASCE 2010 (USA) Reglamento NZSEE 2008 (NUEVA ZELANDA) Reglamento EUROCÓDIGO 8 – 2004 (EUROPA) Reglamento IITK – GSDMA – 2007 (INDIA) .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Revisión de Normas y Estándares Internacionales Entre las Reglamentos y estándares más importantes sobre el tema tenemos: Estándar ACI 350.3 – 2001 (USA) Estándar ACI 350. La masa líquida en la región superior del tanque se somete a movimiento de chapoteo. la pared del tanque y el líquido se somete a una aceleración horizontal.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Modelo Masa Resorte para el Análisis Sísmico Cuando un tanque que contiene líquido con una superficie libre se somete a un movimiento sísmico horizontal. . El líquido en la región inferior del tanque se comporta como una masa que está conectada rígidamente a la pared del tanque. Esta masa se denomina como la masa convectiva y ejerce la presión hidrodinámica convectiva en la pared del tanque y la base. Esta masa líquida se denomina como la masa impulsiva que acelera junto con la pared e induce la presión hidrodinámica impulsiva en la pared del tanque y del mismo modo en la base. Investigaciones posteriores han demostrado que la diferencia en los parámetros obtenidos a partir de modelos de tanques rígidos y flexibles no es sustancial ( Jaiswal et al. India) recomiendan los parámetros correspondientes a los tanques con pared rígida para todos los tipos de tanques.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Modelo Masa Resorte para el Análisis Sísmico Los parámetros del modelo de masa resorte se derivaron originalmente por Housner (1963) para tanques con paredes rígidas. Los reglamentos Eurocódigo 8 (2004) y IITK – GSDMA (2007. Los modelos masa resorte para los tanques con paredes flexibles son más difíciles de utilizar. Haroun y Housner (1981) y Veletsos (1984) desarrollaron modelos para tanques con paredes flexibles. (2004b)). . Descripción cualitativa de la distribución de la presión hidrodinámica en la pared del tanque y la base .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Modelo Masa Resorte para el Análisis Sísmico Figura 2-02. 375 0.01 0.09375 0.5 ∗ 0.125 0.16 cosh 3.866 0.375 0.68 cosh 3.68 3.16 1 3.5 ∗ Tanque Rectangular ∗ 1 0.75 0.75 0.33 .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Modelo Masa Resorte para el Análisis Sísmico Tanque Circular tanh 0.16 3.68 3.68 2 3.68 0.866 tanh 3.833 tanh 3.75 1.866 0.16 3.33 3.866 0.866 0.09375 0.23 0.68 ∗ 0.75 1.16 2.45 1 ∗ 1 0.866 0.16 3.16 cosh 3.866 2 ∗ 0.68 0.33 1.01 3.264 2.68 cosh 3.16 0.836 0.125 0.45 1 1 3.866 tanh 0.33 1. 866 Rectangular 1.125 4 3 1.4165 3.866 0.866 Tanque Presión Lateral en la Pared Circular 1 0.732 0.866 0.162 .866 1 0.866 0.25 4 3 3.866 1 0.5625 Presión Vertical en la Base 1 3 cosh 3.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Modelo Masa Resorte para el Análisis Sísmico Tanque Presión Hidrodinámica Presión Lateral en la Pared Circular Presión Vertical en la Base 1.732 0.674 1.674 cosh 3.162 3.162 3.674 Rectangular 0. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Modelo Idealizado para Tanque Elevado Se muestran los modelos idealizados para distintos tipos de reservorios. . Un enfoque simple pero aproximado para obtener el período de modo impulsivo y amortiguación del sistema de tanque-suelo es proporcionado por Veletsos (1984). El aumento en la amortiguación se debe principalmente al efecto de amortiguación radial del medio de transmisión del suelo. se alarga el período del modo impulsivo y en . Las rigideces de y para cimentaciones circulares rígidas soportadas por un suelo homogéneo se pueden obtener a partir de las ecuaciones dadas en el FEMA: . la flexibilidad del suelo puede afectar el período modo del impulsivo. Estos se adjuntan al punto central de la base circular rígida. De manera referencial citamos de la Figura 2-09. la flexibilidad del suelo no afecta el periodo del modo convectivo. aumenta la amortiguación total del sistema. La interacción suelo estructura tiene dos efectos: .primer lugar. el efecto de la flexibilidad del suelo puede considerarse al evaluar el período.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Interacción Suelo estructura Para los tanques que descansan sobre suelo blando. los valores de y representan la rigidez traslacional equivalente y la rigidez rotacional de la cimentación que se puede modelar con resortes lineales y rotacionales.segundo lugar. (1986). Este sencillo enfoque ha sido utilizado en el Eurocódigo 8 (2004) (ver Figura 2-09) y Priestley et al. En general. Sin embargo. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Interacción Suelo estructura 8 2 . 8 3 1 Donde Radio de la cimentación Módulo de corte del medio Módulo de Poisson y son coeficientes adimensionales que dependen del periodo de excitación. . dimensión de la cimentación y las propiedades del suelo homogéneo y se obtienen del FEMA. . Del mismo modo. ∗ y ) están disponibles sólo para tanques circulares y rectangulares. Los parámetros de los modelos masa resorte (es decir. el Eurocódigo 8 (2004) ha sugerido también la aproximación al tanque circular equivalente. Joshi (2000) con ayuda del método del elemento finito ha demostrado que esta aproximación da resultados satisfactorios para los tanques Intze . realiza una disposición geométrica de los elementos estructurales procurando que todos los elementos trabajen a compresión. Sanjay P. . . el valor de / deberá corresponder a la de un tanque circular equivalente del mismo volumen y diámetro los parámetros se miden desde la parte superior del nivel del líquido. Para tanques de otras formas. para los tanques de forma cónica truncada.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Tanque Elevado Intze La forma del reservorio tipo Intze. ∗ . en honor al ingeniero hidráulico alemán Otto Intze. esto permite optimizar la capacidad de almacenamiento y espesores de los elementos. . Sobre este tema se han realizado diferentes investigaciones. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Tanque Elevado Intze . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Tanque Elevado Intze . 750 Tabla 2-02. para un intervalo de periodos pertenecientes al modo convectivo se utilizará un factor de escala. de modo que para fines de diseño se considera un solo espectro de aceleraciones.5% del amortiguamiento crítico y el Amortiguamiento en el modo impulsivo se tomarán como 2% del amortiguamiento crítico para tanques de acero y 5% del amortiguamiento crítico para tanques de concreto.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Amortiguamiento y Fracción del Amortiguamiento Crítico El Amortiguamiento en el modo convectivo para todos los tipos de líquidos y para todos los tipos de tanques. La mayoría de códigos considera un 5% del amortiguamiento crítico para la elaboración del espectro de aceleraciones. No se puede interpolar linealmente los valores de los factores de multiplicación porque los valores de aceleración espectral varían como una función logarítmica de amortiguamiento (Newmark y Hall. Factor de Escalamiento por amortiguamiento. 1982).5%. . se considera 0.3 (2006) y FEMA 368 Eurocódigo 8 (2004) IITK – GSDMA (2007) India Factor Escalamiento β 1. por otro lado la fracción de amortiguamiento en modo convectivo es 0. Estándar/Reglamento ACI 350.675 1.500 1. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Amortiguamiento y Fracción del Amortiguamiento Crítico . Por lo tanto. factores de zona. clase de sitio.2 y 1. los códigos de construcción actuales utilizan parámetros de diseño sísmicas con valores que varían de forma continua a través de un área geográfica. El Código Internacional de Construcción (IBC 2000 y ediciones posteriores) derivan fuerzas sísmicas de diseño a partir de dos parámetros de movimiento de tierra ( y ). proporcionando los parámetros y (aceleraciones espectrales para en 0. y el período de transición a largo plazo ( ). Actualmente ninguna de las herramientas de diseño sísmico en el sitio web del USGS identifica zonas sísmicas. El USGS (United States Geological Survey’s) y el FEMA (Federal Emergency Management Agency) a través de su website proporciona valores de diseño sísmico para cualquier posicionamiento mundial ingresando valores de latitud y longitud.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Coeficiente de Diseño Sísmico Horizontal En los Estándares de diseño sísmico de los Estados Unidos ya no se utilizan las zonas sísmicas. a diferencia de las zonas con límites geográficos distintos. El Código Uniforme de Construcción (UBC 1997 y ediciones anteriores) deriva fuerzas de diseño sísmico de las zonas sísmicas.0 segundo) para su uso con el IBC-2013 (International Building Code) . Coeficiente de diseño sísmico horizontal. El se puede obtener mediante la siguiente expresión.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Coeficiente de Diseño Sísmico Horizontal Otros países como el nuestro prefieren utilizar en su reglamento una Zonificación Sísmica. . Donde Factor de Zona Factor de Uso e Importancia Factor de Suelo Coeficiente de Amplificación Sísmica Factor de Reducción de respuesta sísmica Los subíndices corresponden al modo impulsivo (i) y modo convectivo (c) . 5 2. Coeficiente Amplificación Sísmica Modo Impulsivo ( ) Modo Convectivo ( ) 2. El ACI 350.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Coeficiente de Amplificación Sísmica ( ) Este coeficiente se interpreta como el factor de amplificación de la respuesta estructural respecto de la aceleración en el suelo.4 segundos.3 (2006) indica que el comportamiento hidrodinámico del tanque ocurre en cuando el periodo es mayor a 2. los valores para el coeficiente impulsivo y convectivo se muestran en la Tabla 2-03.5 Tabla 2-03. Coeficiente de Amplificación Sísmica . los tanques que contienen líquidos poseen baja sobre resistencia. Por otra parte. Esta reducción depende de la Sobrerresistencia. Todos los códigos internacionales que especifican los valores mucho más bajos de para los tanques comparado con la de los edificios. los tanques de tierra y tanques elevados con soporte cilíndrico tienen comparativamente baja redundancia. . las fuerzas sísmicas reales se reducen por un factor para obtener fuerzas de diseño. debido a la presencia de elementos no estructurales como muros de albañilería. el valor de para tanques tiene que ser inferior a la de edificios. tales componentes no estructurales no están presentes. la Redundancia y la Ductilidad de la estructura (ver Figura 2-11). En los edificios.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Factor de Reducción de Respuesta ( ) El Factor de Reducción de Respuesta ( ). Por lo tanto. En general. los componentes no estructurales contribuyen sustancialmente a la sobrerresistencia. en tanques. la capacidad de absorción de energía de los edificios es mucho más alta que la de los tanques. representa la proporción de la fuerza sísmica máxima sobre una estructura durante un evento sísmico específico si fuera a permanecer elástica a la fuerza sísmica de diseño. Los edificios con estructuras de tipo pórtico tienen una alta redundancia. En base a estas consideraciones. redundancia y ductilidad en comparación con los edificios. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Factor de Reducción de Respuesta ( ) . Tipo de estructura Edificios aporticados con reforzamiento especial de concreto armado Edificios aporticados con reforzamiento intermedio de concreto armado Edificios aporticados con reforzamiento ordinario de concreto armado Edificios aporticados de acero con reforzamiento especial Tanques elevados soportados por pedestal de vigas y columnas Tanques elevados por pedestal tipo fuste Tanques soportados en torres estructurales similares a los edificios Planta inferior plana apoyada tanques de acero anclados Planta inferior plana apoyada tanques de acero no anclados Tanques de concreto armado o pretensado con base flexible anclada Tanques de concreto armado o pretensado con base no corrediza reforzada Tanques de concreto armado o pretensado con base flexible y no anclados no restringida Tabla 2-04.0 8. las vigas y columnas arriostrados). Valores de Factor de Reducción de Respuesta (R) utilizado en el IBC (2012) R 8.0 5.0 1.5. también se puede señalar que el valor de para tanques varía desde 3.0 3.0. el valor de es 3.0 2. mientras que.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Factor de Reducción de Respuesta ( ) Como un ejemplo.0 3.0 2.0. Se ve que para un edificio con momento resistente para pórticos el valor de R es 8.0 2.0 hasta 1.0 3. para un tanque elevado con pedestal tipo pórtico (es decir.5 .5 3.0 3. valores de utilizados en IBC (2012) se muestran en la Tabla 2-04. Además. posteriormente en el ACI 350. Tabla 2-05.25 1 Tanques monolíticos o empotrados a la base 2.75 4 1 2 3 1 Tanques no anclados.3 (2001) ACI 350.3 (2001) recomienda por ejemplo: un factor de reducción de respuesta 4. Para tanques parcialmente enterrados.3 (2006) modifica el valor a R=2.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Factor de Reducción de Respuesta ( ) Por otro lado el estándar ACI 350. ACI 350.3 (2001) y ACI 350. Valores de Factor de Reducción de Respuesta (R) utilizados en el ACI 350.75 1 1.25 y para reservorios elevados en el ACI 350.5 para reservorios apoyados.5 2 1 Reservorios Elevados 3 1 2 1 * Un tanque enterrado se define como un tanque cuya superficie máxima en reposo se encuentra por debajo puede ser linealmente interpolado del nivel del suelo. llenos o vacíos ** 2 2.25 3. ver Tabla 2-05.3 (2006) Tipo de Estructura Sobre terreno Enterrado * Sobre terreno Enterrado * Tanques con base flexible y anclados a ella 4. ** Los tanques de este tipo no deben construirse en lugares altamente sísmicos. el valor de entre los valores indicados para los tanques sobre el terreno y los enterrados. posteriormente en el ACI 350.5 4.3 (2006) modifica el valor a 3.3 (2001) se recomienda un factor de reducción de respuesta 3.5 1 3.3 (2006) . AWWA D-103 y D115 AWWA. el ACI 350. El valor de para el componente convectivo todavía se está debatiendo por los investigadores y suele utilizarse para simplicidad de análisis el mismo valor de para el componente impulsivo y convectivo.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Factor de Reducción 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.3 (2006) y Eurocódigo 8 (2004) sugieren valor de 1 para modo convectivo. mientras que. Cabe señalar que entre los diversos códigos internacionales como el AWWA D-100. IITK – GSDMA (2007) India usan el mismo valor de para los modos impulsivo y convectivo. . (2004). En este estudio se presenta una revisión exhaustiva de los factores de reducción de respuesta utilizadas en diversos códigos internacionales. 8 b) Marco conforme al detalle dúctil. es decir. el momento ordinaria resistir marco (OMRF) 1.5 1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Factor de Reducción de Respuesta ( ) Tipo de Tanque Tanque Elevado R Tanque soportado por fuste de albañilería a) Fuste de albañilería reforzada con bandas horizontales 1.5 2.0 2. empotrada b) Base flexible sin anclar c) Base sin anclar en tanque con y sin contenido Tanque de acero a) Base sin anclar b) Base anclada Tanque de concreto armado y acero enterrados 2.3 1. el momento especial de marco resistente (SMRF) Tanque soportado por pórtico de acero Tanque apoyado en tierra Tanque de albañilería a) Muro de ladrillo con reforzamiento horizontal b) Muro de ladrillo con reforzamiento y confinamiento horizontal y vertical Tanque de concreto armado y presforzado a) Base anclada.3 b) tallo albañilería 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. es decir.0 .0 2.5 4.8 Tanque soportado por pórtico de concreto armado a) Pórticos no conformados por detalle dúctil.5 1.5 2.5 2. Espectro de aceleraciones para comportamiento hidrodinámico de reservorios .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capítulo 02: Investigaciones y Normativa Existente Adaptación de Normas y Estándares a Nuestro País Factor de Reducción de Respuesta ( ) Figura 2-12. 50 Asumida 660.00 1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Predimensionamiento Predimensionamiento / 8.00 12.50 / 5.56 8.70 .00 1.67 / 1.33 1.41 5.00 Calculada 600.00 Dimensión / 2.00 12.60 8.35 1.50 5. debe cumplirse la condición de equilibrio: . de manera que sobre él solo actuaran fuerzas verticales. mientras que el peso de la parte cónica en el voladizo somete al anillo a compresiones y estas fuerzas llegan a equilibrarse sobre el anillo inferior.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Predimensionamiento Compensación de Volúmenes El empuje de la cúpula esférica tiende a abrir el anillo intermedio. 60 0.02 2. Viga Anillo Interm.35 1.42 1.40 / 3 29 9.20 .78 2.17 0.60 0.42 8. Metrado de Cargas del Reservorio .30 21.35 0.60 8 1.40 / 3 47 2 7.69 26.20 12.30 2.40 / 3 440 2 3. Descripción Domo Superior Viga Anillo Superior Pared Cilíndrica Ext.95 2.20 4.18 1.99 2.115 2.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Estatico Análisis Estático .30 .40 0. 8.25 4.65 7.80 2.45 0.65 0.60 0.40 / 3 31 4 1.00 / 3 606 Tabla 3-03. Domo Inferior Fondo Troncónico Viga Anillo Inferior Fuste Agua Peso 4 1.65 8.40 / 3 15 12.35 0.40 / 3 12 12.60 0.40 / 3 59 8.10 0.40 0.60 13.60 12. Pared Cilíndrica Int. 12.60 1.40 / 3 97 1.40 2.40 / 3 37 2 13.60 12.Metrado de Cargas En la Tabla 3-03 se realiza el metrado de los elementos estructurales del reservorio elevado de acuerdo al predimensionamiento anteriormente realizado.45 2.65 8 1.42 0.38 11.45 0.85 0. 3.89 6.40 0.52 1.153 327 .47 2.Centro de Gravedad En la Tabla 3-04 se realiza el cálculo del Centro de Gravedad CG del Tanque respecto de la base de la viga anillo inferior.153 .75 4.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Estatico Análisis Estático .98 4.48 37 15 97 12 31 47 59 29 327 Tabla 3-04. así tenemos: Descripción Domo Superior Viga Anillo Superior Pared Cilíndrica Exterior Pared Cilíndrica Interior Viga Anillo Intermedio Domo Inferior Fondo Troncónico Viga Anillo Inferior Total W y 7.53 Wy 292 105 461 54 73 71 83 14 1. Calculo del CG de la Tanque Elevado Luego tenemos que el CG viene dado por 1.34 1. 34 1. Calculo del CG de la Tanque Elevado Luego tenemos que el CG viene dado por 1. 3.47 2.89 6.53 Wy 292 105 461 54 73 71 83 14 1.48 37 15 97 12 31 47 59 29 327 Tabla 3-04.52 1.98 4.153 327 .Centro de Gravedad En la Tabla 3-04 se realiza el cálculo del Centro de Gravedad CG del Tanque respecto de la base de la viga anillo inferior.153 .75 4. así tenemos: Descripción Domo Superior Viga Anillo Superior Pared Cilíndrica Exterior Pared Cilíndrica Interior Viga Anillo Intermedio Domo Inferior Fondo Troncónico Viga Anillo Inferior Total W y 7.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Estatico Análisis Estático .40 0. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Estatico Análisis Estático – Reservorio Equivalente 600 3 y un diámetro interior Calculamos el tanque cilíndrico equivalente y tenemos que para un volumen 12.60 y obtenemos la altura equivalente 2 Para 4.81 , 12.60 y 4 4 600 3 12.60 2 600 tenemos, 0.382 → 4.81 2.620 Masa impulsiva tanh 0.866 0.866 0.431 → 0.375 → ∗ 0.866 2 0.866 0.125 259 1.80 1.034 → ∗ 4.97 Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Estatico Análisis Estático – Reservorio Equivalente Masa convectiva 0.23 1 ∗ 1 tanh 3.68 0.534 → cosh 3.68 3.68 1 3.68 cosh 3.68 3.68 2.01 3.68 320 0.569 → 0.944 → 2.74 ∗ 4.54 Rigidez del resorte masa convectiva 0.836 2 3.68 82 / Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Estatico Rigidez Lateral del Soporte Consideramos al fuste como un péndulo invertido con una altura de 21.40 medida desde la parte superior de la cimentación hasta el fondo del tanque del reservorio, es decir la viga de anillo inferior del tanque, del análisis estructural sabemos que la rigidez lateral s viene dada por la siguiente expresión. 3 s 3 Donde: : : 15,000 ′ 15,000 280 9.40 4 8.80 2 / 4 88.87 64 Entonces tenemos, s 68,285 2,509,980 / 4 / 2 68tanh 3.81 / .68 Reemplazando tenemos 2 320 82 9.60 3.68 4.48 9.81 12. 2 2 259 68.68tanh 3. 2 .97 12.81 2/ 0.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Estatico Periodo modo impulsivo Calculamos el periodo para el modo impulsivo con.94 .60 3. 2 2 3. 3.81 3.48 2 3.23 Periodo modo convectivo Se puede calcular el periodo del modo convectivo con cualquiera de las siguientes expresiones: 2 .285 620 / 9. 41 1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Estatico Coeficiente de Diseño Sísmico Horizontal Modo Impulsivo 0.20 → 0.40 1.20.60 . 1.57 1.27 corresponde al modo impulsivo tenemos un amortiguamiento de 5%.97 corresponde al modo impulsivo tenemos un amortiguamiento de 5%.00 Coeficiente de Diseño Sísmico Horizontal Modo Convectivo 2.40 1.50 2.5 así tenemos 0. 2. 0.00 . 1. 1.5 0.50 1. Para 0. 1.20 → 0.5 0.20.5% es necesario multiplicar por 1. 0. 0.90 2.50.50.40.27 0. 1.40.97 3. para escalar a un Para amortiguamiento de 0.00.00. 3.38 1.57 0.50 0.60 . 191 .42 320 131 Cortante Total en la Base 791 2 2 2 131 2 802 Podemos apreciar que el córtate sísmico en la base es cerca del 66% de la fuerza sísmica total 1.90 259 620 791 Cortante en la Base Modo Convectivo Calculamos la fuerza cortante con la siguiente expresión: 0.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Estatico Cortante en la Base Modo Impulsivo Calculamos la fuerza cortante con la siguiente expresión: 0. 90 259 4.394 2 .40 20.40 3.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Estatico Momento de Volteo en Modo Impulsivo El momento de volteo en Modo Impulsivo viene dado por ∗ ∗ ∗ 0.54 21.394 Momento de Volteo Total en la Base El momento total se obtiene combinando el momento en el modo impulsivo y convectivo a través de la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados (SRSS) y se da de la siguiente manera ∗ ∗ 19.53 Momento de Volteo en Modo Convectivo El momento de volteo en Modo Convectivo viene dado por ∗ ∗ ∗ 0.42 320 4.348 ∗2 3.40 ∗ 3.405 ∗ ∗2 2 20.97 21.063 ∗ 620 21. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Dinámico Análisis Dinámico Tiempo Historia (ADTH) Realizamos el Análisis Dinámico Tiempo Historia con un modelo de un grado de libertad 1GDL.030-2003. el primero es el sismo del 03 de Octubre de 1974 y el segundo es el sismo del 17 de Octubre de 1966 ambos registrados muy cerca a la ciudad de Lima. tal como se muestra en la Figura 3-09 con dos de los registros sísmicos con los cuales se ha elaborado el espectro de la norma E. . 354 24.00 300.41 0.38523m/s2 Mínimo tonf‐s2/m tonf/m s rad/s HISTORIA DE CARGA ‐ SISMO 17/10/66 400.25841m/s 5.44899m/s2 rad/s ‐0.20856m/s ‐4.285 1.01254m ‐0.00 ‐400.93 10 250.12 248.36 68285.06 857 721 721 17.00 200.00 Mínimo 1.43 0.18417m/s 4.73 0.00 0.00 2.00 ‐200.05 291.01056m ‐0.73 0.00 1.00 t (s) 24.05 278922.27 23.06 200.31 0. 68.57 = = Ü0 = t = K' = a = b = T/tr = 1/2 1/4 0.00 150.00 t (s) Registro Sísmico 03/10/74.00 50.00 250.93 857 21.36 68285.57807m/s2 tonf‐s2/m tonf/m s rad/s tonf‐s/m m m/s tonf METODO DE NEWMARK ‐ ACELERACIÓN PROMEDIO SISMO 17/10/66 Máximo M = K = T = = ξ = c = U0 = Ů0 = P0 = tr = 124.04 393763.00 0.00 0.00 0.29683m/s ‐6.00 0.00 100.13 s 0.00 50.971 150.00 0.05 291.00 0.57 m/s2 s tonf/m tonf‐s/m tonf‐s2/m tonf‐s/m m m/s tonf s = = Ü0 = t = K' = a = b = T/tr = 1/2 1/4 0.27 23.00 100.00 0.285 1.20 13019.00 10 1.47 10531.00 0.31 0.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Dinámico Análisis Dinámico Tiempo Historia (ADTH) METODO DE NEWMARK ‐ ACELERACIÓN PROMEDIO SISMO 03/10/74 M = K = T = = ξ = c = U0 = Ů0 = P0 = tr = 124.00 300 200 100 0 ‐100 ‐200 ‐300 Pi (tonf) Pi (tonf) HISTORIA DE CARGA ‐ SISMO 03/10/74 m/s2 s tonf/m tonf‐s/m tonf‐s2/m 200.88284m/s2 Máximo rad/s ‐0.00 .00 2.43 0.00939m 0.41 0. 68.86 248.25 Registro Sísmico 17/10/66.06 1.01214m 0.13 0. 00 250.0 0.00 300.0 Ů (cm/s) Ů (cm/s) 200.00 150.0 0.00 0.00 250.00 200.0 10.00 t (s) t (s) ACELERACIÓN ‐ SISMO 17/10/66 ACELERACIÓN‐03/10/74 1000.50 0.0 ‐1000.0 600.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Dinámico Análisis Dinámico Tiempo Historia (ADTH) DESPLAZAMIENTO ‐ SISMO 17/10/66 1.50 1.00 150.0 20.00 1.00 t (s) 200.0 0.00 200.00 100.50 0.00 0.0 ‐20.0 500.50 ‐1.50 ‐1.00 150.00 150.00 ‐1.00 50.0 30.00 t (s) 250.00 0.00 0.00 t (s) .00 250.0 ‐600.0 0.00 50.00 50.00 0.00 50.0 ‐40.00 200.00 100.0 ‐20.0 Ü (cm/s2) 400.50 U (cm) U (cm) DESPLAZAMIENTO ‐SISMO 03/10/74 1.0 ‐400.50 ‐1.0 ‐30.00 100.00 ‐0.00 100.00 150.0 ‐10.0 ‐500.00 t (s) 200.00 40.0 ‐200.00 300.00 250.00 100.00 50.50 0.00 250.00 200.00 VELOCIDAD ‐ SISMO 17/10/66 VELOCIDAD ‐ SISMO 03/10/74 20.0 0.0 Ü (cm/s2) 150.00 100.0 0.00 300.00 50.00 ‐0. Julio Rivera Feijoo en la década en 1990 .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Dinámico Modelo de Varios Grados de Libertad Uno de los modelos más utilizados en nuestro medio fue planteado por el Ing. 4 3 3.5 Espectro de Aceleraciones 10 8 SA( t ) 6 4 2 0 0 0.02 k5 57277.6 1.5t p t 2.4 6 .41 m3 9.41 m4 9.28 h 5 4.5 2.5 SD( t ) 1 0.41 m2 9.02 k2 57277.4 Rw 1 otherwise 2.5t p t if 2.28 h 2 4.8 5.8 2.20 g 9.41 m1 9.20 g 9.5 otherwise Z U S C g 2 Rw t 2 2.2 4.47 m6 23.02 k4 57277.4 h 6 2.02 k1 57277.65 k8 3064750.2 1.4 1 otherwise C 2.8 5.6 4.21 SA ( t ) Z 0.5 0 0 0.28 h 1 2.5t p t 2.50 S 1.81 h 9 25.50 S 1.45 k6 3064750.85 SD( t ) U 1.28 h 4 4.5t p C t if 2.5 otherwise Z U S C g Rw Z 0.60 Rw 2 if t 2.85 m5 9.2 4.81 t p 0.81 t p 0.4 6 t Espectro de Desplazamientos 2 1.6 1.40 h 8 3.4 3 t 3.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Dinámico Modelo de Varios Grados de Libertad ANALISIS MODAL VARIOS GRADOS DE LIBERTAD Datos m8 1.8 2.40 U 1.60 2 if t 2.4 ANALISIS MODAL ESPECTRAL Espectro de aceleraciones m7 39.02 k3 57277.56 k7 3064750.4 k9 81.6 4.2 1.06 m9 27.28 h 3 4.4 h 7 3. 28 h 2 4.65 k8 3064750.4 Matriz de Rigidez (tonf/m) h 8 3.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Dinámico Modelo de Varios Grados de Libertad ANALISIS MODAL VARIOS GRADOS DE LIBERTAD Datos m8 1.85 0 0 0 0 0 k1 k2 k2 0 0 0 0 k2 k2 k3 k3 0 0 0 k3 k4 k4 k3 0 0 0 0 k4 k5 k5 k4 0 K 0 0 k5 k6 k6 k5 0 0 k6 k7 k7 k6 0 0 0 0 0 k7 k8 k7 0 0 0 0 0 k8 0 0 0 0 0 114554.28 3122027.06 m7 39.56 57277.4 0 0 0 0 0 3064750.47 m6 23.28 114554.21 m9 27.28 57277.02 k5 57277.28 114554 0 0 57277 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 k8 0 0 k8 0 0 0 0 0 0 0 114554.45 k6 3064750.02 k4 57277.28 h 3 4.56 k7 3064750.02 k3 57277.28 h 1 2.02 k2 57277.28 0 0 K 0 0 57277.41 m3 9.4 k9 81.41 m1 9.4 6129500.4 0 0 0 0 3064750.28 h 5 4.68 3064750.02 k1 57277.4 0 0 0 0 3064750.4 3064750.4 h 7 3.8 3064750.41 m2 9.28 0 0 0 0 0 0 0 0 0 57277.56 57277.4 6129500.8 3064750.28 114554.28 h 4 4.85 m5 9.4 0 0 0 0 0 0 .56 57277 0 57277.4 h 6 2.56 57277.28 114554.56 57277.41 m4 9.81 h 9 25.28 0 0 0 0 57277. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Dinámico SAP2000 Modelo Tridimensional con Elementos Finitos en SAP2000 . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Dinámico SAP2000 Modelo Tridimensional con Elementos Finitos en SAP2000 . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Dinámico SAP2000 Modelo Tridimensional con Elementos Finitos en SAP2000 . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Dinámico SAP2000 Modelo Tridimensional con Elementos Finitos en SAP2000 . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Análisis Dinámico SAP2000 Modelo Tridimensional con Elementos Finitos en SAP2000 . 000 0 Tipo de Modelo .000 802 25.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 03: Análisis Estructural Comparativo Comparación de Resultados Análisis Global CORTANTE BASAL 968 1.000 15.IITK‐GSDMA.173 21.200 MOMENTO DE VOLTEO 22.000 1.354 20.Eurocodigo Analisis Dinamico Modal de Un Grado de Libertad Analisis Dinamico Modal Varios Grados de Liertad Analisis Dinamico Tiempo Historia 1GDL Analisis Dinamico Elementos finitos SAP2000 20.348 Analisis Estatico Norma ACI.709 20.000 5.043 857 895 800 600 400 200 0 Tipo de Modelo Momento de Voleto (kgf‐m) Fuerza Cortante Basal (kgf) 1.000 10.186 22. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Criterios Generales Normas de Referencia Para el diseño estructural en concreto armado hacemos referencia a la Norma Peruana y a los estándares del American Concrete Institute sobre el tema estos son, Norma de Diseño en Concreto Armado E.060 ACI 350-06, Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures (Publicación 2006) ACI 371-08, Guide for the Analysis, Design, and Construction of Concrete Pedestal Water Towers (Publicación 2008) ACI 307-08, Design and Construction of Reinforced Concrete Chimneys (Publicación 2008) ACI 350.3-06, Seismic Design of Liquid - Containing Concrete Structures and Comentary (Publicación 2006) Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Criterios Generales Calidad del Concreto El ACI 350-06 (en la tabla 4.2.2, ACI 350-06) recomienda una máxima relación agua cemento y una resistencia a la compresión mínima según la condición de exposición a la que estará sometida la estructura, para nuestro reservorio ubicado en el campus universitario es adecuada una relación agua/cemento de 0.45 y un ’ 280 / ver Tabla 4-01. Condición de Exposición Concreto que se pretende tenga baja permeabilidad en exposición al agua, aguas residuales y gases corrosivos Concreto expuesto al congelamiento y deshielo en condición humedad o a productos químicos descongelantes Para proteger el refuerzo en el concreto de la corrosión cuando está expuesto a cloruros de sales descongelantes, sal, agua salobre o salpicaduras del mismo origen Máxima relación agua/cemento Resistencia a la compresión f'c (kg/cm2) 0.45 280 0.42 315 0.40 350 Tabla 4-01, Requisitos para condiciones de exposición especiales (Adaptado de la Tabla 4.2.2, ACI 350-06) Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Criterios Generales Determinación límites de exposición En el ACI 350-06, para la retención de líquidos, la exposición ambiental normal se define como la exposición a líquidos con un pH superior a 5, o la exposición a soluciones de sulfato menor a 1000. Una exposición ambiental severa excede estos límites. Espesores mínimos Para un adecuado comportamiento el ACI 350-06 recomienda: Espesor mínimo de muros 15cm o 20cm (para conseguir por lo menos 5cm de recubrimiento) Muros con altura mayor a 3.00m utilizar un espesor de pared de 30cm como mínimo. Separación máxima del refuerzo 30cm, utilizar como mínimo varilla de ∅1/2“ Recubrimientos mínimos Se define como recubrimiento mínimo al espesor de concreto de protección para el acero de refuerzo, el ACI 350-06 (en la tabla 7.7.1, ACI 350-06) recomienda para concreto no presforzado los recubrimientos mínimos descritos en la Tabla 4-02. agua. intemperie y/o aguas servidas vaciadas contra encofrado: Tanques circulares. ACI 350-06) .7. 5.00 Tabla 4-02.Superficies de concreto en contacto con el terreno. Recubrimientos mínimos de concreto para el refuerzo (Adaptado de la tabla 7.00 Varillas #14 a #18 4.1.00 ZAPATAS Y PLATEAS . 7.50 .Parte superior de zapatas y zapatas sobre pilotes.En la superficie y en el fondo de losas de concreto vaciadas contra encofrado.Superficies de concreto en contacto con el terreno.00 Otros.Para condiciones secas: Varillas #11 y menores 2.00 Varillas #6 a #18 5. agua.00 .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Criterios Generales Recubrimientos mínimos Condiciones Recubrimiento mínimo (cm) LOSAS .00 Varillas #14 a #18 4. 5. 5.Superficies de concreto vaciadas contra terreno y en contacto con él. intemperie y/o aguas servidas vaciadas contra encofrado.00 MUROS .00 . y concreto en elementos apoyados sobre losas de cimentación o que soportan terreno: Varillas #5 y menores 4.00 . 5.Para condiciones secas: Varillas #11 y menores 2. 003 0. ACI 350-06) nos indica una cuantía mínima de refuerzo por contracción y temperatura. Cuantías mínimas de acero de refuerzo por contracción y temperatura (Adaptado de la tabla 7.1 ACI 350-06) . Nota: Esta tabla se aplica a la distancia entre las juntas de dilatación y/o de contracción totales.2.003 0.005* *Máxima cuantía de refuerzo por contracción y temperatura cuando no se tengan juntas.50 Tabla 4-03.006* 0.003 0.004 0.1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Criterios Generales Refuerzo mínimo por contracción y temperatura El ACI 350-06 (en la tabla 7.12. Cuando se utiliza juntas de contracción parcial.005 0.12.2. para nuestro reservorio la cuantía mínima adoptada es 0.004 de acuerdo a la Tabla 4-03 Longitud entre juntas (m) Menos de 6 Entre 6 y 9 Entre 9 y 12 Más de 12 Cuantía mínima de acero por contracción y temperatura Grado 40 Grado 60 0.004 0. la cuantía mínima se determina multiplicación la longitud entre juntas de contracción parcial por 1. 0.65 Corte y torsión ∅=0. Donde: ∅ es el Factor de Reducción de Esfuerzo y tiene los siguientes valores para: Tensión controlada ∅=0. El ACI 350-06 .90 Compresión controlada Refuerzo en espiral ∅=0.70 Otros tipos de refuerzo ∅=0.75 Soportes sobre el concreto ∅=0.65 .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Criterios Generales Factor de durabilidad Las combinaciones de carga última deben multiplicarse por el factor de durabilidad define el factor como: ∅ 1. estos valores permisibles se indican en la Tabla 4-06.6.2. Valores referenciales de factor de durabilidad.00 Tabla 4-04. recomienda los valores de la Tabla 4-05 Tipo Esfuerzo Flexión Tracción Directa Compresión Factor de Durabilidad 1. versión anterior del ACI (ACI 350-01) Esfuerzo Permisible El ACI 350-06 (Apartado 9.65 1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Criterios Generales Factor de durabilidad Como referencia la versión anterior (ACI 350-01). corte y flexión para exposiciones normal y severa.30 1.1. ACI 350-06) limita la fluencia del acero para evitar el fisuramiento y agrietamiento excesivo en estructuras contenedoras de líquidos de acuerdo al tipo de esfuerzo tracción. . Esfuerzos permisibles en el acero según la exposición del concreto (Adaptado del apartado 9.2.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Criterios Generales Esfuerzo Permisible Tipo Esfuerzo Tracción (exposición normal) Tracción (exposición severa) Corte (exposición normal) Corte (exposición severa) Flexión (exposición normal) 20 17 24 20 20 permisible (ksi) 1400 / 1200 / 1650 / 1400 / 320 4 2 Flexión (exposición severa) 20 36 2 260 4 2 36 2 Tabla 4-05.6. ACI 350-06) .1. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Criterios Generales Verificación de Fisuramiento por Tracción Verificaremos los elementos por fisuramiento.000 15.000 280 0.400 2. para la presente investigación consideramos un concreto expuesto a condiciones ambientales normales y tenemos: 0.0003 : Módulo de elasticidad del acero : Esfuerzo permisible del acero por fisuramiento : Relación entre módulo de elasticidad del acero y concreto : Esfuerzo permisible del concreto por fisuramiento : Fuerza de tensión del elemento Realizamos la verificación para la pared exterior del tanque del reservorio.000.1 280 0.000.400 100 1.0003 2.000 1. con la siguiente expresión Donde: : Espesor del elemento : Ancho del elemento : Coeficiente de fisuramiento del concreto reforzado 0.1 280 0.46 . 6 2.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Criterios Generales Verificación de Fisuramiento por Flexión Verificaremos los elementos 320 20 25 320 .35 5.28 25 36 32. 1.282 . 6 1. Carga de Techo.6 Donde.6 1.2 1. Carga de nieve.0 ó 0. Carga debido al peso y presión lateral del suelo.0 1. Carga por presión lateral del Fluido Carga Viva.2 1.0 1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Criterios Generales Combinaciones de Carga El ACI 350-06 Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures.5 ó ó ó ó 1.4 1.2 1.2 1. . 1. contracción de fragua y temperatura. Carga Muerta.6 0.8 1.2 0.6 1.6 1. Fuerzas debido al esfuerzo propio tales como la retracción.0 0.5 ó ó 1. Carga de viento. Carga de Sismo.9 1. recomienda las siguientes combinaciones de carga para estructuras que almacenan líquidos y están expuestas al medio ambiente.9 0.0 0. Carga de Lluvia. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de Vigas Envolvente de Fuerzas y Momentos Los resultados obtenidos para cada una de las combinaciones se procesan en una tabla y graficamos la envolvente de fuerzas y momento para la viga anillo intermedia . 000 2.97 0.998 2.000.000 250.00 Diseño por tracción y verificación de fisuramiento Para 45 ′ 280 → 4.998 0.0003 → 7.000.000 ′ 0.400 → 250.00 .33 .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de Vigas Resultados del Análisis Del análisis estructural del capítulo anterior obtenemos que las fuerzas anulares y cortantes últimas en la pared del tanque son 91. 58.1 ′ 28 1.200 → 15. 90 1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de Vigas Diseño por tracción y verificación de fisuramiento El espesor mínimo para evitar el fisuramiento por tracción viene dado por: 0.97 28 28 91.400 91.000 100 1. Calculamos el acero por tracción requerido ∅ ∴ 58.66 Asumimos un peralte 95.000 .400 / 12∅1" 6∅5/8" 72.00 .000 0.22 7.0003 2.400 1.000. 53 ′ 0.519 ∅5/8" ∴ ∅ ∅5/8" @20 4 1.400 35.519 89 23.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de Vigas Diseño por Cortante Para 58.53 280 45 89 35.75 1.98 58.000 0.000 0.60 . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Envolvente de Fuerzas y Momentos La envolvente de fuerzas y momentos en la pared del tanque se muestra en la Figura 3-38 . 9.0003 → 7.97 0.000. 0.400 → 250. 15.000 250.000.00 Diseño por tracción y verificación de fisuramiento Para 100 ′ 280 → 4.1 ′ 28 1.200 → 15.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Resultados del Análisis Del análisis estructural obtenemos que las fuerzas anulares y momentos últimos en la pared del tanque son 55.000 2.00 .33 . 6.03 .998 0. 1.000 ′ 0.998 2.00 .00 .00 . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Diseño por tracción y verificación de fisuramiento El espesor mínimo para evitar el fisuramiento por tracción viene dado por: 0.97 28 … Calculo del acero por tracción: ∅ → 55.000 .000 1.0003 2.000.400 Espaciamiento en 2 capas de ∅3/4" 2.400 25 24.400 100 1.90 43.85 100 43.65 1.06 28 55.5 ∅3/4" ∴ 13.65 /2 ∅3/4" @12.000 0.93 7. 97 250.85 100 15.000 → 7.4 ∅ 0.250 → 0.998 0.200 0.000 2.250 → 1.0003 1.90 4.90 Factor de Durabilidad ∅ .000.000.000 ′ → 250.45 ′ 126 2.998 2.4 2.20 .54 0.200 1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Diseño por Flexión ′ 280 → 4.1 → 0. 305 1 7.00864 .85 6.000 0.000 280 4.85 0.000 → 0.85 6.200 6.02833 4.200 1 2 1 126 1 2 2250 2250 0.97 → 126 0.000 ′ 0.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Cuantía de refuerzo 6. 200 0.52 100 .5 0.85 280 33. 0.10 33.52 1 ∅ 1.000 1 .00864 0.20 600.5 0.200 1 0.00864 4.90 14.85 ′ 4.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Cuantía de refuerzo 1 0. 85 ′ 1 2 18.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Espesor mínimo 1.00458 4.71 .00 25.00 14.00 1.00 → ∅ ′ 1 1 0.85 280 1 2 → 18.10 El espesor por tracción requerido en el punto anterior es de 25 1.47 0.90 100 19.47 0.200 → 0.00 5.00 → 19.00458 100 19 → 8.00 1.000 .10 5.00 1.20 600.85 280 0. 0.00 → 20.85 → 0. 200 4. 200 1 4.98 ∅5/8" 8.200 6.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Acero mínimo max 3 3 ′ 1.74 Por requerimientos de tensión. 19 .00 max 100 19 .5 .00 280 1 . 200 1. se calculó previamente ∅3/4" @12.36 Espaciamiento 1.71 ∴ ∅5/8" @20 100 100 22. 570 100 22.80 ∅3/4" @12.5 19 3.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Verificación de Fisuramiento Verificamos el Fisuramiento con el acero realmente colocado es 2.5 .85 12. esto es: . 97 22.70 3 19 3 6.352 3.352 932 63 ′ 0.570 17.80 → 1 16.226 6.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Verificación de Fisuramiento 2 1 1 6.70 .352 → 1 0.97 1 → 100 7.82 0.70 19 → 1 7.97 22.80 2 19 → 0.80 932 100 7.12 22. 001 0.80 2.85 932 8.48 8.947 6 100 6 20.70 0.076 1.85 25 2 19 → 19 2 25 22.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Verificación de Fisuramiento Factor Z 2.001 .3 … → 0.48 1.947 0.81 115 … Calculo del ancho promedio por la ecuación de Gergeley-Lutz 25 19 6.81 148.540 → 148.70 6.1433 0.076 0. 90 11.91 /2 ∴ ∅5/8" @30 33.400 Espaciamiento en 2 capas de ∅5/8" 1.000 0.26 .98 100 ∅5/8" 11.91 1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Tanque Diseño por tracción y verificación de fisuramiento Calculo del acero por tracción vertical ∅ 15. 29 (0. ver Tabla 4-06.0050 0.95) 1 0.2.0030.40) 0. Tabla 5.0015 0.0025 0.0030 420 420 Tabla 4-06.22 (0.0050 y una cuantía mínima horizontal de 0. el ACI 371-08 (Tabla 5.12 (0. Reforzamiento Mínimo en Fuste Tanque Elevado ACI 371-08.0025 0.19 (0.54) 0. 7 ′ 7 Coeficiente Sísmico .0020 0.11 (0.16 (0.26) ′ Zona Sísmica 2 0.0050 0.72) 0. Tipo de perfil de Suelo 1 2 3 Parámetros de reforzamiento Reforzamiento Mínimo Varillas #11 o Vertical menores Varillas #5 o Horizontal menores Varillas #6 o mayores Máximo esfuerzo de fluencia fy 3 0.0025 0. estas debido a la poca ductilidad que tiene el fuste ante un evento sísmico por ser un elemento esbelto y hueco.2 .50 (1.0025 0.06 (0.38 (0.30) 0. 0.15) 0.27) 0. ACI 371-08) recomienda una cuantía mínima vertical de 0.47) Coeficiente Sísmico .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Fuste Diseño Estructural del Fuste El fuste del reservorio está sometido a flexocompresión tal como vimos en el análisis estructural desarrollado en el capítulo 03. 00 7. siendo: .0025 por capa tenemos un 9.24 correspondiente a un momento de flexión último en sentido vertical 8.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Fuste Acero mínimo vertical en el fuste El acero mínimo vertical viene dado por: 0.4 7.0050 100 30 15.32 para una franja de un metro.98 100 ∅5/8" 26.50 1. 30 y una cuantía 0.50 ∴ ∅5/8" 25 De lo anterior podemos deducir que para 100 . 50 1. siendo: .24 correspondiente a un momento de flexión último en sentido vertical 8.98 100 ∅5/8" 26.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Fuste Acero mínimo vertical en el fuste El acero mínimo vertical viene dado por: 0.0025 por capa tenemos un 9.50 ∴ ∅5/8" 25 De lo anterior podemos deducir que para 100 .32 para una franja de un metro.00 7.0050 100 30 15.4 7. 30 y una cuantía 0. 59 correspondiente a un momento de flexión último en sentido horizontal 5.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Fuste Acero mínimo horizontal en el fuste El acero mínimo horizontal viene dado por: ∅1/2" 0. .04 para una franja de un metro.2 4.00 4.50 1.0030 100 30 9.50 ∴ ∅1/2" 25 De lo anterior podemos deducir que para 100 .0015 por capa tenemos un 5.27 100 28. 30 y una cuantía 0. 5 en dos capas y obtenemos los diagrama de interacción nominal y diseño utilizando dos softwares comerciales (CSICOL y XTRACT) los parámetros de ingreso para la obtención de estos diagramas se muestran paso a paso en el Apéndice B. el punto y caen dentro del diagrama. con un diámetro exterior de 9. . ensayamos una distribución de acero vertical con una malla 1.000 . resistencia a compresión del concreto de ’ 280 / como se muestra en la Figura B-01 y se importan los diámetros y coordenadas de las varillas de reforzamiento ver Figura B-02. DIAGRAMA DE INTERACIÓN UTILIZANDO CSICOL Ingresamos los parámetros y propiedades de la sección.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Fuste Diagrama de Interacción para el Fuste Del análisis estructural y las hipótesis de carga tenemos las cargas totales últimas en el fuste de 22.30 .500 y ∅3/4"@12.40 y un espesor de pared de 0. por lo que se considera correcta esta distribución de refuerzo. el resultado se muestra en la Figura 4-01. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Fuste DIAGRAMA DE INTERACIÓN UTILIZANDO CSICOL . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Fuste DIAGRAMA DE INTERACIÓN UTILIZANDO XTRACT . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Fuste DIAGRAMA DE INTERACIÓN UTILIZANDO XTRACT . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño del Fuste DIAGRAMA DE INTERACIÓN UTILIZANDO XTRACT . esto debido a que en la base del fuste se tiene un momento de volteo elevado del orden de 22. Verificación de esfuerzos Realizamos el equilibrio de fuerzas en la zapata según se muestra en el diagrama de cuerpo libre mostrado en la Figura 4-02.80 aprox.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Diseño Estructural de la Cimentación Se plantea una cimentación rígida con geometría circular/cilíndrica con un peralte de 1. esta verificación la realizamos en el presente apartado y en el Apéndice D con ayuda del Software Allpile.000 esto trae consigo la necesidad de generar un contrapeso en la base a fin de garantizar la estabilidad de la estructura. de la Resistencia de Materiales tenemos la ecuación para flexocompresión siguiente: Reemplazando las propiedades para una circunferencia tenemos: 2 4 64 1 8 . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Diseño Estructural de la Cimentación El esfuerzo crítico se tiene cuando 0 1 Luego para 8 0→ 8 /8 . tenemos: á . í 1 8 . y la coordenada del centro de gravedad 3 3 4 3 3 5 3 1 2 2 Por lo tanto hacemos la analogía para la zapata mostrada en la Figura 4-02 y tenemos 3 4 3 5 2 2 3 3 3 3 1 1 3 3 .Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Diseño Estructural de la Cimentación Para /8. previamente indicamos el volumen para la cuña cilíndrica mostrada en la Figura 4-03. 37 9.25 1.41 1.45 … .000 y 22.860 18.459 1.00 y 2.33 12.33 3.12 3 8.00 84.70 3.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Diseño Estructural de la Cimentación Del análisis estructural tenemos 22.00 8 1 cos 1.860 9.459 3 1.459 83.860 8 3 5 2 2 4 3 Resolviendo la ecuación tenemos 1.459 1.459 cos 1.459 16.58° Reemplazando tenemos 3 1 3 3 3 3.000 5. 87 2.40 1.80 2 309 Diseñamos por flexión para los siguientes valores ′ 280 / .00298 .000 / 100 168 10.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Diseño por Flexión Determinamos una región característica sujeta a flexión. como el mostrado en la Figura 4-04 y tenemos que la longitud de volado respecto de la cara exterior del fuste y el ensanche en la zapata es: 2 18.00 9.68 tenemos: 30.900.00 2.95 → 0.80 El momento flector para este volado es: 2 78.80 1. 4.50 2 2.200 / y un peralte efectivo 1. 80 1. 4.82 / y un .200 30.00298 100 168 para la franja 1.85 100 50. 0.05 ∅3/4" @0.80 78.87 2.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Diseño por Flexión El momento flector para este volado es: 2 2.00298 100 El espaciamiento lo realizaremos en dos capas ∅1" 5.00 mostrado en la Figura 4‐05.95 → 0.05 2.00 2 280 / Diseñamos por flexión para los siguientes valores ′ peralte efectivo 1.68 tenemos: El área de acero 309 .15 15.07 ∅3/4" ∴ ∅1" 168 50.000 / 10.900. 53 280 100 0.77 Diseño por Corte por Flexión Calculamos el cortante por flexión.53 168 ′ 149 .24 0. 0. ∅ .24 ∅1" ∴ ∅1" 0. entonces tenemos: 168 5.0018.0018 100 30. verificando la expresión siguiente según se muestra en la Figura 4-06.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Diseño por Flexión El Acero mínimo por flexión se determina con 0.15 16.07 100 30. 87 1.00 … Como ∅ 1.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Diseño por Corte por Flexión 78.40 ∅ no será necesario un refuerzo por corte 118 . 950 … 16.481 0.1 → 13.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Diseño por Corte por Punzonamiento Calculamos el cortante por punzonamiento.53 →∅ ∅ 1.47 254.12 1.05 158.1 15.53 84.54 → 96.800 13.54 → 34.42 → 158.05 0.30 280 3.42 2 2 5. verificando la expresión: 9.54 2 2 5.50 → 0.558 .00 → 254.47 96.50 1.40 0.85 15.81 9.950 0.68 → 5. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Verificación de Estabilidad Con ayuda del Software Allpile v6.5E de CivilTech Software realizamos la verificación ingresando las características del Reservorio Elevado y el EMS, en la Figura D-01, elegimos la cimentación superficial. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Verificación de Estabilidad Con ayuda del Software Allpile v6.5E de CivilTech Software realizamos la verificación ingresando las características del Reservorio Elevado y el EMS, en la Figura D-01, elegimos la cimentación superficial. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Verificación de Estabilidad Con ayuda del Software Allpile v6.5E de CivilTech Software realizamos la verificación ingresando las características del Reservorio Elevado y el EMS, en la Figura D-01, elegimos la cimentación superficial. Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 04: Diseño Estructural Diseño de la Cimentación Verificación de Estabilidad . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 05: Memoria Descriptiva Costos y Presuesto Costos y Presupuesto . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 05: Memoria Descriptiva Programacion Programación . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 05: Memoria Descriptiva Planos Planos . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 05: Memoria Descriptiva Planos Planos . Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Capitulo 05: Memoria Descriptiva Planos Planos . normas y estándares internacionales.926 (88 años de antigüedad) 3. Las vigentes normas peruanas de diseño sismorresistente no detallan un procedimiento de análisis y diseño estructural de reservorios. De la masa total almacenada un 44% del líquido es excitado en modo impulsivo y un 56% participa en modo convectivo.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Conclusiones y Recomendaciones CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1. El 29% (24 reservorios) del total (84 reservorios) de reservorios en Arequipa han sido construidos antes del 2005. Esta situación se agrava si tenemos en cuenta las presiones hidrodinámicas que aparecen en un evento sísmico (situación dinámica) 4. siendo necesario complementarlas con investigaciones. varios reservorios han presentado filtraciones de aguas por fisuramiento en la viga intermedia. que es uno de los elementos más esforzados. Durante la prueba de llenado con agua (situación estática). y que los tres reservorios más antiguos fueron construidos en 1. 2. . 00 1.57 0.00 . .40 1. cerca del 114% de la presión hidrostática .95 2.46 / . .90 y para el modo convectivo es 0. para el análisis estructural la presión hidrodinámica debe añadirse a la presión hidrostática 6. Factor Modo Impulsivo Convectivo 0.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Conclusiones y Recomendaciones CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.60 2.23 3.81 4. La aceleración horizontal para modo impulsivo es 0.50 1. La presión hidrodinámica máxima es 1.41.20 0.81 / 5.50 0.00 / 4. Se obtuvo una Fuerza Cortante Basal de de 22.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Conclusiones y Recomendaciones CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7. 950 promedio y un Momento de Volteo .000 promedio. recubrimientos mínimos. cuantías mínimas de refuerzo. que nos brinda recomendaciones a través de los estándares señalados en los capítulos de la presente investigación sobre. juntas de construcción.Análisis y Diseño Sísmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3 Conclusiones y Recomendaciones CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 8. restricciones de fluencia del acero . Para el diseño en Concreto Armado es necesario tener en cuenta las consideraciones del American Concrete Institute ACI. también es posible considerar un reservorio cilíndrico equivalente en volumen cuando se trata de diseñar un reservorio tipo Intze 9. Es posible modelar la masa impulsiva como una presión distribuida sobre las paredes del tanque y la masa convectiva como un sistema de resortes equivalentes. pe . Civil Primer Piso Teléfono : (054) 284 765 www.edu.GRACIAS Dirección: Av.Pab. Independencia s/n . Ing.ficunsa.