Dimensionamento Sísmico de Tanques conforme ASCE 7: Cargas, Ancoragens e Documentos Estruturais
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Projeto Sísmico de Tanques de Armazenamento de Água conforme a ASCE 7
O projeto sísmico de um tanque de água não é uma decisão tomada pelo fornecedor do tanque; é uma decisão tomada pelo proprietário nos documentos entregues. A ASCE 7 trata um tanque como uma estrutura não edificada, conforme o Capítulo 15, e não como um componente não estrutural, conforme o Capítulo 13, porque o tanque responde ao terremoto como uma estrutura com massa, superfície livre, ancoragem e casco, e não como equipamento suspenso em um edifício. Dois componentes sísmicos atuam sobre ele: o componente impulsivo gerado pela massa de água e do casco movendo-se com o solo, e o componente convectivo gerado pela água oscilando na superfície. A oscilação é a razão pela qual a borda livre é um requisito sísmico e não uma formalidade, e a ancoragem é a razão pela qual uma âncora superdimensionada é uma resposta ruim, porque a âncora deve escoar e desenvolver alongamento antes que o casco o faça, e o concreto deve desenvolver essa resistência ao longo de todo o embutimento. Este artigo apresenta os dois componentes, o requisito de borda livre, a ductilidade da ancoragem, a falha que a flexibilidade da tubulação previne, as verificações do saia e dos apoios, as entradas que o proprietário deve fornecer, o que pertence ao escopo do fornecedor do tanque e a interface geotécnica que fecha o ciclo para o projeto sísmico de tanques conforme a ASCE 7.
Por que um tanque é uma estrutura não-edificação, e não um componente não-estrutural
Um tanque de água não é um componente pendurado em uma estrutura. É uma estrutura com grande massa, uma superfície livre, um casco que suporta essa massa e uma ancoragem que transfere tudo para o solo. O Capítulo 15 da ASCE 7 trata tanques e vasos como estruturas não edificáveis e fornece as disposições sísmicas que refletem como eles respondem. O Capítulo 13 rege componentes não estruturais em edificações, onde a demanda é um fator de amplificação do componente em um nível de suporte. Usar a via do Capítulo 13 produz uma demanda sem significado físico, e um tanque projetado dessa forma passará em uma verificação de capacidade de ancoragem enquanto falha no que importa para o projeto sísmico de tanques conforme a ASCE 7
Os dois componentes sísmicos que atuam no tanque
Os componentes impulsivo e convectivo são calculados separadamente porque atuam em períodos diferentes e produzem demandas diferentes. O componente impulsivo é a resposta de curto período gerada pela massa do casco e pela água que se move com ele, e ele governa a tensão circunferencial no casco, a carga axial de ancoragem e a verificação de flambagem. O componente convectivo é a resposta de longo período decorrente do sloshing da água pela superfície, e ele governa o bordo livre e o carregamento do teto. Um projeto que reporta uma única demanda sísmica reportou apenas uma das duas para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
Aspeto | Componente impulsivo | Componente convectivo |
Excitado por | Casco e massa de líquido movendo-se com o solo | Sloshing do líquido através da superfície livre |
Período | Curto, próximo do período natural casca-líquido | Longo, segundos para um tanque grande |
Governa | Tensão circunferencial, carga axial da ancoragem, flambagem | Freeboard, nível do líquido, carregamento do teto |
Verificado em | Projeto da casca e da ancoragem | Cálculo do bordo livre, aceitação do teto |
Sloshing e por que o bordo livre é um requisito sísmico
O sloshing é a parte do problema sísmico mais frequentemente deixada para uma nota no desenho. Quando a água se move, ela sobe em um lado do tanque e desce no outro, e a altura da onda depende do diâmetro do tanque, da profundidade da água e da intensidade do tremor. Se o bordo livre for menor que a onda, a água atinge um teto dimensionado para uma carga permanente e uma subpressão moderada, e o vórtice na parede puxa o nível para baixo no centro para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
O freeboard é, portanto, um resultado do dimensionamento sísmico e não uma margem nominal. A altura de sloshing deve ser calculada a partir da componente convectiva e adicionada ao nível de líquido de projeto, e verificada em relação ao teto. Um freeboard definido como uma fração fixa da altura do tanque produz um tanque que fica efetivamente cheio em um terremoto para o dimensionamento sísmico de tanques conforme a ASCE 7
Ancoragem: por que uma âncora superdimensionada não é uma resposta melhor
A intenção não é que o chumbador suporte o tanque; é que o chumbador ceda antes da casca e então se alongue, para que o tanque possa se mover sem que a casca ou a solda se rompam. Um chumbador superdimensionado para essa intenção remove a ductilidade: o concreto ou o chumbador atinge a capacidade primeiro, ou a conexão falha de forma frágil, e o tanque perde a capacidade de redistribuir a demanda. Um chumbador forte, portanto, não é automaticamente seguro, e o detalhe deve indicar um requisito de desenvolvimento e não apenas uma capacidade: um embutimento longo o suficiente para o pleno desenvolvimento do concreto, um chumbador dúctil e uma construção que permita a rotação da casca para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
· Resistência: a capacidade excede a demanda amplificada da âncora para o dimensionamento sísmico de tanques conforme a ASCE 7
· Dutilidade: a âncora escoa e se alonga antes que o casco falhe para o dimensionamento sísmico de tanques conforme a ASCE 7
· Ancoragem no concreto: o embutimento dimensionado para que o concreto desenvolva a resistência total da âncora para o dimensionamento sísmico de tanques conforme a ASCE 7
· Material: aço dúctil para âncoras, evitando cisalhamento frágil na face do concreto para o dimensionamento sísmico de tanques conforme a ASCE 7
· Interface: o layout das âncoras verificado em relação à capacidade de movimentação do casco para o dimensionamento sísmico de tanques conforme a ASCE 7
Flexibilidade da tubulação e a falha que ela previne
Uma tubulação conectada a um tanque é uma falha sísmica esperando o próximo evento. O casco se move sob carregamento impulsivo; a tubulação não. Onde uma tubulação está rigidamente conectada a um bocal, o movimento relativo é imposto ao bocal, à solda e ao suporte, e o mais fraco dos três se torna o ponto de falha, bem abaixo da capacidade do tanque. O remédio é uma conexão flexível dimensionada com base no resultado da análise para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
Isso tem uma consequência de aquisição que aparece bem antes de o cálculo ser feito. O número, o tamanho, a localização e a direção das conexões dos bocais precisam ser acordados com o projetista da tubulação, porque a flexibilidade não pode ser adicionada após a soldagem para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
Verificações do saia e dos suportes e a suposição conservadora de proporção
Um tanque sobre um saia é um conjunto estrutural, e o casco imediatamente acima do apoio é o que governa. Duas verificações são importantes: a verificação de flambagem do casco no comprimento não suportado até o primeiro anel de reforçadores intermediários, e a compressão axial e circunferencial que a saia suporta do tombamento sísmico e do vento. A verificação de flambagem é comumente executada com uma suposição conservadora de rigidez do anel, uma relação R/I de 1,0, e o cálculo deve declarar essa suposição para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
A saia em si é verificada quanto à compressão axial e ao momento em que o tombamento se aplica, e a conexão do anel de ancoragem é onde a ductilidade da ancoragem discutida acima é resolvida. Um tanque suportado por saia também é onde a relação altura-diâmetro mais importa: em um casco alto sobre um suporte esbelto, a carga impulsiva de ancoragem e a borda livre de sloshing crescem enquanto o cisalhamento na base não cresce para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
As entradas que o proprietário deve fornecer antes do início do projeto
O proprietário detém a maioria das entradas que um projeto sísmico de tanque necessita, e se elas não estiverem no pacote de licitação, o fornecedor terá que assumi-las, o que é o lugar errado para fazer uma suposição sísmica. A classe do local e os parâmetros sísmicos associados determinam o espectro de projeto e a categoria de projeto; a categoria de projeto e a categoria de risco determinam quais disposições se aplicam; a velocidade básica do vento e a categoria de exposição definem o caso de vento, que frequentemente governa a ancoragem para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
Faltam rotineiramente duas entradas de processo: o nível e a densidade do líquido de projeto, que definem a massa sísmica e a profundidade de oscilação, e o cronograma de bocais com a abordagem de tubulação, que fixa os requisitos de conexão flexível antes da fabricação para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
Entrada do proprietário | De onde vem | O que controla |
Classe de sítio e Ss / S1 | Relatório geotécnico, dados sísmicos do sítio | Espectro de projeto e categoria de projeto sísmico |
Categorias de projeto sísmico e de risco | Critérios do código estrutural para a ocupação | Quais disposições do Capítulo 15 se aplicam |
Velocidade básica do vento, categoria de exposição | Critérios do código de vento para o sítio | O caso de vento para o casco, teto e ancoragem |
Relatório geotécnico | Investigação do sítio | Fundação, interação, liquefação, recalque |
Nível, densidade e volume do líquido de projeto | Dados de processo e operacionais | A massa sísmica e a profundidade de oscilação |
Cronograma de bocais e abordagem de tubulação | Projetista de tubulação, dados de processo | Detalhe de conexão flexível, reforço de bocal |
O que pertence ao escopo sísmico do fornecedor do tanque
O escopo sísmico do fornecedor do tanque deve ser declarado como uma lista, porque a frase de que o tanque será projetado para carregamento sísmico não significa nada por si só. A lista normalmente inclui o projeto do casco e do fundo para a combinação sísmica, a estrutura do teto, o projeto de ancoragem com seu requisito de desenvolvimento, o cálculo de sloshing e borda livre, e as cargas nos bocais e na fundação para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
Onde o local está em uma zona sísmica, os desenhos de oficina devem conter o caso de projeto sísmico, para que um revisor possa compará-lo com as entradas do proprietário em vez de inferi-lo a partir de uma nota. O que não deve estar na lista é um projeto sísmico específico apresentado como transferível: o mesmo tanque em uma classe de local diferente é uma estrutura diferente para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
A interface geotécnica e uma lista de verificação de especificações sísmicas
O relatório geotécnico faz mais do que definir a fundação. A avaliação de liquefação, a previsão de assentamento e a premissa de interação solo-estrutura alimentam o projeto do tanque, e a última é uma decisão de projeto e não um fato do local: se o solo é assumido como se movendo com a estrutura ou como sendo flexível altera o período do componente impulsivo e a demanda na ancoragem. Onde o relatório é omisso, a premissa deve ser declarada e revisada para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
· Nomeie a norma sísmica e a edição, e declare que o tanque é uma estrutura não edificável para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
· Transfira a classe de local, Ss e S1, as categorias de projeto sísmico e de risco para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
· Declare o nível de líquido de projeto, a densidade e o nível usado para a massa sísmica para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
· Exigir um cálculo de sloshing e indicar a borda livre como dimensão no desenho para o projeto sísmico de tanques conforme a ASCE 7
· Exigir que a ancoragem indique um comprimento de desenvolvimento e um requisito de alongamento para o projeto sísmico de tanques conforme a ASCE 7
· Exigir que a verificação de flambagem do casco indique a relação R/I assumida para o projeto sísmico de tanques conforme a ASCE 7
· Exigir um detalhe de conexão flexível para cada bocal, dimensionado com base no movimento calculado para o projeto sísmico de tanques conforme a ASCE 7
· Indicar as premissas geotécnicas e as questões reservadas ao engenheiro para o projeto sísmico de tanques conforme a ASCE 7
· Exigir o caso de projeto sísmico e os detalhes de ancoragem nos desenhos para o projeto sísmico de tanques conforme a ASCE 7
Estudo de Caso do Projeto
Referência de entrega para este serviço, citada da biblioteca de projetos verificados. Nível de correspondência C. Uma entrega de dois tanques com uma elevada razão altura-diâmetro, citada como referência de geometria e disposição. A biblioteca verificada não registra seus dados de entrada de projeto sísmico, classe de local ou detalhe de ancoragem, portanto este artigo não utiliza o projeto para demonstrar desempenho sísmico, conforme detalhado para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7.
ID do Projeto | País | Produto | Capacidade | Contagem de tanques | Dimensões | Conclusão | Escopo de fornecimento |
SIN-FIRE-1666 | Singapura | Tanque Parafusado de Aço Revestido com Vidro (GFS) | 1.666 m3 | 2 | φ8,41 × 15,0 m (A) por tanque | 2026-01 | Somente o Tanque |
Uma entrega de dois tanques com alta razão altura-diâmetro, citada como referência de geometria e arranjo. A biblioteca verificada não registra seus dados de entrada de projeto sísmico, classe do local ou detalhe de ancoragem, portanto este artigo não utiliza o projeto para demonstrar desempenho sísmico, conforme detalhado para o projeto sísmico de tanques conforme a ASCE 7.
Perguntas Frequentes
P1. Por que um tanque é classificado como uma estrutura não edilícia?
Porque ele responde ao terremoto como uma estrutura, e não como um equipamento acoplado a uma. Ele possui uma grande massa, uma superfície livre, um casco que suporta essa massa e uma ancoragem que transfere tudo para o solo. O Capítulo 15 da ASCE 7 fornece as disposições sísmicas para tanques e vasos com base nisso, enquanto o Capítulo 13 rege os componentes não estruturais em edificações para o projeto sísmico de tanques conforme a ASCE 7
P2. Quais são os dois componentes sísmicos que atuam sobre um tanque?
O componente impulsivo, a resposta de curto período gerada pela casca e pela massa líquida contida que se move com o solo, governa a tensão circunferencial da casca, a carga axial da ancoragem e a verificação de flambagem da casca. O componente convectivo, a resposta de longo período gerada pelo sloshing do líquido através da superfície livre, governa a adequação do freeboard e o carregamento do teto. Um projeto que reporta uma demanda reportou apenas uma das duas para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
Q3. O freeboard é um requisito sísmico ou apenas uma formalidade do código?
É um requisito sísmico com um cálculo por trás. A onda de sloshing sobe em um lado do tanque e desce no outro, e sua altura depende do diâmetro do tanque, da profundidade da água e da intensidade do tremor. Se o freeboard for menor que a onda, a água atinge um teto dimensionado para uma carga permanente e uma elevação moderada. A altura deve vir do componente convectivo para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
P4. Por que uma âncora superdimensionada é um problema?
Porque a intenção sísmica não é que a âncora segure o tanque, mas que ela ceda antes da casca e então desenvolva alongamento, para que o tanque possa se mover sem que a casca ou a solda se rompam. Uma âncora superdimensionada remove essa ductilidade: o concreto ou a âncora atinge a capacidade primeiro, ou a conexão falha de forma frágil. O detalhe precisa de um comprimento de desenvolvimento para a resistência total da âncora e de um material de âncora dúctil para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
Q5. Que falha o piping flexível previne?
Ele impede que o movimento relativo entre a casca e um tubo rigidamente conectado seja imposto ao bocal, à solda e ao suporte. A casca se move sob carregamento impulsivo enquanto o tubo não se move, e o mais fraco desses elementos se torna o ponto de falha, geralmente bem abaixo da capacidade do tanque. Um acoplamento flexível ou laço de expansão dimensionado com base no movimento calculado previne isso para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
P6. Quais entradas o proprietário deve fornecer antes do início do projeto?
Classe do local com os Ss e S1 associados, a categoria de projeto sísmico e categoria de risco, a velocidade básica do vento e categoria de exposição, e o relatório geotécnico incluindo avaliação de liquefação e assentamento. Duas entradas de processo são igualmente importantes: o nível e a densidade do líquido de projeto, que definem a massa sísmica e a profundidade de sloshing, e o cronograma de bocais com a abordagem de tubulação, que fixa o detalhe de conexão flexível para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
P7. O que deve estar dentro do escopo do fornecedor do tanque?
O tanque como estrutura: projeto do casco e do fundo para a combinação sísmica, a estrutura do teto e sua fixação, o projeto de ancoragem ou apoio, incluindo o material da âncora e o requisito de desenvolvimento, o cálculo de sloshing e borda livre, as cargas nos bocais que o projetista de tubulação deve acomodar, e as cargas impostas à fundação. Os itens de interface pertencem à mesma lista: os parâmetros geotécnicos usados para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
P8. Como é tratada a interface geotécnica?
Através do relatório geotécnico, que faz mais do que definir a fundação. A avaliação de liquefação, a previsão de assentamento e a premissa de interação solo-estrutura alimentam o projeto do tanque, e a última é uma decisão e não um fato do local: assumir que o solo se move com a estrutura ou se comporta de forma flexível altera o período do componente impulsivo e a demanda na ancoragem. Onde o relatório é omisso, a premissa deve ser declarada para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
Q9. O que deve constar em uma lista de verificação de especificação sísmica?
Nove itens: a norma e edição sísmica com o tanque identificado como estrutura não edificada; a classe do local, Ss e S1, a categoria de projeto sísmico e a categoria de risco; o nível e a densidade do líquido de projeto usados para a massa sísmica; um cálculo de sloshing com o freeboard como dimensão de desenho; o comprimento de desenvolvimento e o requisito de ancoragem; a verificação de flambagem da casca com a razão R/I; um detalhe flexível por bocal para o projeto sísmico de tanques conforme a ASCE 7
O projeto sísmico de um tanque é definido antes de a casca ser desenhada, na classe de sítio, na categoria de projeto, na base de borda livre e no princípio de ancoragem que o proprietário entrega. Os dois componentes devem ser mantidos separados, impulsivo para a casca, as ancoragens e a verificação de flambagem, e convectivo para a onda de sloshing e a borda livre, porque o tanque é avaliado em relação a ambos. O ponto de ancoragem é mais frequentemente errado na direção da falsa resistência: uma ancoragem maior remove a ductilidade que a norma exige, uma vez que o requisito é que a ancoragem escoe e se alongue antes que a casca o faça e que o concreto desenvolva essa resistência ao longo de todo o embutimento. Um tanque que passa numa verificação de capacidade e falha esse princípio não está em conformidade sísmica; é mais resistente do que precisava ser, e frágil no lugar errado para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
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Envie a classe do local com o Ss e S1 associados, a categoria de projeto sísmico e a categoria de risco, a velocidade básica do vento e a categoria de exposição, o relatório geotécnico incluindo a avaliação de liquefação e assentamento, o diâmetro do tanque e a altura suportada, o nível e a densidade do líquido de projeto, e o cronograma de bocais com a abordagem de tubulação. Retornaremos uma base de projeto que trata o tanque como uma estrutura não edificável, declara os componentes impulsivo e convectivo separadamente, fornece o cálculo de sloshing e o bordo livre, e especifica a ancoragem para ductilidade e desenvolvimento em vez de apenas capacidade, com as verificações de flambagem do casco e da saia e os requisitos de conexão flexível incluídos para o projeto sísmico de tanques conforme a asce 7
Sobre o Center Enamel
A Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) é uma fabricante profissional dedicada ao projeto e fabricação de tanques de armazenamento parafusados desde 2008. A linha de produtos inclui tanques de Vidro Fundido ao Aço (GFS), tanques de Epóxi Fundido (FBE), tanques de aço inoxidável, tanques de aço galvanizado e coberturas geodésicas de alumínio, juntamente com suporte técnico EPC e acessórios para tanques. A produção é realizada sob as normas ISO 9001, ISO 14001 e ISO 45001, e a linha de produtos é certificada pelas normas NSF/ANSI 61, WRAS, CE e EN 1090, ISO 28765, AWWA D103-09 e NFPA onde a aplicação exige. A empresa possui cerca de 200 patentes de esmaltação, opera uma base de produção de 150.000 m2, produz cerca de 300.000 chapas de aço esmaltadas por ano, concluiu mais de 30.000 projetos instalados e enviou tanques para mais de 100 países. A capacidade de projeto de engenharia abrange volumes de tanques de até 60.000 m3, conforme detalhado para o projeto sísmico de tanques asce 7.
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