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anilo
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131GD03 (13/03/01)
PROYECTO: NOMBRE DEL PROYECTO ELABORADO: XX
CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
DISEÑO DE FUNDACION ANULAR
PARA TANQUE CILINDRICO METALICO
(Ref.: PDVSA JA-221; FJ-251; API 650. ANILLO SECCION RECTANGULAR)
DIAMETRO DEL TANQUE: d = 21.34 m ALTURA DEL TANQUE: H = 9.60 m PESO ESPECIFICO DEL LIQUIDO: 1,000 kg/m³ NIVEL MAXIMO DEL LIQUIDO: 9.30 m PESO PARED DEL TANQUE: Ws = 40,317 kg ALTURA CENTRO DE GRAVEDAD (CUERPO): Xs = 4.80 m PESO DEL TECHO DEL TANQUE: Wr = 22,405 kg ESPESOR PROMEDIO PAREDES DEL TANQUE: tm = 8.00 mm ESPESOR PLANCHA BASE DEL TANQUE: tb = 10.00 mm PESO UNITARIO DEL SUELO: 1,800 kg/m³ ANGULO DE FRICCION INTERNA DEL SUELO: 32 ° CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO: Rs = 1.50 kg/cm² MODULO DE BALASTO DEL SUELO: Kb = 2.00 kg/cm³ RESISTENCIA A COMPRESION CONCRETO: f'c = 210 kg/cm² PESO UNITARIO DEL CONCRETO: 2,500 kg/m³ RESISTENCIA A FLUENCIA ACERO REFUERZO: Fy = 4,200 kg/cm²
9.60
9.30
21.34
1. DATOS PARA EL DISEÑO
gL =HL =
gs =f =
gc =
X2
X1
W1
W2
masa flexible(efecto convectivo)
masa solidaria(efecto impulsivo)
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PROYECTO: NOMBRE DEL PROYECTO ELABORADO: XX
CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
(Ref. Sección 5, PDVSA FJ-251 Feb 99)
Pesos efectivos
Peso total del líquido:
3,326,302 kg
2.29
0.485
0.486
1,612,157 kg
1,617,829 kg
Alturas efectivas
0.375
1 - 0.585
3.49 m
5.44 m
(Ref. PDVSA JA-221 y FJ-251 Feb 99)
Parámetros que definen la zona sísmica
Ubicación de la estructura: Leona, Edo. Anzoategui
a* = 51 Figura 6.1 PDVSA JA-221
4.5 Figura 6.2 PDVSA JA-221
Características del contenido y riesgos asociados
El contenido del tanque es: no inflamable
Grado de Riesgo = A Tabla 4.1 PDVSA JA-221
2. CALCULO DE PESOS y ALTURAS EFECTIVOS
W = p d 2 H L g L / 4 =
d / H L =
W1 / W = tanh (0,866 (d / H L)) =
0,866 (d / H L)
W2 / W = 0,23 (d / H L) tanh (3,67 / (d / H L)) =
W1 =
W2 =
X1 / H L = 0,5 - 0,094*(d / H L) =
X2 / H L = cosh (3,67 / (d / H L)) - 1 =
(3,67 / (d / H L)) senh (3,67 / (d / H L))
X1 =
X2 =
3. CALCULO DE FUERZAS SISMICAS
cm/s2
g =
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PROYECTO: NOMBRE DEL PROYECTO ELABORADO: XX
CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
Probabilidad de excedencia anual del movimiento sísmico de diseño
p1 = 0.002 Tabla 4.1 PDVSA JA-221
Aceleración horizontal máxima del terreno
a = Ecuación 6.1 PDVSA JA-221
a = 202.88Ao = a / g Ecuación 6.3 PDVSA JA-221
g = 981
Ao = 0.207
Valores que definen el espectro de respuesta
S3 Tabla 5.1 PDVSA JA-221
1.0 idem
2.8 Tabla 6.1 PDVSA JA-221
0.3 s idem
T* = 1.2 s idem
Condición inicial de anclaje asumida para el tanque
Condición de anclaje = anclado
de la estabilidad
Coeficiente de amortiguamiento equivalente
a) Efecto impulsivo horizontal
0.05 Tabla 3.1 PDVSA FJ-251
Ecuación 6.4 PDVSA JA-221
2.799
b) Efecto convectivo
0.005 Tabla 3.1 PDVSA FJ-251
4.870
Períodos de vibración
a* ( -ln (1 - p1) ) -1/g
cm/s2
cm/s2
Perfil de suelo =j = b = To =
Nota: En el caso de " no anclado " esta condición deberá ser verificada en el cálculo
z = b* = b / 2.3 (0.0853-0.739 ln z)
b* =
z = b* =
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PROYECTO: NOMBRE DEL PROYECTO ELABORADO: XX
CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
a) Modo impulsivo horizontal
Ecuación 6.1 PDVSA FJ-251
tm / 1000 (0,5d) = 0.00075
0.87
0.075 Figura 6.1 PDVSA FJ-251
2,1*E06
0.152 s
b) Efecto convectivo
Ecuación 6.1 PDVSA FJ-251
5.030 s
Ordenadas de los espectros de diseño para la componente horizontal
para T > 3
Factor de ductilidad
D = 1 Sección 3 PDVSA FJ-251
0 Tabla 7.1 PDVSA JA-221
como debe cumplirse
0.30 s
a) Ordenada del espectro para el modo impulsivo horizontal
0.152 s
0.396 T < T+
b) Ordenada del espectro para el modo convectivo horizontal
T1 = 1,762 (H L / K h) (g L / g*Es) 1/2
H L / 0,5d =
K h =
E s = kg/cm2
T1 =
T2 = 20 p (d / 2g) 1/2
(1,84 tanh (1,84 H L / 0,5*d)) 1/2
T2 =
Ad = ( j Ao (1+(T / T+) (b* - 1)) / (1 + (T / T+)c (D - 1)) para T < T+
Ad = j Ao b* / D para T+ £ T £ T*
Ad = j Ao b* (T* / T) 0,8 / D para T* £ T £ 3
Ad = ( j Ao b* / D) (T* / 3) 0,8 (3 / T) 2,1
c = ( D / b* ) 1/4
T+ = 0.1*( D - 1 ) =
T° £ T+ £ T* entonces
T+ = To =
T1 =
Ad1 =
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PROYECTO: NOMBRE DEL PROYECTO ELABORADO: XX
CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
5.030 s0.163 T > 3
Altura máxima de oscilación del líquido
h = 1.67 m h > altura camara aire
9.6 - 9.3 = 0.30 m AUMENTAR ALTURA DEL TANQUE
Fuerza cortante en la base del tanque
a) Modo impulsivo:
662,571 kg
b) Modo convectivo:
264,439 kg
c) Cortante Basal máximo probable:
V = 713,392 kg ( cortante último )
d) Cortante Basal reducida en la base:
Vr = 0,8 V = 570,714 kg ( cortante de servicio )
Momento de volcamiento en la base del tanque
a) Modo impulsivo:
2,385,827 kg*m
b) Modo convectivo:
1,438,497 kg*m
c) Momento de volcamiento máximo probable:
M = 2,785,937 kg*m ( momento último )
T2 =Ad2 =
0,48*d*Ad2 =h (camara aire) =
V1 = Ad1 ( W1 + Ws + Wr )
V1 =
V2 = Ad2 * W2
V2 =
V = ( V1 2 + V2 2 ) 1/2
M1 = Ad1 ( W1*X1 + Ws*Xs + Wr*Xr )
M1 =
M2 = Ad2 * W2*X2
M2 =
M = ( M1 2 + M2 2 ) 1/2
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PROYECTO: NOMBRE DEL PROYECTO ELABORADO: XX
CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
d) Momento de volcamiento reducido en la base:
Mr = 0,8 M = 2,228,750 kg*m ( momento de servicio )
(Ref. UBC - 1994)
VELOCIDAD BASICA DEL VIENTO : V = 90 km/hr
PRESION STANDARD A 10 m DE ALTURA : qs = 62
TIPO DE EXPOSICION : C COEFICIENTE DE PRESION : Cq = 0.80 Tabla 16-H
COEFICIENTE COMBINADO : Ce = 1.43 FACTOR DE IMPORTANCIA : Iw = 1.00
Fuerza horizontal resultante en la pared del tanque :
204.86
Fvh = 14,531 kg
Momento de volcamiento :
M v = Fvh * H/2
M v = 69,747 kg*m
TABLA 16 - F
VELOCIDAD DE VIENTO mph ( km/hr ) 70 (113) 80 (129) 90 (145) 100 (160) 110 (177)
PRESION qs ( kg/m2 ) 61.5 80.00 101.6 125.0 151.4
TABLA 16 - G
COEFICIENTE COMBINADO DE ALTURA, EXPOSICION Y RAFAGA (Ce)
ALTURA SOBRE EXPOSICION EXPOSICION EXPOSICION
EL SUELO (m) B C D
0.0 - 4.5 0.62 1.06 1.39
4.5 - 6.0 0.67 1.13 1.45
6.0 - 7.5 0.72 1.19 1.50
7.5 - 9.0 0.76 1.23 1.54
9.0 - 12.2 0.84 1.31 1.62
12.2 - 18.3 0.95 1.43 1.73
4. CALCULO DE FUERZAS DE VIENTO
kg/m2
Fvh = Ce * Cq * Iw * qs * A L
A L = d * H = m2
PRESION STANDARD DE VIENTO A 10 m DE ALTURA ( qs )
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CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
18.3 - 24.4 1.04 1.53 1.81
24.4 - 30.5 1.13 1.61 1.88
30.5 - 36.6 1.20 1.67 1.93
36.6 - 48.8 1.31 1.79 2.02
(Ref. PDVSA FJ-251 Feb 99)
Límite elástico de la plancha base:
Fby = 2,533
Peso máximo del contenido que resiste el volcamiento
4,850 kg/m
3,969 kg/m3,969 kg/m
936 kg/m
Factor de estabilidad
1.00 < 1,500.16 < 0,785
EL TANQUE ES ESTABLE
Requerimiento de anclajes
C = 2*M / d*W Guía PDVSA 0603.1.203
M = 2,228,750 kg*m GOBIERNA SISMO
d = 21.34 mW = Ws + Wr = 62,722 kg
C = 3.33 > 0,66 SE REQUIEREN ANCLAJES
SEPARACION MAXIMA DE ANCLAJES : 3.00 m NUMERO MINIMO DE ANCLAJES : 23
5. VERIFICACION DE LA ESTABILIDAD DEL TANQUE
kg/cm2
WL = 3,16 tb (Fby * G * HL) 1/2 =
WL max = 20*G*HL*d =WL =
Peso de tanque vacío por unidad de circunferencia ( solo pared y techo )
Wt = ( Ws + Wr ) / p d =
SF = Mr / d2 ( Wt + WL )SF sismo = (tanque lleno => WL ¹ 0)
SF viento = (tanque vacío => WL = 0)
6. DISEÑO DE PERNOS DE ANCLAJE
s max =Np min = p d / s max =
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CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
NUMERO DE ANCLAJES COLOCADOS : 36
DIAMETRO PERNOS DE ANCLAJE (min. 1") : 31.75 mm DIAMETRO CIRCULO DE PERNOS : 21.54 m CALIDAD DE PERNOS : A -307
Tracción en pernos de anclaje
Según…...Sección 9.5 PDVSA FJ-251 :
5,295 kg/m
-741 kg/m
Separación entre pernos de anclaje :
1.88 m
Tracción máxima en cada perno :
9,952 kg
Según……Guía PDVSA 0603.1.203 :
9,754 kg
-1,382 kg
9,952 kg
Verificación de esfuerzos máximos en pernos de anclaje
Esfuerzo de tracción :
7.92
5.94
1,676
1.33*1400 = 1,862 OK
COLOCAR : 36 PERNOS 31.75 mm DIA. c / 1,880 mm
Np =dp =dcp =
T uniforme = ( 1,273*Mr / d 2 ) - Wt
T sismo =
T viento =
s p = p dcp / Np =
T max = max T unif * s p =
T max = ( 4*M / Np *dcp ) - W / Np
T sismo =
T viento =
T max =
Ap (nominal) = cm2
Aef (efectiva) = 0,75 Ap = cm2
ft act = T max / A ef = kg/cm2
Ft adm = kg/cm2
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CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
Dimensiones y propiedades geométricas del anillo
ALTURA DEL ANILLO (min 0.60 m) : 0.80 m ALTURA DEL ANILLO SOBRE TERRENO : 0.30 m ANCHO MINIMO PRELIMINAR DEL ANILLO :
0.23 m
ANCHO SELECCIONADO ANILLO (min 0.30) : b = 0.70 m DIAMETRO EXTERNO DEL ANILLO : De = 22.04 m DIAMETRO INTERNO DEL ANILLO : Di = 20.64 m AREA DE LA BASE DEL ANILLO : A = 46.93
INERCIA BASE DEL ANILLO : 2,674.29
MODULO DE SECCION : S = 242.68 INERCIA SECCION TRANSV. DEL ANILLO : 2,986,667 COEFICIENTE DE RIGIDEZ :
0.00293
ßL < 0.785 => LA FUNDACION ES RIGIDA
7. DISEÑO DE LA FUNDACION ANULAR
h o =
h t =
b min = 2 Wt / (gL * HL + 2 ho (gs - gc)) =
s max (kg/cm2)
m2
I = m4
m3
It = cm4
ßL = 0,5 p d ( Kb / (4 Ec * I)) 1/2 =
EJEPARED TANQUE Y ANILLO DE
FUNDACION
TANQUE
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PROYECTO: NOMBRE DEL PROYECTO ELABORADO: XX
CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
Verificación de esfuerzos en el suelo
PESO DE PAREDES Y TECHO TANQUE : 936 kg/m PESO DEL LIQUIDO SOBRE EL ANILLO : 3,255 kg/m PESO DEL ANILLO DE CONCRETO : 1,400 kg/m MAX. COMPRESION EN LA BASE POR SISMO :
FACTOR DE ESTABILIDAD POR SISMO : 1.00
k = 2.30 Figura 9.1 PDVSA FJ-251
7,312 kg/m
Cálculo de esfuerzos en el suelo :
1.50
Cargas verticales (por unidad de longitud de circunferencia)
Wt 1 =
Wt 2 =
Wt 3 =
= 1,273 M / d 2 cuando SF £ 0,785 ó tanques anclados
Wt 4 = (Wt + WL) * k - WL cuando 0.785 < SF £ 1.50
= 1.49 (Wt + WL) / (1 - 0.637*SF) 1/2 - WL cuando 1.50 < SF £ 1.57
SF S =
Wt 4 =
Caso : Operación (tanque lleno) : CP + F
s s (adm) = kg/cm2
s s = P / A = S Wi / A = p * d ( Wt 1 + Wt 2 + Wt 3 ) / A
h o
h t
b
ANILLO DE FUNDACION
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PROYECTO: NOMBRE DEL PROYECTO ELABORADO: XX
CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
P = 374,801 kg
0.80 < 1.50 OK
Cálculo de esfuerzos en el suelo :
1.33 * Rs = 2.00
Pmax = 12,902 kg/mPmin = -1,721 kg/m
1.84 < 2.00 OK
-0.25 TRACCION ACEPTABLE
Cálculo de esfuerzos en el suelo :
93,858 kg
156,580 kg
81,371 kg*m
0.37 < 2.00 OK
0.30 OK
Diseño del acero de refuerzo
Presión horizontal interna del anillo :
0.47
3,768 kg/m
Tracción actuante en el anillo :
Tf = 1/2 * F * d = 40,206 kg (servicio)
s s = kg/cm2
Caso : Operación + Sismo (tanque lleno) : CP + F + S
s s (adm) = kg/cm2
s s = P / A = S Wi / b = ( Wt 1 + Wt 2 + Wt 3 + Wt 4 ) / b
s s max = kg/cm2
s s min = kg/cm2
Caso : Tanque vacío + Viento : CP + V
s s = P / A ± M / S
W fund = A * ho * g c =
P = Ws + Wr + W fund =
M = M v + F v * H fund =
s s max = kg/cm2
s s min = kg/cm2
K o = 1 - sen f =
F = 1/2 * Ko * g s * ho 2 + Ko * ho * g L * H L =
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PROYECTO: NOMBRE DEL PROYECTO ELABORADO: XX
CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
Tu = 1,7 * Tf = 68,351 kg (última)
Acero principal requerido por tracción :
Ash = Tu / 0,9 Fy = 18.08 cm²14.00 cm²
20.00 cm²
Acero vertical requerido en cada cara (estribos) :
Asv = ( 0,0015*b*100 ) / 2 = 5.25 cm²/m
Tracción admisible en el concreto:
31.50 kg/cm²218,820 kg/cm²
10.00 Tracción actuante :
9.10 kg/cm² OK
R ext = 11.02 mR int = 10.32 m D = 21.34 m
Ashmin = 0,0025*ho*b =
Ash colocado =
f ct adm = 0,15 f'c =E c = 15100*( f'c ) 1/2 =
n = E s / E c =
fct = ( 0,0003*Es*Ash + Tf ) / ( Ac + n As ) =
NORTE
PLANTA
ANILLO DE FUNDACION
R int
R ext
A A
COORDENADAS DEL CENTRO N : E :
D
RANURA 3/4" x 1"(PROFxANCHO)
TIP. SON 4
EJE NOMINAL PARED DEL TANQUE
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PROYECTO: NOMBRE DEL PROYECTO ELABORADO: XX
CLIENTE: NOMBRE DEL CLIENTE TANQUE : REVISADO: XX FUNDACION ANULARESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS T-XXXXXX FECHA: XX/XX/XX PARA TANQUES
CALCULOS ESTRUCTURALES PAGINA:
ht = 0.30 mho = 0.80 mb = 0.70 mLe = 390 mm4*DIA (perno) = 130 mm
0.30
(min
)V
AR
.
0.05
h t
PLANTA
EJEPARED TANQUE Y ANILLO
DE FUNDACION
b
h o
TANQUE
SECCION A - A
0.15
RELLENO COMPACTADO AL 95% DE PROCTOR
ESTR. f _____ C / _____
CONCRETO POBRE
____ f ____ x VAR.
GROUT BISEL 2"x1" (HORxVERT)
MATERIAL DE RELLENO PERMEABLE GRANULAR Y NO CORROSIVO
BISEL 1"x1" (HORxVERT)
Le
( ) DIA. LONG.ASTM A-36 GALVANIZADO
4 fb
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