Ejemplo de cálculo con API-650
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Nomenclatura
D : Diámetro del estanque Dc p : diámetro del círculo de pernos de anclaje H : altura del nivel de líquido de diseño, según API 650 -
3.6.3.2 Hs : altura del manto h r : altura del techo H t : altura total del estanque (Hs + h r) r : revancha efondo : espesor plancha de fondo : ángulo de inclinación del techo G : gravedad específica del líquido Wr : peso del techo Ws : peso del manto WT : peso del líquido Wtotal : peso total
e fondo
y
D c p
nivel de líquido
D
H t
r
h r
tramo 1
tramo 4
tramo 9
tramo 2
tramo 8
tramo 3
tramo 7
tramo 10
tramo 6tramo 5
GHH s
Estanque: Estanque de Ácido
Datos del estanque
Diámetro D = 16 m Altura de líquido H = 11.2 Revancha (valor estimado a corregir según altura de ola)
r = 0.8 m
Altura manto (H + r) H s = 12 m Altura techo h r = 3.00 m Ángulo techo ( 9.5° < < 37°; según API 650 - 3.10.5.1)
= 20.56 °
Espesor fondo bajo el manto (mín. 6 mm, API 650 - 3.4.1)
e fondo = 6 mm
Gravedad específica G = 1 Tensión de fluencia del acero fy = 36 ksi Tensión de rotura del acero fu = 58 ksi
Sobrecargas Sobrecarga de techo mínima según API 650 - 3.10.2.1 (122 kg/m2 )
= 24.5 t
Sobrecarga de techo especificada (boquillas, otros) = 24.5 t Sobrecarga de techo de cálculo (máximo entre los valores anteriores)
= 24.5 t
Porcentaje sobrecarga de techo para sismo (normalmente cero)
= 0 %
Sobrecarga manto (boquillas, otros) = 4 t
Espesores de corrosión Corrosión techo = 2 mm Corrosión manto = 2 mm Corrosión fondo = 2 mm
Parámetros sísmicos Coeficiente de zona Z = 0.40 Coeficiente de importancia I = 1.00 Factor de amplificación del sitio S = 1.20 Coeficiente C1 C1 = 0.6 Factor de amplificación sobre coeficientes sísmicos C1 y C2
= 1.00
(opcional)
Espesores Espesor mínimo techo según API650 - 3.10.5 (5 mm < e < 12 mm)
= 11.5 mm
Espesor elegido = 12 mm
Pesos calculados con los datos ingresados: Peso planchas techo W r = 20.23 t
Peso techo para cargas sísmicas W r = 20.23 t Cálculo espesores del
manto
Espesores mínimos según API 650 - 3.6.1
Diámetro estanque espesor ft (m) inch (mm) D < 50 (15.24 ) 3/16 (5 ) 50 < D < 120 (36.5 ) 1/4 (6 ) 120 < D < 200 (61.0 ) 5/16 (8 ) D < 200 3/8 (10 )
Espesores calculados según API 650 - 3.6.3 Espesores (mm) peso del
manto tramo y API 650 comercial W s
m td tt mínimo de cálculo
elegido t
1 2.00 2.4 0.4 2.4 6 5.40 2 4.00 3.4 1.3 3.4 6 10.80 3 6.00 4.4 2.2 4.4 6 16.21 4 8.00 5.4 3.2 5.4 6 21.61 5 10.00 6.4 4.1 6.4 8 28.59 6 12.00 7.3 5.0 7.3 8 35.57 7 12.00 7.3 5.0 7.3 8 35.57 8 12.00 7.3 5.0 7.3 8 35.57 9 12.00 7.3 5.0 7.3 8 35.57 10 12.00 7.3 5.0 7.3 8 35.57 Nota: el espesor elegido debe ser mayor o igual que el espesor
mínimo de cálculo y el mínimo de API 650 - 3.6.1
Cálculo sísmico
Datos del estanque
Peso del techo W r = 20.2 t Peso del manto W s = 35.57 t Peso del líquido W T = 2251.9 t Peso total Wtotal = 2307.7 Altura total del estanque H t = 15.00 m Centro gravedad del manto X s = 5.64 m
Parámetros API 650 - Apéndice E D/H = 1.43 Figura E-2 W1/WT = 0.683 Figura E-2 W2/WT = 0.321 Figura E-3 X1/H = 0.375 Figura E-3 X2/H = 0.667 Figura E-4 k = 0.581 Peso masa impulsiva W1 = 1537.4 t Peso masa convectiva W2 = 723.5 t Centro de gravedad peso W1 X1 = 4.20 m Centro de gravedad peso W2 X2 = 7.47 m Período de la masa convectiva - API 650 - E.3.3.2 T = 4.21 s Coeficiente C2 C2 = 0.21 Coeficiente C1 C1 = 0.60 Altura ola (debe ser 30 cm menor que revancha) = 0.50 m
Solicitaciones sísmicas en la base Momento volcante M = 2133.1 t m Corte V = 444.3 t m
Resistencia al volcamiento API 650 - E5.1 wt = 1.110 t/m API 650 - E4.1 wL = 3.194 t/m API 650 - E5.1 M/(D2(wt+wL))
= 1.9 anclar
Resistencia al deslizamiento
Factor de seguridad (coeficiente de roce 0.5) FS = 2.6
Tensiones en el manto API 650 - E5.1(anclados), API 650 - E5.2 (sin anclajes)
b = 11.72
fa = 0.20 API 650 - E5.3 GHD2/t2 = 1.9E+06 Fa = 0.32 t/cm2
fa/Fa = 0.62
Cálculo de pernos de anclaje según API 650
Datos del estanque
Diámetro D = 16 m Diámetro círculo de pernos Dcp = 16100 mm Peso del manto Ws = 35.57 t Peso del techo Wr = 20.23 t Peso manto + techo W = 55.79 t
Materiales Tensión de fluencia del acero Fy = 2.53 t/cm2
Cantidad mínima de pernos N° mínimo = 17 Cantidad de pernos a usar N° pernos = 30
Solicitaciones Momento sísmico M = 2133.1 t m
Tensiones según API 650 Anclaje necesario por unidad de circunsferencia (API 650 - E6.1)
= 9.50 t/m
Capacidad mínima necesaria por perno = 15.91 t Área de tracción requerida por perno Aperno = 7.86 cm2
(diámetro mínimo 1") usar 30 pernos de 1 1/2 "
Cálculo de pernos de anclaje
Datos del estanque
Diámetro D = 16 m Ancho anillo basal = 200 mm Diámetro de pernos sugerido Dcp = 16100 mm Diámetro círculo de pernos Dcp = 16100 mm Peso del manto Ws = 35.57 t Peso del techo Wr = 20.23 t Peso manto + techo W = 55.79 t
Materiales n = Es/Ec n = 10 Tensión de fluencia del acero Fy = 2.53 t/cm2
Cantidad mínima de pernos N° mínimo = 17 Cantidad de pernos a usar N° pernos = 24
Solicitaciones Momento sísmico M = 2133.1 t m
Tensiones Área de cada perno para primera iteración Aperno = 4.96 cm2
Área de pernos distribuida en el anillo ts = 0.024 cm2/cm fibra neutra inicial (iteración) k = 0.062 alfa = 0.503 Cc = 0.668 Ct = 2.978 z = 0.488 j = 0.761 Fibra neutra final k = 0.062 Tensión de tracción en los pernos fs = 2451 kg/cm2
Tensión de compresión en el hormigón fc = 16.17 kg/cm2
Capacidad mínima necesaria por perno = 12.16 t Area de tracción requerida por perno Aperno = 6.01 cm2
(diámetro mínimo 1") usar 24 pernos de 1 1/4 "