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• DanielValverdeUtrilla

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ADDENDUM Nº AD-001-07. TK 1 PISCO MEMORIA DE CÁLCULO INSTALACIÓN DE ANCLAJES EN TANQUES ATMOSFÉRICOS TANQUE Nº 1 PLANTA PISCO – OCTUBRE 2007 1.- Introducción Los tanques de almacenamiento, verticales y que son construidos según la norma API 650, son extensamente usados en el Perú para el almacenamiento de hidrocarburos. Dicha norma, cuya aplicación es exigida por la legislación nacional, proporciona diversos criterios de diseño para cada uno de los componentes del tanque. Es el caso y especialmente en nuestro país se hace necesario efectuar cálculos de diseño estructural y estabilidad de tanques de almacenamiento de techo fijo, para cargas sísmicas. 2.- Diseño de tanques de almacenamiento para cargas sísmicas En el territorio peruano existen vastas zonas donde es probable la ocurrencia de movimientos sísmicos. Las cargas derivadas de los sismos producen en los tanques de almacenamiento, esfuerzos muy superiores a los normales y pueden inclusive comprometer su estabilidad. En el apéndice E de la norma API 650 se incluye un procedimiento para el diseño sísmico de Tanques de almacenamiento. Si bien dicho apéndice no es mandatario, su aplicación es recomendable para todos aquellos tanques que se proyecten en las zonas sísmicas del país. De hecho, el DS Nº 051-93, Reglamento de Normas para la Refinación y Procesamiento de Hidrocarburos, establece en su artículo 56 la obligatoriedad de diseñar los tanques a prueba de sismos según el apéndice E. El DS Nº 052-93, Reglamento de seguridad para Almacenamiento de hidrocarburos, no es explícito en exigir la aplicación del apéndice E, pero indica que debe darse especial atención a las cargas sísmicas en el diseño. El procedimiento de diseño sísmico recomendado en el API 650, apéndice E, considera que el tanque responde a la excitación producida por el movimiento sísmico de dos modos: a) Una respuesta de alta frecuencia debida a la vibración del techo, cilindro y de la porción de líquido que se mueve solidariamente al cilindro. A la porción de líquido que vibra al unísono con el tanque se le llama masa impulsiva. Durante el movimiento sísmico se asume que esta masa se comporta como un cuerpo rígido. La masa impulsiva esta compuesta por el líquido en la parte inferior del tanque. b) Una respuesta de baja frecuencia debida al movimiento de la porción del líquido que no es solidario al cilindro, a su propia frecuencia natural. A esta porción de líquido se le denomina masa convectiva y esta compuesta por el líquido más próximo a la superficie. Este volumen de líquido tiene libertad para moverse verticalmente, generándose un movimiento de tipo ondulatorio (olas). La proporción de repartición de líquido entre las masas impulsiva y convectiva depende de la relación diámetro/ altura del tanque. En tanques altos predomina la masa impulsiva, mientras que en tanques bajos predomina la convectiva. Como consecuencia de su movimiento, ambas masas generan sobre las paredes del tanque presiones hidrodinámicas, La resultante de esta distribución de presiones es una fuerza lateral actuando a una determinada altura sobre la base del tanque. Esta resultante de las presiones se manifiesta en la sección inferior del cilindro como una fuerza cortante y un momento de volteo.

El momento de volteo en la sección inferior del cilindro origina compresión en una mitad de la circunferencia del cilindro y levantamiento en la otra. Si el momento es suficientemente alto, puede producirse inclusive el completo volteo del tanque. Los esfuerzos de compresión, pueden determinar la falla por pandeo de la parte inferior del cilindro. La tendencia al volteo generada por el movimiento sísmico es contrarrestada, en tanques sin anclajes, por las siguientes fuerzas: Peso del cilindro del tanque y de la porción del techo soportada por el cilindro. Peso de la porción del líquido adyacente al cilindro. El volumen del contenido del tanque que se puede considerar se opone al volteo, depende del espesor de la plancha del fondo debajo del cilindro. Cuando este espesor es grande, el fondo es más rígido y mayor es su aporte en contrarrestar el volteo. Cuando el espesor es pequeño el fondo se aproxima a una membrana totalmente deformable y no aportará mayor resistencia al volteo. Los tanques en los cuales el momento de volteo no pueda ser contrarrestado por las fuerzas señaladas y por lo tanto tendrían tendencia al volteo completo; o aquellos en los cuales las fuerzas de compresión superen la fuerza crítica de pandeo, se denominan inestables. Cuando en el proceso de diseño de un tanque se identifica que este es inestable, es necesario tomar alguna o varias de las siguientes medidas: - Aumentar el espesor e la plancha del fondo - Anclar el Tanque a la cimentación. - Incrementar el espesor del cilindro - Cambiar las proporciones del tanque. El apéndice E da los criterios necesarios de calculo para estas condiciones. Como un criterio preliminar, aquellos tanques con una relación H/D mayor a la indicada en la tabla siguiente es probable tengan un comportamiento inestable; y por lo tanto se justifica una evaluación detallada de su diseño. Tabla 1: Relación máxima H/D a la cual es probable el cumplimiento del API 650. Válida para zonas de alta sismisidad. Diámetro (metros) D