Contenido de la exposición •
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Conceptualización del problema físico Distribución de las presiones impulsivas y convectivas Pesos y alturas efectivas Modelo matemático matemático de interacción líquido estructura Períodos fundamentales impulsivo y convectivo Ordenadas espectrales para los períodos impulsivo y convectivo Combinación de acciones impulsivas y convectivas Interacción suelo – suelo – estructura – estructura – contenido contenido Conclusiones
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Conceptualización del problema físico Distribución de las presiones impulsivas y convectivas Pesos y alturas efectivas Modelo matemático matemático de interacción líquido estructura Períodos fundamentales impulsivo y convectivo Ordenadas espectrales para los períodos impulsivo y convectivo Combinación de acciones impulsivas y convectivas Interacción suelo – suelo – estructura – estructura – contenido contenido Conclusiones
Las aceleraciones aceleraciones del terreno generan efectos hidrodinámicos en los reservorios, los que dependen básicamente básicamente de la intensidad de la excitación del terreno A(g), de las relaciones de esbeltez H/D, de las condiciones de fijación al cimiento y de la rigidez tubular del cuerpo k
Para el diseño sísmico de tanques de apoyados sobre torres o directamente en el suelo, es necesario considerar además de los efectos inerciales, los efectos hidrodinámicos impulsivos y convectivos generadas en el fluido por el movimiento vibratorio del terreno. Las presiones impulsivas, donde una parte del liquido se mueve al unísono con las paredes del reservorio, se asocian con las fuerzas inerciales inducidas por el movimiento de cuerpo rígido del recipiente, y son proporcionales a la aceleración de las paredes del tanque. Se modelan mediante una masa virtual fijada rígidamente al cuerpo del recipiente. Las presiones convectivas donde una parte del liquido oscila independientemente del tanque. Son generadas por las oscilaciones del fluido correspondientes al modo fundamental de vibración del liquido. Se modelan con una masa virtual con ligaduras flexibles de resortes. Las presiones hidrodinámicas inducidas representan un porcentaje de las presiones hidrostáticas con las que se dimensionan las paredes y el fondo del tanque por tanto es necesario considerar dichos efectos para su dimensionamiento. La superposición de los efectos hidrodinámicos e inerciales, determinan la fuerza cortante y el momento de volteo transmitidos al sistema de cimentación.
Las propiedades dinámicas de los tanques de almacenamiento, experimentan modificaciones por efecto del fluído contenido, las que se determinan mediante los períodos, frecuencias y modos de vibración.
Falla de la parte superior de la pared por “chapoteado”
Modelos de analogías de las masas virtuales adheridas (Housner 1963)
k c
4.75 gmc 2 H L m L R 2
H L 1.5 R
Masas impulsivas e inductivas equivalentes y alturas efectivas (ACI350.3-06) D tanh 0.866 H W i L W L D 0.866 H L
W i W L
L H L L 0.866 H L
tanh 0.866
D H L tanh 3.68 0.230 D W L H L W c
L H L 0.264 tanh 3.16 W L H L L W c
D H 1.333 L hi D 0.5 0.09375 H H L L D h 1.333 i 0.375 H L H L
H L 1 hc D 1 H L H H 3.68 L senh 3.68 L D D cosh 3.68
Análisis modal a partir del modelo de Housner mi mliqudo mtan que k c
mi M 0 kc k c
0
mc
kc K kc
kc mi 2 kc 0
0 mc 0
kc mi mc mi mc
0
k c k c
4.75 gmc 2 H L m L R 2
H L 1.5 R
K 2 M 0 kc 2 mi kc
T e 2
k c 0 2 ki mc 0
mi mc kc mi mc
2 D
Tc
H L D
3.68 g tanh 3.68
mc T c 2 k c
0.5
k c
4.75 gmc 2 H L m L R
T i
1.762 H L L kh
gE
0.5
Zona C: Chinandega, León, Managua, Masaya, Granada, Jinotepe y Rivas 1.40
1.20
1.00
0.80
0.60
AT c , A T i ,
0.40
0.20
0.00 0
0.5
T i
1
T c
1.5
2
Periodo Estructural T ( s )
2.5
3
3.5
Vc mc g
A T c ,
Vi mi g
Q T c '
V0 Vi V c 2
2
0.5
M
A T i , Q T i '
0.02
2 V h V h V h t cg c c T i i 2
2
0.5
Falla de los anclajes por levantamiento de la base
Deformación por pandeo tipo “pata de elefante”
c
S 2.7a0 Q '
1.5 x 2.7 x0.31 1.5 x 2.0
0.42
El análisis puede refinarse considerando las reducciones al momento de volteo y a las cortantes sísmicas debido a las presiones de Rankine obrando contra la zapata y el pedestal. 32 0
1.60
t m3
p h
1 sen 3.0 h 1 sen
D z 18.0m
D p 10.5m
F .S R B
1.40 M NZ M r
2.9 2.0
1.0824 B 8.31m
L L
M
qdz
32.63 L2 2
0 0
M u 1.4 x 214.33
Ku
1.8559 x107 0.9 x40x522
mt m
1.718L3 6
300.062
32.63x3.752 2
1.718 x3.753 6
214.33
mt m
f y 4200
mt m
266.92 psi 0.0046 As 0.0046 x100 x140 64.40
cm2 m
kg cm
2
f 'c 280
kg cm2
Para reservorios importantes sujetos a solicitaciones sísmicas, es necesario realizar análisis detallados que incluyan todos los aspectos importantes en la respuesta estructural. En sitios con suelos blandos uno de estos factores es la interacción dinámica suelo-estructura. Los enfoques convencionales de diseño usan espectros de campo libre calculados con los temblores máximos esperados en la superficie del terreno. En suelos blandos estos espectros no son representativos del movimiento que experimenta la cimentación por no considerarse la interacción cinemática debida a la difracción de las ondas incidentes y las fuerzas de interacción inercial generada en la estructura y la cimentación. Se requiere entonces determinar espectros de piso, los que consideren el movimiento real de la cimentacion debido a la interacción cinemática e inercial. Estos espectros se usan de manera similar a los de campo libre, en los que se supone que la cimentación es rígida.
Interacción suelo estructura •
•
La presencia de la estructura modifica el movimiento del suelo en la base. T s La deformación del suelo modifica el movimiento de la estructura, particularmente su período de vibración.
T s
4 H s
T s resonancia ' V s T e •
•
Interacción cinemática: Interacción inercial:
V s
G
T e 2
mi mc kc mi mc
2 W e T h g K h 2 W H D 2 e e T r K r g
T e'
Te2 T 2 T r 2
h
T
2 h
m
K
M K
NZ
Te Te T r '
2
2
0.5
q 1.709 10 4 2.22 10 4 3.79 q s q 32.63 3.79 36.42
t m2
t m2 39.90
t m2
Factor de interacción: 0.812
Conclusiones
El comportamiento sismico analizado demuestra que cuando el diametro D de los tanques disminuye manteniéndose la altura H constante, el momento de volteo transmite mayor tension en un lado del tanque, la que se transmite al cimiento a través de los elementos de anclaje dispuestos en el perimetro del tanque. El oleaje en la superficie libre del liquido tiende a revasar la altura del tanque, lo que puede provocar daños de consideración en las zonas mas esforzadas de las paredes del tanque. Los efectos de interacción liquido-estructura generan variaciones temporales de la magnitud de las presiones hidrodinámicas ejercidas por el liquido contra las paredes del tanque, cuya distribución depende de su geometria, de la excitación del terreno, y de las condiciones de frontera del apoyo.
Colapso de tanque de almacenamiento
