Análisis sísmico de tanques esféricos elevados - Garrido Chávez, César Augusto (2018)
Se presenta el estudio del comportamiento sísmico estructural de tanques elevados esféricos, los cuales son utilizados frecuentemente en el almacenamiento de hidrocarburos debido a que su geometría permite una distribución de presiones uniforme. La estructura está conformada por una esfera de acero conectada al suelo mediante un sistema de soporte compuesto por columnas arriostradas y distribuidas en el contorno circular, proporcionando la rigidez y resistencia al sistema. Se seleccionaron los parámetros geométricos y dinámicos más representativos del sistema estructural a través de un previo análisis de sensibilidad efectuado a siete tanques esféricos reales, el cual comprendió el estudio analítico de las ecuaciones diferenciales del movimiento y el análisis sísmico de los tanques. Las solicitaciones sísmicas del modelo empleado fueron calculadas a partir del espectro de diseño de pseudo-aceleraciones de la norma peruana E.030 vigente. Se utilizó un modelo tridimensional, donde la interacción líquido-estructura fue definida por modelos equivalente de masa-resorte, y se consideró que el contenido de fluido fuera agua. El modelo generado fue validado con un modelo de elementos finitos para definir la interacción liquido-estructura, alcanzando porcentajes de error menores a 8% en las frecuencias naturales de vibración. Del estudio sísmico en la familia reducida de tanques se obtuvieron las fuerzas cortantes sísmicas basales y los desplazamientos laterales máximos del tanque, observando que la variación de estas respuestas depende del factor de zona, el volumen de la esfera, el nivel de llenado y las rigideces del sistema de soporte. A partir de estos resultados se lograron identificar cinco parámetros que representan el comportamiento dinámico estructural los cuales son: la relación de esbeltez (RE), la relación diámetro y espesor de la cuba (DE), la relación de llenado del tanque (RH), el periodo de vibración lateral del tanque (Ty) y el grado de acoplamiento torsional (Ωθ). Posteriormente, se generó una familia de 324 casos a partir de una combinatoria de los cinco parámetros mencionados, los cuales fueron analizados con espectros correspondientes a las cuatro zonas sísmicas que indica la norma E.030. Del análisis sísmico se obtuvieron los periodos de vibración, las fuerzas cortantes basales, los momentos de volteo y los desplazamientos laterales, observando una clara diferencia entre los modelos de periodo de vibración corto (Ty = 0.1s ~ 0.3s) y los de periodo de vibración largo (Ty = 0.4s ~ 0.6s), en donde en este último se tuvo un comportamiento acoplado entre el líquido y la estructura, es decir no existía un modo exclusivo relacionado al movimiento del líquido. Además, se apreció que el parámetro DE resulto muy influyente en todas las respuestas debido a su relación directa con el peso de la estructura y por ende de su rigidez. Adicionalmente, a partir de los resultados obtenidos se formuló un modelo simplificado que permitió representar los resultados globales de los modelos tridimensionales con un margen de error promedio menor a 7% en dichos valores.