Análisis, cálculo y diseño sismorresistente de tanques elevados de hormigón armado tipo Intze de acuerdo a las Normas ACI 350.3-06 y la Guía Boliviana de Diseño Sísmico 2020

Abstract

Los tanques elevados de hormigón armado para el almacenamiento de agua desempeñan un rol de gran importancia dentro de un sistema de distribución de agua, por lo cual es importante realizar un adecuado análisis, calculo y diseño sismorresistente de estos. En el presente proyecto de grado, se desarrolló el análisis, calculo y diseño sismorresistente de un tanque elevado de hormigón armado tipo Intze de 1800 m3 de capacidad, desde su concepción, el redimensionamiento de los elementos estructurales que la componen. Para la construcción del espectro de diseño, se calcularon los parámetros de sismicidad según la Guía Boliviana de diseño sísmico, por otro lado, para el cálculo de los parámetros dinámicos se hizo uso de normativa extranjera, en este caso la ACI 350.3-06, esto debido a que en nuestro país no existe reglamentación para ejecutar el análisis sísmico de tanques elevados de hormigón armado. Se realizaron tanto el análisis sismo estático como el dinámico modal espectral del tanque elevado de hormigón armado tipo Intze. El análisis sísmico estático, se calcularon fuerzas sísmicas según procedimientos estáticos, hallando un cortante basal horizontal de 6711.19 [kN]. El mismo valor fue hallado haciendo tanto el cálculo manual como el obtenido por el programa SAP 2000. Para el análisis dinámico modal espectral, el modelo dinámico de interacción líquido – estructura usado fue el modelo propuesto por G. W. Housner en el cual la masa total del líquido tiene dos componentes: impulsiva y convectiva. Para el modelamiento de la estructura y su análisis dinámico se usó el programa SAP 2000. Los periodos convectivo e impulsivo obtenidos fueron de: 4.50 y 0.06 [s] respectivamente, y conjuntamente con el espectro de diseño, se realizó el análisis dinámico del tanque elevado, obteniendo un cortante basal dinámico de 5118.73 [kN]. Este valor al ser menor que el cortante basal estático, se debe multiplicar por un factor de corrección igual a 1.311, para que su valor se asemeje o sea igual al cortante basal estático, esto está establecido en la Guía Boliviana de diseño sísmico de 2020. Para el cálculo de la fundación anular se asumió una tensión admisible del terreno de 200.00 [kN/m2], y con los valores de momento de volcamiento y fuerza vertical total en estado de servicio se realizó el predimensionamiento de la fundación, el cual fue modelado en el programa SAP 2000 y para simular un comportamiento real de la estructura, interacción suelo – estructura, se hizo el cálculo de rigideces de resorte vertical y horizontal. Con los esfuerzos obtenidos del programa SAP 2000, se realizó el diseño de los elementos estructurales que conforman el tanque elevado de hormigón armado tipo Intze, predominando el diseño a tracción, presente en la mayoría de los elementos estructurales, y realizando la verificación en Estado límite de Servicio a través del diseño a fisuración tanto de la pared cilíndrica como de la pared troncocónica de fondo en el sentido radial. Para el análisis y comparación de costos, previamente se realizó el diseño del tanque elevado tipo Intze sometido a acciones de viento, según la NV – 65, concluyendo que el diseño sismorresistente es 23 % más costoso que el diseño a viento. Concluyendo que, aunque la aceleración de la zona sísmica seleccionada sea la más baja según el mapa probabilístico de amenaza sísmica para Bolivia, el impacto que tiene en el diseño final es de consideración. Para ambos tipos de análisis, viento y sismo, se realizaron los respectivos planos detallando las cantidades y disposición de armaduras.