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Spectral Seismic Analysis of Vertical Cylindrical Steel TanksAnálisis sísmico espectral de tanques cilíndricos verticales de acero

Resumen

Se analizan los resultados de la respuesta dinámica de un tanque cilíndrico de acero, ubicado en la zona sur-oriental de Cuba; sometido a excitación sísmica horizontal, a partir del desarrollo de diferentes modelos de cálculo; tomando como referencia el código de diseño API 650 del 2013 y los parámetros que caracterizan el peligro sísmico de la República de Cuba, establecidos en la NC 46:2017. En la investigación se desarrollan dos modelos matemáticos de cálculo; uno simplificado basado en el sistema mecánico equivalente descrito por Housner en 1963 y otro complejo, el cual integra la técnica de los elementos finitos y el método del análisis modal espectral, con la ayuda del software profesional SAP2000, v.22.0 Al analizar los resultados se concluye que, (1) los valores de períodos en tanques son elevados debido a las oscilaciones del fluido almacenado, (2) existe concordancia entre el método analítico, especificado en API. 650, y los modelos computacionales basados en elementos finitos, (3) el modelo desarrollado a partir de elementos finitos, corrobora la existencia de deformaciones en la parte baja de las paredes del tanque, conocidas como “pata de elefante” y “punta de diamante”, así como, pandeo en la parte superior de la pared lateral del tanque, causado por el efecto del oleaje y (4) de acuerdo con las relaciones de aspecto tenidas en cuenta (H/R), en las cuales el radio es constante, el período del modo convectivo disminuye su valor, en la medida que disminuye dicha relación de aspecto; tornándose el modo impulsivo menos dominante.

I. INTRODUCCIÓN

Los tanques cilíndricos de acero son estructuras especiales construidas con el propósito de almacenar líquidos como agua, combustibles, productos químicos, hidrocarburos y sus derivados, entre otros; son ampliamente utilizados en la industria del gas, petroquímica y energética. Estas estructuras son susceptibles de sufrir algún tipo de falla en caso de sismos de magnitudes sísmicas medias y altas [1], tales como grandes deformaciones en la parte superior e inferior de la pared del tanque, ruptura en las conexiones entre el tanque y las tuberías, ruptura de la unión soldada entre las paredes y el fondo, pandeo en la parte inferior de las paredes del tanque, entre otros.

Terremotos como los ocurridos en 1960 en Chile; 1994 en Northridge, California; 1995 en Kobe, Japón; 1999 en Kocaeli, Turquía; Haití y Chile en 2010; evidencian la susceptibilidad de este tipo de estructuras a las acciones sísmicas. Por este motivo, la respuesta de este tipo de estructuras ante terremotos intensos ha sido objeto de numerosas investigaciones experimentales y analíticas, principalmente dirigidas a determinar tanto la influencia de las presiones hidrodinámicas como a proponer procedimientos fiables para evaluar las fuerzas dinámicas inducidas por la componente lateral de un movimiento sísmico a partir de modelos mecánicos simplificados [2].

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Información del documento

  • Titulo:Spectral Seismic Analysis of Vertical Cylindrical Steel Tanks
  • Autor:Felix-López, Nelson-Saint; Álvarez-Deulofeu, Eduardo-Rafael; Candebat-Sánchez, Dario
  • Tipo:Artículo
  • Año:2021
  • Idioma:Inglés
  • Editor:Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia - UPTC
  • Materias:Acero Sismicidad Tanques
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