norma pdvsa tanques
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DOCUMENTO P 631
DOCUMENTO P
DISENO SiSM ICO DE TANQUES M ETALICOS
PDVSA FJ-2S1. ESPECIFICACIONES DE INGENIERiA
NOTA DEL COORDINADORAprobadas en Abril de 1993, estas especrficacrones estan incorporadas al M anual de Inge-
ruerta de D rserio de P DV SA , E spec iaJidad N ° 19. C ontiene c om entanos no reproduc idos aquf E n
la G uia de Ingenierfa P DVSA 90615 1.014 se e jempH f fca su ap li cac i6n.
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632 DOCUMENTO P
CONTENIDO Pag
1 GENERAL 63 3
1 .1 A LCANCE 63 3
1 .2 REFERENC IAS 63 3
2 GLO$ARIO Y NO TAC IO N 63 3
2 1 G L05AR IO 63 3
2.2 NO TAC ION 635
3 MOVIM JENTOS SfSM ICO $ DE D lsENO 637
4 ESPECTROS DE D lsENO 638
5 C OM PO NE NTE S SfsM IC AS 63 9
6 COMBINAC ION DE ACC IONEs 639
7 M OD ELO M ATE MAT IC O 63 9
7 1 P RO C ED IM IE NT O 63 9
7 2 PESOS EFECT IVOS 640
7 3 ALTURAS EFECTIVAS 641
74 P ER foD OS D E VIBR AC IO N 64 1
8 FUERZAS EN LA BASE DEL TANQUE 643
8 1 COMPONENTE SfSM ICA HORIZONTAL 643
8.2 COMPONENTE sfSM ICA VERT ICAL 644
9. ALTURA MAxiMA DE OSC ILAC ION DEL LfQU IDO 645
10.D ISENO 645
10.1 GENERAL 645
10.2 RESISTENC IA AL VO L(AM IENTO 645
10.3 E SPE SO RD E LA P LAN CH A D E FO ND O 64 6
10.4 COMPRESION ACTUANTE EN EL AN ILLO INFERIOR 646
105 C OM P RE SIO N AD MlslB LE E N E L AN ILLO IN FE RIO R 64 8
1 0.6 AN IL LOS SUPER IORES 64 8
10.7 A NC LAJE D E T AN QU ES 64 8
10 8 E SFUERZO C IRC UN FERE N CIA L N E TO 64 9
109 T UB ER fAS 65 0
10 10 C ON $ID ER AC IO NE s A DIC IO NA LE s 65 0
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DOCUM ENTO P 633
1. GENERAL
1.1. ALCANCE
E n estas espec ificac iones se establecen los c riterios m inim os para el drse-
no sism ica de tanques de acero, c ilfndricos, verticales, can presi6n interna no
mayor a la presion atrnosfenca y que estan apoyados direc tamente sabre el
terreno
E ste volumen de espec ificac iones va acornpanado de un volumen de (0-
menta nos que tiene como proposrto senalar los fundam entos de estas espe-
oficaciones y ejem plific ar su apticaoon.
E stas espec ific ac iones deben ser utilizadas en c onjunto c an las espec ific a-
c lones de Ingenieria P DVSA JA-221 IID iseno Antisism ico de Instalac iones In-
d ustria le s" .
Las espec ificac iones contenidas en la Secoon 3 de esta espec rficac icnpueden ser sustitu idas par los resultados de estudios de sino que incorporan
el peligra sism ica en la zona y las carac teristicas propias del subsuelo local.
1.2. REFERENCIAS
1.2.1. ESPECIFICACIONES DE INGENIERIA PDVSA
PDVSA Normas de diserio, P revenc ion y P rotecc ion contra lncendios.
P D VSA JA-221 D iserio Antisfsm ic o de Instalac iones Industria les. Volum en 18.
1.2.2. REFERENCIAS DE LA INDUSTRIA(aVEN IN 1618: E struc turas de Acero para Edrf icaciones. P ro ye cto , F ab ric a-
c io n y Cons tru cc i6 n.
C OVE NIN 1753: E struc turas de C onc reto Armada para E difkac iones. Anali-
sis y D ise no .
(O V EN IN 1756: E dific ac iones A ntisism ic as.
M .J.N P RIE ST LE Y(E ditor and C hairman). Seism ic D esign of S torage T anks.
N ew Z ealand N ational Soc iety for E arthquake E ngineering.
D ec em ber, 1 986.
AP I Standard 650, Appendix E . Seism ic D esign of Storage Tanks.
U ltima edic io n.
2. GLOSARIO Y NOTACION
2.1. GLOSARIO
Amortiguamiento: Capa cid ad d e lo s mate ria les y s is temas de d is ipar ene rg ia .
Analisis Dinamico: Anahsis para determ iner la respuesta ante sohc itac iones
dinarnic as. C an frec uenc ia en las norm as se hac e referenoa al anallsis realiza-
do en base a un espec tro de diseno, tomando en cuenta las propiedades
m odales de la estruc tura y obteniendo la respuesta m ediante la cornbinac ion
de los valores correspondientes a cada m odo.
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634 DOCUMENTO P
Anclajes: Pernos, barras 0 planchas utilizadas para anclar el tanque al arullo
de concreto.
Carga de Servicio: Es una cornbinacion de cargas probables en condiciones
normales de servicio. que la estructura debe ser capaz de resistrr con suselementos estructurales sometidos a esfuerzos admisibles, inferiores a su ca-
pacidad real.
Carga Permanente: Es la debida al peso de todos los componentes estruc-
turales, as! como 105 sistemas y componentes no estructurales permanentes
tales como tubertas. plataformas, bandejas y equipos fijos de servicro.
Cedencia: Estado en el cual un material exhibe una desviacion especificada
de la proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones.
Coeficiente de Amortiguamiento Equivafente: Es la fracoon del
arnortrquarniento crlnco que incorpora lasdiversas formas de disipaoon de
enerqla del sistema tanque-liquido-suelo.
Coeficiente Sismico: Es el cociente entre la fuerza cortante horizontal de
diseno que actua en el ruvel de base (corte basal) y el peso total par enema
del rnrsrno.
Ductilidad: Es la capacidad que poseen 105 componentes de un sistema es-
tructural de hacer incursiones alternantes en el dominio inelastico, Sin perdi-
da apreciable en su capaodad resistente (vease: Factor de Ductilidad).
Efectos Convectivos: Son aquellos efectos dinarnicos asociados a las oscila-
ciones del llquido.
Efectos Impulsivos: Son aquellos efectos dinarnicos asociados al rnovirruen-
to del ltqutdo como un cuerpo rfgido
Espectros: Define la respuesta maxima de osciladores de un grado de liber-
tad y de un mismo arnortiquarruento, sometidos a una historia de aceleracio-
nes dada, expresada en funcion del perfodo.
Espectros de Diseiio: Es aquel espectro asociado a sismos de diseno, en el
cual se ha incorporado el arnortrquarniento y el factor de reducci6n de res-
puesta correspondiente al sistema resistente a sismos.
Factor de Ductilidad: Es un valor que describe la ductilidad global esperada
del sistema resistente a sismos, el cual cuantrtica la relaci6n entre los despla-
zamientos rnaxlrnos reales y los desplazamientos calculados suporuendo un
comportamiento elastico lineal de la estructura.
Factor de Reduccion de Respuesta: Es el factor que divide las ordenadas
del espectro de respuesta elastica para obtener el espectro de diseno
Grado de Riesgo; Escala de clasificaci6n de riesgos que depende del nurne-
ro de personas expuestas y de las eventuales perdidas econornicas como con-
secuencia de falla 0 mal funcionarruento de la estructura
Modo Convectivo: Esel primer modo de vrbracion dellfquido conterudo en
el tanque; ellfquido experimenta un movimiento oscilatorio respecto a un eje
honzontal que coincide con el drarnetro del tanque.
Modo Impulsivo: Es el modo de vibraci6n del sistema tanque-liquido en
donde ellfquido se mueve al unfsono can el tanque.
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DOCUMENTQ P 635
Nivel de Base: Esel nivel de la estructura donde se admite que las acciones
sfsmicas se transmiten a ella.
Peligro Sismico:Cuantifica la probabilidad de ocurrencia de eventos slsmicos
futures que pueden afectar en forma adversa el comportamiento de mstala-
ciones.y par ende la activrdad del hombre
Perfodo de Vibration: Es una propiedad del sistema tanque-Ilquido. que
depende de su geometrfa, sus masas y sus ngideces.
Periodo medio de Retorno: Duracron media entre ocurrenoas de un deter-
minado evento.
Probabilidad de Excedencia: Probabihdad de que un nivel espectnco del
movimiento del terreno, 0 un mvel de efectos econ6micos 0 socrates causa-
dos por el sisrno. sea excedrdo en un lugar 0 region durante un lapso de
nernpo determinado.
Vida Util: Nurnero de aries representativo de la duracion econ6mica proba-
ble de una instalaci6n.
2.2. NOTACION
Ad = Ordenada del espectro de d i seno expresada como fracci6n de la
aceleraci6n de la gravedad. Es adrmensional.
Ao = Aceleraci6n maxi ma del terreno expresada como fraccion de la ace-
leraci6n de la gravedad. Es adimensronal.
o = Diarnetro del tanque, en metros.
E
=Modulo de elasticrdad de las paredes del tanque, en kllogramos
por centimetro cuadrado.
Fa = Esfuerzo admisible de cornpresion en la base de la concha, en kilo-
gramos por centlmetro cuadrado.
Fby = Esfuerzo correspondiente al llrrute elastica de la plancha de fonda,
en kllogramos par centlmetro cuadrado.
Fty = Esfuerzo carrespondiente al limite elastica del anillo inferior de la
pared del tanque, en kilogramos por centlmetro cuadrado.
G = Gravedad espedfica dellfquido almacenado.
H = Altura maxima de l liquido, en metros.
Kh = Coeficiente usado para el calculo del perfodo T1.
Kv = Coeficiente usado para el cakulo del perfodo Tv.
M = Momento en fa base del tanque deb ida a la combinacion de los
efectos impulsivos y convectivos, en kilogramo-metro.M 1 = Momenta en la base del tanque debido a los efectos rmpulsivos, en
kiloqrarno-rnetro.
M2 = Momento en la base del tanque deb ida a los efectos convectivos,
en kilogramo-metro.
P = Probabilidad de que la aceleracion del terreno no exceda el valor a,
en t anos.
Pe = Punta de ebullici6n dellfquido (O().
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636 DOCUM ENTO P
P i = Punto de inflamaoon del ltquido (O().
R = Radio nominal del tanque, en metros.
T = Perfodo fundamental de la estruetura, en segundos.
T1 = Perfodo del modo rrnpulsivo, en segundos.T2 = Perfodo del modo convectivo, en segundos.
Tv = Perfodo de vibraci6n vertical del sistema tanque-liquido, en
segundos.
T O = Valor del perfodo que caracteriza el espectro elastico normalizado,
. en segundos.
T* = Valor del perfodo que caractenza el espectro eiastico norrnahzado,
en segundos.
V = Fuerzacortante en labasedel tanque debida a los efectos impulsivos
y conveetivos, en kilogramos.
V1 = Fuerzacortante en labasedel tanque debida a losefectos .mpulsivos,
ell krloqrarnos.
V2 = Fuerza cortante en la base del tanque deb ida a los efectos
convectivos. en kdogramos.
W = Pesototal del hquido. en kilocrarnos.
Wl = Maximo peso del contenido del tanque que se puede utihzar parares.stir el momento de vuelco, en kilogramos por metro.
Wp = Pesode las paredes del tanque, en kiloqrarnos.
Wt = Pesode las paredes del tanque mas el peso de la porcion del techo
que se apoya en las mismas, en kilogramos par metro lineal de
circunferencia.Wte ::;:Peso del techo del tanque, en kilogramos
W1 ::;:Pesoefectivo delliquido que vibra al unisono con el tanque (modo
rmpulsivo), en kilogramos.
W2 ::;:Pesoefectivo delliquido que participa en el primer modo de vrbra-
cion dellfquido (modo convectivo), en kilogramos.
Xp ::;:Altura del centro de gravedad de las paredes, referida a la base del
tanque, en metros
Xte = Altura del centro de gravedad del techo, referida a la base del tan-
que, en metros.
Xl = Altura del peso W1, en metros.X2 = Altura del peso W2, en metros.
a = Aceleraci6n maxima del terreno (em/52).
a* = Aceleraci6n caracterfstica del peligro sismica en cada localidad
(crn/s').
b = Fuerza de cornpresion en la base de la concha, en kilogramos per
metro lineal de circunferencia.
d = Altura maxima de oscilacion del Ifquido, en metros.
fc = Esfuerzo de cornpresion actuante en el anillo inferior de la pared
del tanque, en kilogramos por centimetros cuadrados.
9 = Aceleracion de gravedad iguaJa 981 ern/seq".
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DOCUMENTO P 637
p = E xponente que define la ram a descendente del espec tro .
pl = P ro bab ilid ad de exc ede nc ia an ua l.
t :;;: Vida utll a vida econormca a sig na da a la in sta la ci6 n (anos)
t c
= E spesor del anillo inferior de la pared de l ta nq ue , e n m ilim etro s.tb :;;: Espesor de la p lancha de fonda que esta de ba jo d el an illo inferio r,
en m llfmetros
tm = E spesor prom edlo de los aru llos que constituyen la pared del tan-
q ue , e n rru llm etro s.
~ = U no de los parametres que defm en la forma de los espec tros.
~* = F ac tor de am plrnc aoon espec traL
o :;;: E sfuerzo c ircunferenc ial m axim o en el an illo in ferior de la pared del
tanque, en kg/cm 2.
aSh = Esfuerzo circunferencial en la base de la concha, debido a la com
ponente horizonta l de l sisrno. e n kg /cm2.crev = E sfuerzo c rrcunferenc ial en la base de la concha, debido a la com
ponente vertica l de l sism o, en kglcm 2.
Y = V alo r c arac te rfstic o de l p eligro s ts rruco en cada lo calidad.
Y L = P eso €spedflco del H quido, en kg/m2
S = C oefic ien te d e amo rtiguamie nto e qu iva le nte. A dirne nsion al.
3. M OVIM IEN TO S SiSM IC O S D E D ISENO
La aceleraoon maxim a del terreno es una func ion de la probabilidad anual
de exc edenc ia del m ovim iento y de la vida uti! de! tanque.La probabilidad de exc edenc ia anual (p 1) del m ovim iento slsrruc o de dise-
no se determina segun 1 0 indic ado en la Tabla 3.1. La definic i6n del G rado de
Riesgo esta dada en la Seccion 4 de la especi f icacion PDVSA JA-221,
Tabla 3.1
PRO BABJLlD AD ES D E EXCED EN CIA AN UAL (p1) D E lO S M OV IM IEN TO S
D E D ISE NO
CONTENIDQ DEL TANQUE GRADO DE RIESGO
A B C(MENOR) (iNTERMEDIO) (MAYOR)
uquidos no mtlamabies ni toxicos,
o de baja lnflarnabrlidad 0,002 0.002 0,002
Uquidos de mediana inflamabilidad. 0,002 0,002 0,001
Uquidos tClXlCOS 0 de alta mftarnabrndad, 0,002 0,001 0,0005
Agua contra incendio. 0,001 0,001 X
X =Se seteccicnara el valor m as pequeno entre los valores de pl asociados a cada tanque de la
plan ta .
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638 DOCUMENTO P
La probabihdad (P ) de no excedenc ia del movirruento sism ico durante la
vida util de la instalac i6n es:
t
P = (1 - p1)
Donde "t" es la vida util. en anos.
C onoc idos los valores de "P " Y "t", la aceleracion maxim a" a" de l terreno
se dete rm ina sequn la f ormu la 6.3 de la Sec cio n 6 2 de P DVSA JA-221. Esta
se refiere a las componen tes horizontales del rnovirruento sismico.
La aceleracon de la c om ponente vertic al de l m ovim iento sisrnico es iq ua l
a 2/3 el valor de la com ponente horizontal.
4. ESPECTROS DE DISENOLos espec tros de diseno estan dados en la Secc ion 7 de la Especi f icacion
PDVSA JA- 221, expresados como una funcion del coeficrente de
amo rtig uamie nto e qu iv ale nte S y el fac tor de duc tilidad del sistem a en consi-
deracron. E I fac tor de duc tilidad se tamara igual a la unidad.
E I c oefic iente de arnortiquarm ento equivalente del sistem a tanque-lfqu i-
da-suelo esta dado en la Tabla 4.1 de esta espec ificac ion. La desiqnac ron del
trpo de suelo corresponde a la dasif icacron dada en la Secc lon 5.1 de PDVSA
JA-221.
Tabla 4.1COEFICIENTES DE AMORTIGUAMIENTO EQUIVALENTE (s)
EFECTOS IMPULSIVOS
SUELOS 51 Y 52 SUELOS S3 Y 54 EFECTOS
DIRECCI6N DIRECCI6N DIRECCI6N DIRECCI6N CONVECTIVOS
HORIZONTAL VERTICAL HORIZONTAL VERTICAL
TANQUES 0,03
ANClADOS (a)
0,05 0,05
(b)
0,08 0,005
T AN QU ES N O
ANClADOS 0,10 0,05 0,15 0,08 0,005
(a): Se puede elevar hasta 5% si los anc iajes se diselian com o anc lajes duc tiles que trabajen en
el ra ng o melastrco.
(b): Se p uede elevar haste 7% 5 1 los anc lajes se disenan c om o anc lajes duc tiles que trabejen en
e l ra ng o inelasttco.
C uando se tra te de determ inar el espectro de diseno para los efec tos
convec tivos, la ordenada espec tral para perfodos mayores que 3 segundos
puede ser calcu lada utilizanda un valor del exponente "p" igual a 1,5, en
sustituc ion del valor dado en la Tabla 6.1 de la E speofkac ion PD VSA JA-221 .
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DOCUMENTO P 639
Las formulas para determinar el espectro de diseno para los efectos
impulsivos son las siquientes:
Ad =Ao
Ad = Ao [1 + ( T - 0,05 ) ( ~ * _ 1 ) 1T O _ 0,05 J
; T ~ 0,05 seg
; 0,05 seg < T < T O
Ad = ~* Ao
Ad =~. Ao (~)" ; T> T*
Para los efectos convectivos, a las cuatro zonas espectrales anteriores se Ie
anade una quinta zona dada par.
(r*\P ( 3 \ 1,5
Ad = ~* Ao 3/ 11 T> 3,00 seg
Donde:
Ad = Orden ada del espectro de diseno expresada como fracoon de la
aceleracion de qravedad. Es adimensional;
Ao = Aceleracion maxima del terreno expresada como fracoon de la ace-
leracron de qravedad. Esadirnensional.
Los parametres 1 3 * , T O , T* y P estan dados en la Seccion 6.2.1. de PDVSA
JA-221; el valor del factor de reducci6n Rse ha supuesto igual a 1,0; T* = P.
5. COMPONENTES SISMICAS
E I movimiento sfsmico es ta caractenzado par espectros actuando en (ada
una de las dos direcciones horizontales ortogonales y la direcci6n vertical.
6. COMBINACION DE ACCIONES
Las tres componentes stsrnlcas del rnovirmento se consideran actuando
simultaneamente. Su efecto neto se incorpora en el cakulo de las sohotacio-
nes de drserio
7. MODELO MATEMATICO
7.1. PROCEDIMIENTO
EI analisis sfsmico descrito en esta Secci6n se basa en suponer que la
respuesta dinarnica en direcci6n horizontal del sistema tanque-lrquido esta
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640 DOCUMENTO P
definida por dos modos de vibraci6n: un modo impulsivo donde una parte
del t iqurdo se mueve al unisono con el tanque y un modo corwectwo donde
una parte dellfquido oscila independientemente del movimiento del tanque.
E I modelo dma rru co e sta c on stitu id o por dos pesos equivalentes donde
uno representa el efecto del modo impulsive y el otro el efecto del modo
convectivo La altura equivalente de cada peso refenda al fondo del tanque,
se utilize para calcular los momentos de volcamiento en !a base, resultantes
de los efectos hrdrodinarmcos.
Parael c alc ulo de los efectos tudrodmarrucos que Induce la accion sismica,
sepcdran utilizar modelos mas refinados que los aquf indicados siempre que
sea deb td amente ju strfic ado
7.2 . P E SO S E FE CT IVO S
Lospesos efectivos W1 y W2 se determinan multiplicando por W los vale-
resW1M1 y W21W obterudos de la Figura 7.1, donde:
Wl = Pesoefectivo dellfquido que vibra al unfsono con el tanque (modo
rrnpulsivo), en kilogramos;
W2 = Pesoefectivo del lfquido que participa en el primer modo de vibraoon del liquido (modo convectivo), en kilogramos;
W = Pesototal del liquido, en kilogramos,
D = Diarnetro nominal del tanque, en metros,H = Altura maxima del llcurdo. en metros.
Figura 7.1
1.0
~o .a
. . . . . .N
~0.6
~o
3 =00 4. . . . .
-~
02
r-,- , ~~
. . . . . . - I
> <V
:/ ~r'--~
Vo 2 4 6 1 a
D /H
PESOS EfECTIVOS
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DOCUMENTOP 641
7.3 . A LT U RA S E FE CT IV AS
Las alturas medidas desde el fonda del tanque hasta e! centroide de cada
peso efectivo. se obtienen de multiphcar par H los valores X 1 / H y X 2 / H obte-
rudos de la Figura 7.2, donde
X1 = Altura del peso W1, en metros;
X2 = Altura del peso W2, en metros.
Figura 7.2
10
1 \-,
<,)
1
j- - Ir-,I X /HI
t
iX 1M,
I
I
0-8J:. . . . . .
C ' I . I> < 0.6
0
:r:0.4
. . . . . .-x
0.2
o 2 3 4 5 s 7 8
A LT URA S E FE CT IV ASO /H
7.4. PER IO D O S D E VIBRACION
7.4.1. VIBRACIO N HORIZONTAL
EI perlodo T1 del modo impulsive del sistema tanque-lfquido esta dado
par:
T1= 1,762 H [ Y L ] 1 / 2Kh 9 E
Donde:
Y l = Peso especffico dellfquido, en kq/rn':
E = Modulo de elasticidad de las paredes del tanque, en kg/cm2;
Kh = Cceficiente defirudo en la Figura 7.3 siendo tm el espesor prome-
die (en mm) de los anillos que constituyen la pared del tanque, y R
el radio nominal (en metros) del tanque;
g = Aceleraci6n de gravedad.
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642 DOCUMENTO P
Figura 7.3
COEFICIENTE Kh
H/R
Figura 7.4
0.1
tm1000 R =0.010
::: 0 OO~
:::0 002
:::0.001
COEFICIENTE Kv
H/R
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DOCUMENTO P 643
El perfodo T2 del primer modo convectivo de oscilaci6n del llqurdo esta
dado par:
[0 ] 1/ 2
201t 29
T1 = [ ) ] 1 / 21,84 tanh (1,84 H I R
7.4.2. V IB RACIO N VER TIC AL
Elperfodo fundamental Tv de vioraoon vertical del sistema tanque-Ifquido
esta dado por.
Tv = 1,762 H [~] 1/2
Kv 9 E
Donde:
Kv =Coeflciente defimdo en la Figura 7 4, siendo tm el espesor prome
dio (en mm) de los anillos que constrtuyen la pared, y Rei radio
nominal (en metros) del tanque.
8. FUERZAS EN LA BASE DEL TANQUE
8.1. COMPONENTE SiSMICA HORIZONTAL
Lasfuerzas resultantes en la base del tanque seobtienen cornbmando los
efectos del modo impulsivo y del modo convectivo sequn el criteria del valor
maximo probable.
8.1.1. FUERZA CORTANTE
La fuerza cortante maxima probable Vesta dada par:
V1 = Ad 1 ( W1 + Wp + Wte)
V2 = Ad2 W2 .
Donde:
V1 = Fuerza cortante en la base debida a los efectos impulsivos. en kilo-gramos,
V2 = Fuerza cortante en la base debida a los efectos convecuvos . en
kilogramos;
Ad1 = Ordenada del espectro de diseno definido en la Secci6n 4, para el
perlodo T1.
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644 DOCUMENTO P
Ad2 ::::Ordenada del espectro de diseno definido en la Secci6n 4, para el
periodo T 2 ;
W1 = Pesoefectivo defmido en la Seccion 7.2;W2 = Pesoefectivo definido en la Secoon 7.2;
Wp = Peso de las paredes del tanque. en kilogramos:
Wte = Peso del techo del tanque, en kilogramos
8.1.2. MOM ENTO EN LA BASE
EI momenta maximo probable en la base del tanque esta dado por:
M = (M12 + M22f12
M1 = Ad1 (W1 Xl + Wp Xp +Wte Xte)
M2 = Ad2 W2 X2
Donde:
M1 = Momenta en la base del tanque debido a los efectos impulsivos,
en kllogramo-metro;
M2 = Momenta en la base del tanque deb ida a los efectos convectivos.
en kilogramo-metro;
Xl = Altura efectiva definida en el parrafo 7.3;
X2 = Altura efectiva defiruda en el parrafo 7.3;
Xp
=Altura del centro de 9ravedad de las paredes, referida a la base
del tanque, en metros;
Xte = Altura del centro de gravedad del techo, refenda a la base del
tanque, en metros.
8.1.3. ESFUERZOCIRCUNFERENCIAL
EIesfuerzo circunferencial (kg/cm2) producido en la base de la concha par
la componente honzontal del sismo esta dado par:
h - Vas - 10 1 1 : H tc
Donde:
V = Fuerza cortante maxima probable determinada en el parrafo 8 1 1,
en kllogramos;
tc = Espesor de la base de la concha (an 1 1 1 0 inferior), en rrulimetros.
8.2. COMPONENTE SiSMICA VERTICAL
EIefecta de la componente sismica vertical genera esfuerzos circunferen-
ciales dados por:
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DOCUMENTO P 645
cr6v = YL H R Adv10 tc
Donde:
csv= Esfuerzo circunferencial en
labase de la concha (anillo inferior)
debido a la componente sismica vertical, en kilogramos par centi
metro cuadrado;
Y l = Peso espectfico delliquido, en kilogramos por metro cubico:
Adv = Ordenada del espectro de disefio de la componente vertical del
sismo (Secci6n 5), obtenida con el perfodo Tv (parrafo 4.2).
9. ALTURA MAxIMA DE OSClLACION DEL LlQUIDO
La altura maxima de la onda producida par las ascilaciones del Ifquido
esta dada par:
d = 0,48 D Ad2
Donde:
Ad2 = Ordenada del espectro de diseno definido en la Secci6n 4, para
el perfodo T2;
D = Diametro nominal del tanque, en metros;
d :::::Altura maxima de oscilaci6n del llquido, en metros;
10. DISENO
10.1. GENERAL
Para efectos del diseFia del tanque siguiendo el metodo de esfuerzos ad-
misibles, las fuerzas en la base del tanque y 105 esfuerzos asociados a estas.
determinados en la Secci6n 8, se dividen entre 1,25.
10.2. RESISTENCIA AL VOlCAMIENTO
La resistencia al momento de vuelco es suministrada par el peso de las
paredes del tanque y par el anclaje de lasmismas. Para tanques no anclados,
esta resistencia es provista par el peso de las paredes y por una parte del peso
del contenido del tanque. Este peso esta dado por:
WL = 3,16 tb ...JFby G H
Adicionalmente, WL no debe exceder el valor de 20 G H D.
Donde:
WL = Maximo peso del contenido del tanque que se puede utilizar
para resistir el momento de vuelco, en kilogramos por metro;
tb = Espesor de la plancha de fondo que esta debajo de la concha, en
milimetros;
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646 DOCUMENTO P
Fby = Esfuerzo correspondiente al llrnrte elasnco de la plancha de fon-
do, en kilogramos per centimetros cuadrado;
G = Gravedad especffica del Ifquido almacenado;H = Altura maxima del ltquido. en metros,
D = Diarnetro nominal del tanque, en metros.
10.3. ESPESOR DE LA PLANCHA DE FONDO
EIespesor de la plancha de fondo que esta debajo de la concha no debe
exceder el mayor valor entre 105 dos siguientes: el espesor de la concha 6 6
mm Cuando el espesor de la plancha de fondo que esta debajo de la con-
cha, es mayor que el del resto de las pianchas del fonda, el ancho de la
plancha de fonda mas gruesa debera ser mayor 0 igual que 0,0017 WU G H,
donde el ancho esta dado en metros y medido en direcci6n radial.
10.4. COMPRESION ACTUANTE EN El ANllLO INFERIOR
10.4.1. TANQUES NO ANCLADOS
La fuerza de cornpresion par unidad de longitud actuante en e! anlHo
Inferior de la pared esta dada par'
i) Si: M S 0,785D2 (Wt + WL)
b = Wt + 1,273 M0
2
ii) Si: 0,785 < 02 (W~+ WL) s 1,5
b se determina a partir del parametro siguiente, obterudo de la Figura 10.1
b+WL
Wt+WL
iii) Si: 1,5 < D Z (W~+ WL) :::;1,57
b seobtiene de:
_b_+_W_L_= 1,490
Wt +WL [1- 0,637 M 1 1 1 2
D2(Wt +WL) J
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DOCUM ENTO P 647
iv) Si:M
D2 (Wt + WL) > 1,51
o cuando fc es mayor que Fa (parrafo 10.5), el tanque es estructuralmente
mestable par 1 0 que es necesario tomar alguna de las siquientes medidas.
a) Aumentar el espesor de la plancha de fonda que esta debajo de la
concha, respetando las lirr\itaciones dadas en 105 parrafos 10.2 y 10.3.
b) Aumentar el espesor tc del arullo inferior de la pared
c) Modificar las proporciones del tanque, aumentando el diarnetro y redu-
ciendo la altura.
d) Anclar el tanque como se espeofica en la Secci6n 10.7.
En las f6rmulas antenores, se tiene que:
b : Fuerza de cornpresron en el anillo inferior de la pared, en kilogramos
por metro lineal de circunferencia:
Wt :Peso de las paredes del tanque y de la porcion de techo que se apoya
en las rrusrnas. en kilagramos par metro lineal de circunferencta:
M :Momento en la base determinado sequn el Parrafo 8.1 2 dividido
entre 1,25, en kllogramo-metro.
fc = Esfuerzo de cornpresion actuante en el anillo Inferior de la
10 tc pared del tanque, en kilogramos por centimetro cuadrado.
b
Figura 10.1
100
20
I
I//
~
V- -
I
80
6.0.J .J
~ ~+ +. . . . i
4.0
cALCULO DEL PARAMETRO B
CUANDO SE TlENE:
M
oQ.8 1.0 1.2 1.4 1.6
0,785 s Dl (Wt + WL) s 1,5
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648 DOCUMENTO P
10.4.2. TANQU ES ANCLADOS
La fuerza de cornpresion en el anillo inferior de la pared se determina
mediante:
b = Wt + 1,273 M02
10.5. COM PRESION ADMISIBLE EN EL ANILLO INFERIOR
EI esfuerzo de cornpresron actuante en el arullo inferior de la pared esta
dado por fc. Este esfuerzo no debe exceder el valor Fadado por:
i) Si: G H 02 I te2 ;:::44
Fa = 844 te 10
ii) Si: G H 02 I te2 < 44
Fa = 388 te + 68,7 - {GHo
En cualquier caso, Fa no debe exceder el valor 0,5 Fty, donde:
tc : ~spesor del anillo inferior de la pared, excluyendo el valor naminal
par corrosion, en milimetros;
Fa : Esfuerzo admisible de cornpresion en el anillo inferior de la pared,
en kilogramos par centimetro cuadrado;
Fty : Esfuerzo correspondiente allimite elastico del anilla inferior de la
pared del tanque, en kilogramos par centimetro cuadrado;
D, H: Expresadas en metros.
10.6. ANILLOS SUPERIORES
5i el espesar en el anillo inferior de la pared calculado para resistir el mo-
menta debido a la accion slsrruca, es mayor que el espesor requerido para
resistir la presi6n hidrostatlca excluyendo de ambos el espesor por corrosion,
el espesor de cada uno de los anillos superiores calculados para resistir lapresion hidrostatica deber ser incrementado en la rrusrna proporcion a menos
que se haga un analisis especial para determinar el momenta y los esfuerzos
que genera la accron sismica en cada uno de los anillos superiores.
10.7. ANCLAJE DE TANQUES
10.7.1. ANCLAJE MiNIMO
Cuanda se considere necesano anclar el tanque, el anclaje debe ser dise-
nado para suministrar la siguiente resistencia minima en kilogramos par me-
tro lineal de circunferencia:
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DOCUMENTOP 649
1,273 M
02
Se deberan investigar los esfuerzos que se inducen en la concha en los
puntas de conexi6n de los anclajes, ba)o la condic i6n de cedencia de los
-Wt
mismos.
10.7.2. C ON SID ERAC JO NES D E D ISENO
10.7.2.1. La experienc ia ha indicado que tanques anc lados, d iseriados ade-
cuadam ente, tienen m ayor reserva resistente ante sismos que la que tie ne n
taliq\Jes r1o-allc lado5. Sl un tanque anc lado no se diseria apropiadamente, su
concha es susceptible de suf rir desga rram ien to . Se debe verificar que la resis-
tencia de los componentes del sistema de andaje es mayor que la res is tenc ia
ala cedencia del andaje de manera que estos cedan prlmero. Adicionalmente
a los requisitos dados en el parrafo 10.7 1. en el diseno de los anc lajes se
deben tomar en cuenta lo s parrafos 10.7.2.2 a 10.7.2.6.
10.7.2.2 . La distanc ia entre anc lajes adyacentes no debe exceder 3 metros.
En tancues can diametros menores de 15 metros, esta distanc ia no debe
exceder '1,80 metros. Cuando se utrhcen pernos de andaje, estes deben te-
ner un diarne tro minima de 25 mm , exc lu ido el valor de corrosion
10.7.2.3. E\ maximo esfuerzo admlsib\e para los componentes del andaje no
debe exceder los siquientes valores:
a) P ara los anc lajes, 0,8 vec es el esfuerzo c edente (0,6 vec es el esfuerzo c edente
multiplicado par 1,33).
b) P ara otras partes, 133 por ciento del esfuerzo adrrusible dado en la Sec-
cion 3.10 "Roofs" del API-650.
E stos esfuerzos pueden ser usados con otras cargas cuando estes se com-
binan con las cargas sisrnices y domina el efecto cornb.nado.
10.7 .2 .4. Los componentes del sistema de anc la je y la union con la concha
deben ser disenados para una carga iguaJ al produc to del m inima valor espe-
c ific ado del esfuerzo cedente par el +area minima de la secc ion del anc ia je
fm almen te s ele cc io na do .
10.7.2.5. La union del anc la je a la fundac i6n debe ser capaz de aceptar una
fuerza igual a la resistencia minima a la cedencia del ancla]e. Anc lajes con
ganchos 0 planchas en su extremo se pueden utinzar para r es is tir la t racc ion .10.7.2.6. La filia l de P DVSA debera espec ificar eJ espesor de corrosion que
debe ser anadido a las dim ensiones del andale. E I andeje definitivo, m duyen-
do el esp esor de corrosion, debe ser usado para determ inar las cargas de
diseno de los componentes del sistema de andale y de la fu nd ac i6 n.
10.8. ESFUERZO C IRCUN FE RENC IAL NETO
10.8.1. EI esfuerzo maximo de tracc i6n a 1 0 largo de la c ircunterenda del
aru llo infenor, se determ ina superponiendo el esfuerzo hic rostatico can eJ
hidrodinarnico debido a las c om ponentes sis m ic as horizonta l y vertical.
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650 DOCUMENTO P
0'= +[)
112{aSh 2 + (asv)2]
1,25
Donde
(J = Esfuerzo maximo de tracci6n, en kq/crn-:
tc = Espesor del anillo inferior de la pared del tanque en mm;
aeh = Esfuerzo producido por la componente honzontal del srsrno
(parrafo 8.1.3), en kg/cm2;
crev = Esfuerzo producido por la componente vertical del sismo (parrafo
8.2), en kq/crn'.
10.8.2. EI esfuerzo maximo de tracci6n 0' no debora exceder el esfuerzo ad-
rnisible del material dado en el parrafo 3.6.2 del API-650, multiplicado por
1,33.
10.9. TUBERIAS
Todas las tuberlas unidas a la concha 0 al fonda del tanque deben poseer
t lexibihdad en la drreccron vertical. En el caso de tuberfas ubicadas en la por-
ci6n superior del tanque, se les debera permitir flexibilidad tarnbien en direc-
cion horizontal. En el caso de tanques no anclados que pueden levantarse,
las tuberlas conectadas al tanque deben tener la capacrdac de levantarse
junto con el mismo,0
deben colocarse de forma tal que la distancia horizon-tal medida desde la concha hasta el final del elemento de conexi6n sea igual
a el ancho calculado en el parrafo 10.3 mas 30 cm.
10.10. CONSIDERACIONES ADICIONALES
10.10.1. Los tanques can techo fijo deberan ser disenados para prevenir los
dartos que puedan causar las presiones ejercidas par las oscilaciones en la
superficie dellfquido, 0 alternativamente, mantener una distancia libre entre
la superficie del llquido y el techo igual a la altura maxima de oscilacion del
Ifquido determinada en la Secci6n 9. Los tanques con techo flotante. 0 los
que no tengan techo, en los cuales no se pueda aceptar el derrame de sucontenido, deberan diser'iarse con el mismo enteric.
10.10.2. Las bases de las colurnnas que soportan el techo deberan ser dise-
nadas para prevenir movimiento lateral durante srsrnos. Las columnas seran
disenadas tomando en consideraci6n las fuerzas que induce el movimiento
oscilatorio de la superficie del Ifquido.
10.10.3. En el diseno de la fundaci6n, se deben considerar las fuerzas verti-
cales adicionales en la concha producidas per la acci6n sismica.
10.10.4. Una alternativa valida de diseno de los anclajes en tanques cons.ste
en el uso de anclajes ductiles que trabajen en el rango inelastico, En este
case, la resistencra requerida en los anclajes. dada en el parrafo 10.7.1, se