ARA Ejemplo de Calculo de Estanques Segun API 650

ARZE, RECINÉ Y ASOCIADOS INGENIEROS CONSULTORES

PRÁCTICAS

PLANILLA DE CÁLCULO DE ESTANQUES SEGÚN API 650 N° GP–CPA-013 REV. 1

Marzo de 2000

ARZE, RECINÉ Y ASOCIADOS INGENIEROS CONSULTORES

PLANILLA DE CÁLCULO DE ESTANQUES SEGÚN API 650 N° GP–CPA-013 REV. 1

Por : R.Valenzuela/R.Valledor Revisor : J. Cassis Aprobación : A. Santolaya Fecha : 30.11.1999

REV.

DESCRIPCIÓN

POR

REVISOR

FECHA

A

PRELIMINAR

R.V.P.

01.09.99

0

PARA APROBACIÓN

REVS

30.11.99

1

PARA DIFUSIÓN

REVS

J.C.

16.03.00

APROBADO

A.S.P.

INDICE

0.0

INTRODUCCIÓN............................................................1

1.0

ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN...............................1

2.0

REFERENCIAS...............................................................1

3.0

DEFINICIONES..............................................................1

4.0

DESCRIPCIÓN DE API650.XLS........................................2

4.1

GENERAL.....................................................................2

4.2

LIMITACIONES..............................................................2

ANEXO I EJEMPLO DE APLICACIÓN ....................................................................3

0.0

INTRODUCCIÓN El presente documento se ha elaborado para presentar la planilla de cálculo api650.xls. api650.xls es una planilla de cálculo desarrollada para entregar a los ingenieros de Arze, Reciné y Asociados una herramienta que facilite el cálculo de estanques de acero y sus anclajes, de acuerdo a las disposiciones de Welded Steel Tanks for Oil Storage, API Standard 650. La planilla descrita en esta guía es de propiedad de Arze, Reciné y Asociados, Ingenieros Consultores S.A.

1.0ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN La planilla api650.xls contiene toda la información necesaria para ser utilizada sin necesidad de recurrir a este documento, y se encuentra disponible en la red, en la carpeta de programas de estructuras. Las actualizaciones debido a modificaciones del código, u otras razones, se realizarán directamente en la planilla api650.xls, modificando el número de revisión del archivo, sin necesidad de reemitir el presente documento. La primera versión es el archivo api650r1.xls, desarrollada en Excel 97. Su duración es de carácter indefinido y su uso recomendado para los ingenieros de la especialidad Civil - Estructural. 2.0REFERENCIAS ••

Welded Steel Tanks for Oil Storage, API Standard 650.

• • L. E. Brownell, E. H. Young Process Equipment Design J. Wiley & Sons.

3.0DEFINICIONES No hay.

4.0DESCRIPCIÓN DE api650.xls 4.1

GENERAL El archivo electrónico api650.xls es una planilla de cálculo Excel, que se encuentra disponible en la red, para el uso de los ingenieros de Arze y Reciné. Ha sido desarrollada de manera que las futuras modificaciones sean realizadas mediante la emisión de nuevas revisiones de la planilla, sin necesidad de modificar el presente documento. La planilla se ha dividido en diferentes hojas de cálculo con funciones específicas para cada una, como es el de señalar las bases de cálculo, definir la nomenclatura, ingreso de datos, cálculo de espesores del manto o calculo de pernos de anclaje. Las bases de cálculo y la forma de operar la planilla, están indicadas en la primera hoja, denominada bases de cálculo.

4.2LIMITACIONES Las limitaciones de la planilla api650.xls son las siguientes: •

•

Diseño de estanques de acuerdo a API 650.

• • Aplicable sólo a estanques con techos cónicos autosoportados. • • No verifica singularidades tales como boquillas o entradas de hombre. •

•

No verifica sillas de anclaje.

• • No verifica el efecto combinado de tracción por presión hidrostática con el esfuerzo de la silla al traccionarse los pernos de anclaje. •

•

No calcula anclajes al corte.

• • Los pernos de anclaje se calculan a tracción, sin considerar interacción con corte.

ANEXO I Ejemplo de aplicación. A continuación se presenta un ejemplo de aplicación de la planilla api650r0.xls.

Nomenclatura

D Dc p H Hs hr Ht r efondo θ G Wr Ws WT Wtotal

: Diámetro del estanque : diámetro del círculo de pernos de anclaje : altura del nivel de líquido de diseño, según API 650 -3.6.3.2 : altura del manto : altura del techo : altura total del estanque (Hs + h r) : revancha : espesor plancha de fondo : ángulo de inclinación del techo : gravedad específica del líquido : peso del techo : peso del manto : peso del líquido : peso total

hr r H t H H s H H H

θ ttramo 1 ttramo 2 ttramo 3 ttramo 5 ttramo 6 ttramo 7 ttramo 8

nivel de l 厲 uido u y G G

ttramo 10

e fondo f D D D cc p

Estanque: Datos del estanque Diámetro

Estanque de Ácido

D

=

16 m

Altura de líquido Revancha (valor estimado a corregir según altura de ola) Altura manto (H + r) Altura techo Ángulo techo ( 9.5° < θ < 37°; según API 650 3.10.5.1) Espesor fondo bajo el manto (mín. 6 mm, API 650 3.4.1) Gravedad específica Tensión de fluencia del acero Tensión de rotura del acero

H r

= =

11.2 0.8 m

Hs hr θ

= = =

12 m 3.00 m 20.56 °

e fondo

=

G fy fu

= = =

Sobrecargas Sobrecarga de techo mínima según API 650 3.10.2.1 (122 kg/m2 ) Sobrecarga de techo especificada (boquillas, otros) Sobrecarga de techo de cálculo (máximo entre los valores anteriores) Porcentaje sobrecarga de techo para sismo (normalmente cero) Sobrecarga manto (boquillas, otros) Espesores de corrosión Corrosión techo Corrosión manto Corrosión fondo Parámetros sísmicos Coeficiente de zona Coeficiente de importancia Factor de amplificación del sitio Coeficiente C1 Factor de amplificación sobre coeficientes sísmicos C1 y C2 (opcional)

Z I S C1

Espesores Espesor mínimo techo según API650 - 3.10.5 (5 mm < e < 12 mm) Espesor elegido Pesos calculados con los datos ingresados: Peso planchas techo Peso techo para cargas sísmicas

Cálculo espesores del manto

Wr Wr

6 mm 1 36 ksi 58 ksi

=

24.5 t

= =

24.5 t 24.5 t

=

0%

=

4t

= = =

2 mm 2 mm 2 mm

= = = = =

0.40 1.00 1.20 0.6 1.00

=

11.5 mm

=

12 mm

= =

20.23 t 20.23 t

Espesores mínimos según API 650 - 3.6.1 Diámetro estanque ft (m) D < 50 (15.24 ) 50 < D < 120 (36.5 ) 120 < D < 200 (61.0 ) D < 200

espesor inch (mm) 3/16 (5 ) 1/4 (6 ) 5/16 (8 ) 3/8 (10 )

Espesores calculados según API 650 - 3.6.3 Espesores (mm) tramo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nota:

y m

td

2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00

2.4 3.4 4.4 5.4 6.4 7.3 7.3 7.3 7.3 7.3

API 650 tt mínimo de cálculo 0.4 2.4 1.3 3.4 2.2 4.4 3.2 5.4 4.1 6.4 5.0 7.3 5.0 7.3 5.0 7.3 5.0 7.3 5.0 7.3

comercial elegido

peso del manto Ws t

6 6 6 6 8 8 8 8 8 8

5.40 10.80 16.21 21.61 28.59 35.57 35.57 35.57 35.57 35.57

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

Wr

=

20.2 t

Peso del manto Peso del líquido Peso total Altura total del estanque Centro gravedad del manto Parámetros API 650 - Apéndice E Figura E-2 Figura E-2 Figura E-3 Figura E-3 Figura E-4 Peso masa impulsiva Peso masa convectiva Centro de gravedad peso W1 Centro de gravedad peso W2 Período de la masa convectiva - API 650 - E.3.3.2 Coeficiente C2 Coeficiente C1 Altura ola (debe ser 30 cm menor que revancha) Solicitaciones sísmicas en la base Momento volcante Corte Resistencia al volcamiento API 650 - E5.1 API 650 - E4.1 API 650 - E5.1 M/(D2(wt+wL)) Resistencia al deslizamiento Factor de seguridad (coeficiente de roce 0.5) Tensiones en el manto API 650 - E5.1(anclados), API 650 - E5.2 (sin anclajes) API 650 - E5.3

Ws WT Wtotal Ht Xs

= = = = =

35.57 t 2251.9 t 2307.7 15.00 m 5.64 m

D/H W1/WT W2/WT X1/H X2/H k W1 W2 X1 X2 T C2 C1

= = = = = = = = = = = = = =

1.43 0.683 0.321 0.375 0.667 0.581 1537.4 t 723.5 t 4.20 m 7.47 m 4.21 s 0.21 0.60 0.50 m

M V

= =

2133.1 t m 444.3 t m

wt wL

= = =

FS

=

2.6

b

=

11.72

fa GHD2/t2 Fa fa/Fa

= 0.20 = 1.9E+06 = 0.32 t/cm2 = 0.62

1.110 t/m 3.194 t/m 1.9 anclar

Cálculo de pernos de anclaje según API 650 Datos del estanque Diámetro Diámetro círculo de pernos

D Dcp

= =

16 m 16100 mm

Peso del manto Peso del techo Peso manto + techo

Ws Wr W

= = =

35.57 t 20.23 t 55.79 t

Materiales Tensión de fluencia del acero Cantidad mínima de pernos Cantidad de pernos a usar

Fy = N° mínimo = N° pernos =

2.53 t/cm2 17 30

Solicitaciones Momento sísmico

M

=

2133.1 t m

=

9.50 t/m

= =

15.91 t 7.86 cm2

Tensiones según API 650 Anclaje necesario por unidad de circunsferencia (API 650 - E6.1) Capacidad mínima necesaria por perno Área de tracción requerida por perno (diámetro mínimo 1")

Aperno

usar 30 pernos de 1 1/2 "

Cálculo de pernos de anclaje Datos del estanque Diámetro Ancho anillo basal Diámetro de pernos sugerido Diámetro círculo de pernos Peso del manto

D Dcp Dcp Ws

= = = = =

16 m 200 mm 16100 mm 16100 mm 35.57 t

Peso del techo Peso manto + techo

Wr W

= =

20.23 t 55.79 t

n Fy N° mínimo N° pernos

= = = =

M

=

Aperno ts k

k fs fc

= = = = = = = = = = =

4.96 cm2 0.024 cm2/cm 0.062 0.503 0.668 2.978 0.488 0.761 0.062 2451 kg/cm2 16.17 kg/cm2

Aperno

= =

12.16 t 6.01 cm2

Materiales n = Es/Ec Tensión de fluencia del acero Cantidad mínima de pernos Cantidad de pernos a usar

10 2.53 t/cm2 17 24

Solicitaciones Momento sísmico

2133.1 t m

Tensiones Área de cada perno para primera iteración Área de pernos distribuida en el anillo fibra neutra inicial (iteración) alfa Cc Ct z j Fibra neutra final Tensión de tracción en los pernos Tensión de compresión en el hormigón Capacidad mínima necesaria por perno Area de tracción requerida por perno (diámetro mínimo 1")

usar 24 pernos de 1 1/4 "