modelamiento de un tanque de acero para almacenamiento de alcohol de 500lt. de capacidad con sap...

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE ING. CIVIL

Ing. Julio César Vera Edquén 1 SAP2000

Diseño de la Cimentación de un Tanque apoyado de Acero para almacenamiento de Alcohol de 500 m3 de capacidad.

Datos Materiales:

Secciones:

Otros Datos:

Concreto f’c=280 Kg/cm2

Acero fy=4200 Kg/cm2

Acero A-36 Zapata : 0.50m*1.20m anular Viga cimentación : 0.40m*0.90m anular. Uso : Industrial Ubicación : Tumán-Chiclayo-Lambayeque-Perú. Suelo : Mejorado (hormigón compactado)

Elevación:

Planta:



Solución.‐ Paso 1 [Definir Unidades]: Ejecute el programa SAP2000. Seleccione las unidades iniciales en las que desea trabajar. Esta opción se encuentra en la parte inferior derecha de la pantalla principal de SAP2000, como se muestra a continuación.

Paso 2 [Selección del modelo]: Del menú principal (parte superior), abriendo la opción de File seleccione New Model. Esta acción lo llevará a la ventana de New Model que se muestra a continuación.



Seleccione la plantilla Shell Type ( Cylinder ). Esto lo conducirá a la siguiente ventana o pantalla:

Al presiona OK, se mostrará la siguiente ventana:

Paso 3 [Definimos la geometría reales del modelo] Procedemos a digitar los grid radiales y en elevación hasta obtener la geometría y dimensiones indicadas. También se debe cambiar la cuadrícula para ajustarla al nuevo modelo, quedando como sigue:



Paso 4 [Definición de las condiciones de los apoyos para el modelo]: Para cambiar las condiciones de borde, seleccione primero las juntas a cambiar (o sea todas las de la base) para cambiar su condición. Luego de seleccionar las juntas seleccione en el menú principal Assign y la opción de Joints y la sub‐opción de Restraints

o presione el icono del toolbar que se encuentra en la parte superior de la pantalla principal. Ambas acciones lo conducirán a la pantalla que se muestra a continuación



Paso 5 [Definición de los materiales a utilizar]: Verifique que las unidades con las que se especifican los sean las adecuadas. Para definir las propiedades de los materiales, seleccione Define del menú principal, de la lista que se presenta escoja la opción de Materials, esto lo conducirá a la pantalla que se muestra a continuación:

Luego seleccionamos Add New material Quick.



En Specification, eligimos ASTM A 36 por ser el acero con el que ese va a trabajar, luego clip en ok,ok

Luego definimos concreto f´c=280 kg/cm2

Paso 6 [Definición las propiedades de las secciones a utilizar]:

Verifique que las unidades con las que se especifican los sean las adecuadas. Para definir las secciones de los materiales, seleccione Define del menú principal, de la lista que se presenta escoja la opción de Section Properties, luego Area Section esto lo conducirá a la pantalla que se muestra a continuación:



Seleccionamos Add New Section:

La cual nos mostrara la siguiente pantalla :



Cambiamos de nombre en este caso Plancha ¼” del cuerpo del tanque,tipo de la sección (membrana),acero A 36 y espesor 0.00635 m.

Hacemos lo mismo con la plancha 5/16”,3/16”,1/2”,viga de cimentación(cuello de la zapata),zapata.



Paso 6 [Definición las propiedades de las secciones a utilizar]:

Verifique que las unidades con las que se especifican los sean las adecuadas. Para definir las secciones de los materiales, seleccione Define del menú principal, de la lista que se presenta escoja la opción de Section Properties, luego Frame Section esto lo conducirá a la pantalla que se muestra a continuación:

Lo cual aparecerá el siguiente grafico:



Seleccionamos la opción Steel,clip en adicionar sección tipo chanel ( canal ),lo cual aparecerá el siguiente gráfico:

Damos nombre a las secciones con las cuales vamos a trabajar en nuestro caso canal 6”x8.2# y canal 8”x11.5# con sus respectivas dimensiones.



Paso 7 [creamos las secciones a utilizar]: Hacemos clip en la herramienta de dibujo Draw Frame,y se visualizará el siguiente gráfico

Con el lápiz dibujamos una línea desde el grid 0 hasta el grid 3,que viene hacer la altura de la plancha de 5/16”

Selecionamos la línea dibujada .

Hacemos clip en el menú Edit – Extrude – Extrude Lineas to Areas



Aparecerá la siguiente ventana, seleccionamos la plancha que deseamos extruir en nuestro caso 5/16” :

Elegimos la opción radial alrededor del eje Z, con un ángulo de 10° en un número de veces de 36, y borramos los objetos que

hubieran sido dibujados anteriormente.

De la misma manera continuamos con la plancha de ¼” que va del grid 3 hasta 9 en altura , la plancha de 3/16” que va desde el grid

9 hasta 9.5 en elevación. Y la plancha de fondo 5/16” en el grid 0.



Por defecto el color rojo es la cara top y la rosada la cara boottom. Lo que haremos es revertir la plancha de ¼”(rosada)de la

siguiente manera:

Del menú Select-Properties-Area Sections

Seleccionamos la plancha que deseamos revertir en nuestro caso plancha de ¼” cuerpo.



Presionamos ok y se muestra la plancha seleccionada.

Seleccionamos del menú Assign – Área – Reverse Local 3 y se mostrara la siguiente gráfica:



Clip en ok, y se mostrara la siguiente gráfica:

Hacemos clip en la herramienta de dibujo Draw Frame,y dibujamos el elemento frame seleccionando la opción radios soporte 6”x8.2# y se visualizara el siguiente gráfico.



Seleccionamos el elemento y lo dividimos en 8 partes, lo seleccionamos nuevamente y lo replicamos 12 veces alrededor del eje z.

Seleccionamos todos los frame para hacerlos girar a la posición correcta.

En el menú Assing –frame –local axes .



Giramos un ángulo de 270 °

Ok, y nos mostrara el grafico siguiente



Seleccionamos una viga cualquiera y la extruimos de line a área y así obtener el techo del tanque.

Seleccionamos la plancha que deseamos extruir (3/16” techo ) alrededor del eje z ,un ángulo de10° 36 veces, y eliminamos el objeto

base de la extrusión.



Se puede apreciar por el color del techo que el eje local 3 tenemos que revertirlo, para lo cual utilizamos los pasos seguidos

anteriormente.



Seleccionamos las diferentes planchas y las dividimos en más partes para poder tener un mejor modelamiento y más precisión al

utilizar elementos finitos.



Definimos los diámetros que me delimitan la longitud de la zapata.



Dibujamos la línea que definirá el cuello de la zapata, que va del grid 0 al grid -0.9.

De igual manera dibujamos la line en el grid -0.9 que va del radio 5.375 al radio 4.175 m que va definir la zapata.



Hacemos un corte vertical para apreciar mejor la estructura.

Con el menú View-set limits. Y apreciamos el siguiente gráfico.



Corremos el programa para calcular el peso de la estructura. Hacemos clip en Run Analysis. Seleccionamos DEAD y luego Run Now



Luego nos vamos al menú Display – Show Tables ..,y nos mostrara el siguiente cuadro:

Selecionamos Property Definitions.Luego ok!



Seleccionamos el menú File –Export All Tables – To Excell

En el siguiente cuadro podemos apreciar el peso de los diferentes elementos dibujados.



Abrimos el candado y regresamos a nuestro modelo, creamos unos elementos Frame a la altura donde van a estar aplicadas las cargas de sismo en x , impulsiva y convectiva respectivamente( esto viene hacer la primera opción considerando cargas distribuidas a lo largo de su perímetro )dichos Frame están consideramos sin masa ni peso.



Y así sucesivamente para los elementos antes mencionados.

Luego dibujamos un punto en cada altura correspondiente y lo extruimos de punto a línea seleccionando el frame que

corresponde para cada altura.



Paso 8 [Asignar cargas a utilizar]: Seleccionamos los Frame impulsivo, convectivo y sismo x y distribuimos las cargas.

DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS ESTÁTICAS HORIZONTALES EN ELEVACIÓN

Tanque Descripción Pi ( tn ) hi ( m ) Pi*hi (tn-m) Fi Vi Fi (ml)

CONVECTIVO 272.081 4.733 1287.632 238.832 238.832 7.9605

Sismo X 13.792 5.190 71.579 13.277 252.109 0.4425

IMPULSIVO 222.966 2.625 585.285 108.560 360.669 3.6184

1944.495 360.669



Paso 9 [Definir lo Join Petterns a utilizar]:



Hacemos una vista desde 0 a 7m, que son los puntos que recibirán la presión del líquido.

Seleccionamos toda la vista y asignamos un join patern de tipo presión hidrostática.



Seleccionamos nuevamente la figura y le asignamos un joint patterns de tipo Hidrodinámica.



Seleccionamos nuevamente la figura y le asignamos un joint patterns de tipo Impulsiva.



Seleccionamos con el View desde 0.20 hasta 7 m , que es desde donde comienza la presión convectiva y asignamos un

join patern de tipo convectiva.



Hacemos una vista nuevamente desde 0 a 7m, que son los puntos que recibirán la presión del líquido.



Se aprecia en la parte inferior la presión de 8.651



Se aprecia en la parte superior una presión de 3.982.



Se aprecia en la parte inferior una presión de 27.871



Se aprecia en la parte superior una presión de 39.966

Se aprecia en la parte inferior una presión de 0.



Paso 10 [Definir la función a utilizar]:



Paso 11 [Definir los load cases utilizar]:



Paso 12 [Definimos las combinaciones de carga a utilizar]



Paso 13 [Asignar resortes a las áreas a trabajar] Seleccionamos el área de la base que está apoyada sobre el relleno mejorado.



Paso 14 [Método de Housner]. Al trabajar con el método de Housner eliminamos las fuerzas distribuidas en el Frame

convectiva e impulsiva para ser remplazada por resortes y barras respectivamente de la siguiente manera.



En el Frame impulsiva reemplazamos por barras muy rígidas sin considerar masa ni peso de la siguiente

manera:



Selecionamos en punto central y le asignamos su masa impulsiva.



Definir los estados de carga indicados.

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