Respuesta sísmica de tanques para almacenamiento de agua con sistema de aislación en la base

Abstract

Los tanques para almacenamiento de agua son estructuras esenciales y por esta razón es de vital importancia conocer su comportamiento estructural cuando son sometidos a eventos sísmicos severos. Este trabajo muestra las respuestas sísmicas de tanques cilíndricos circulares de concreto armado (CA) para almacenamiento de agua apoyados sobre un sistema de aislación del tipo elastomérico con núcleo de plomo (LRB, lead rubber bearing) bajo solicitación sísmica uni- y bi-direccional. Para el análisis sísmico se consideró que el tanque posee comportamiento elástico lineal, además se empleó un modelo mecánico equivalente para representar la interacción tanque-agua, y se utilizó un modelo histerético del tipo bi-axial para representar el comportamiento inelástico no lineal del sistema de aislación. Los parámetros de estudio son: la razón altura del agua- radio interior del tanque, la razón espesor de la pared del tanque-radio interior del tanque, la razón de amortiguamiento del sistema de aislación, el periodo de vibración objetivo del sistema de aislación, y la razón de resistencia del sistema de aislación. Se utilizaron 21 pares de registros del movimiento sísmico del suelo los cuales fueron previamente seleccionados y escaldos. Finalmente, se procedió con el análisis de la respuesta sísmica en el tiempo para estudiar el efecto del movimiento bi-direccional, y los efectos de los parámetros de estudio sobre la respuesta sísmica de tanques de CA para almacenamiento de agua de base aislada. Las respuestas sísmicas del sistema tanque-agua de base aislada muestran una efectividad en la reducción de los valores de la fuerza cortante basal en comparación con el sistema tanque-agua de base fija del orden de 14% a 74% para H/R = 0.5; de 47% a 83% para H/R = 1.0; de 73% a 91% para H/R = 2.0 (donde H/R es la razón altura de agua-radio interior del tanque).

Water storage tanks are essential structures and for this reason it is vital to know its structural behavior when they are subjected to severe seismic events. This work shows the seismic response of base-isolated circular cylindrical reinforced concrete (RC) water storage tanks with lead rubber bearing (LRB) under uni- and bi-directional horizontal earthquake ground motions. For the seismic analysis, tanks were considered to have a linear elastic behavior, the tank-water interaction was represented by an equivalent mechanical model, and the inelastic non-linear behavior of the isolation system was represented by a bi-axial hysteretic restoring force model. The parameters of this study are: the water-height/tank-inner-radius ratio, the tank-wall-thickness/tank-inner-radius ratio, the damping ratio of the isolation system, the target vibration period of the isolation system, and the strength ratio of the isolation system. Twenty-one pairs of selected and scaled ground motions were utilized. Time-history analysis was used to study the effect of bi-directional ground motion, as well as the effects of study parameters on seismic response of base-isolated RC water storage tanks. Seismic responses of base- isolated systems, when compared to base-fixed systems, show an effectiveness of LRB isolation system in the reduction of basal shear force values in the order of 14% to 74% for H/R = 0.5; of 47% to 83% for H/R = 1.0; of 73% to 91% for H/R = 2.0 (where H/R is the water-height/tank-inner-radius ratio).