Evaluación de la incidencia técnico-económica del uso de aislamiento sísmico en el diseño de tanques elevados
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Date
2022
Authors
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Publisher
Pontificia Universidad Javeriana Cali
Abstract
Los tanques de almacenamiento elevados son usados por la industria y la comunidad en diversos campos y constituyen parte de la infraestructura esencial; deben permanecer funcionales durante y después de un evento sísmico para asegurar el suministro en los sistemas contra incendios y evitar el cese del servicio público. La necesidad de encontrar una forma más económica de aumentar el nivel de desempeño y reducir los costos asociados a la rehabilitación y construcción de tanques elevados nuevos se relaciona con los recursos nacionales que pueden ser optimizados para lograr un mayor alcance para la población que requiere de una inversión en este tipo de infraestructura. En este trabajo se evaluó la utilización del aislamiento sísmico en tanques elevados nuevos en Colombia, con el propósito de determinar la incidencia técnica y de costos en la estructura. Para esto, se trabajó con un caso de estudio, resultado de la indagación sobre la tipología estructural más usada en Colombia, realizando su diseño convencional y su diseño aislado, según las normativas vigentes; se determinó el nivel de daño para cada caso y se realizó una comparación técnica y económica entre ambos diseños. Para el caso aislado, se realizó un análisis con dispositivos Lead Rubber Bearing (LRB), High Damping Rubber Bearing (HDRB) y Unbounded Fiber Reinforced Elastomeric Isolator (U-FREI), y se estudiaron dos alternativas para la ubicación de estos, en la interfaz tanque-pórticos, y en la base. Los resultados de este trabajo mostraron la necesidad de realizar aclaraciones de la Normativa Colombiana NSR-10 con respecto al diseño de estas estructuras. Además, se demostró la disminución de las cantidades de materiales en el acero de refuerzo y volúmenes de concreto al usar aislamiento sísmico, así como el aumento del nivel de desempeño y reducción del daño sobre los elementos de concreto. Adicionalmente, se escogió la metodología de interacción fluido-estructura simplificada de otros autores que mejor representara el comportamiento dinámico del sistema.
Description
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Elevated storage tanks are used by industry and the community in various fields and constitute an essential part of infrastructure; they must remain functional during and after a seismic event to ensure the supply in fire protection systems and avoid the cessation of public service. The need to find a more economical way to increase performance levels and reduce costs associated with the rehabilitation and construction of new elevated tanks relates to national resources that can be optimized to achieve greater reach for the population requiring investment in this type of infrastructure. In this work, the use of seismic isolation in new elevated tanks in Colombia was evaluated to determine the technical and cost impact on the structure. For this, a case study was conducted, resulting from an investigation into the most commonly used structural typology in Colombia, performing its conventional design and isolated design according to current regulations; the damage level for each case was determined, and a technical and economic comparison between both designs was made. For the isolated case, an analysis was conducted with Lead Rubber Bearing (LRB), High Damping Rubber Bearing (HDRB), and Unbounded Fiber Reinforced Elastomeric Isolator (U-FREI) devices, and two alternatives for their location were studied, at the tank-portal interface and at the base. The results of this work showed the need for clarifications of the Colombian Regulation NSR-10 regarding the design of these structures. Additionally, the reduction in the quantities of materials in the reinforcement steel and concrete volumes when using seismic isolation was demonstrated, as well as the increase in performance level and reduction of damage to the concrete elements. Additionally, the simplified fluid-structure interaction methodology from other authors that best represented the dynamic behavior of the system was chosen.
Keywords
Aislamiento sísmico, Tanques elevados, Interacción fluido-estructura, Seismic isolation, Elevated tanks, Fluid-structure interaction