Tesis para optar al grado de Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / El presente estudio tiene como finalidad determinar la factibilidad técnica, económica y estratégica de formar en Chile una empresa de suministro y montaje de estanques apernados para almacenamiento de líquidos, considerando que en un período de tres años esta empresa logre un 15% de participación de mercado y un margen de utilidad entre 5 a 10% al final de ese período. Proyecciones de Cochilco indican que sólo la industria minera en Chile requerirá al 2028 un aumento del 290% de consumo de agua de mar con respecto al 2016, lo anterior se complementa con el crecimiento total del consumo de agua potable en nuestro país, que según cifras de la Superintendencia de servicios sanitarios varía entre un 2 y 3% anual. Estos antecedentes permiten proyectar que el mercado para el almacenamiento de agua potable, desalada o para procesos, aumentará en forma importante durante los años venideros en nuestro país. La empresa objeto de este análisis pretende comercializar estanques para el almacenamiento de diversos líquidos, en particular estanques del tipo apernados, la marca a representar fabrica y reviste sus partes y piezas en plantas productivas en USA, despachándolas luego al lugar de montaje. Su diseño tipo mecano permite ahorros relevantes en fabricación, revestimiento en terreno y plazos de montaje, entre otros, lo que hace a esta tecnología altamente atractiva, sin mermar los estándares de calidad requeridos por el cliente. Aprovechando que diversas empresas ya han realizado un trabajo técnico de introducción de esta tecnología, la estrategia será reforzar las visitas a Oficinas de ingeniería de la Región metropolitana junto a un área comercial con amplia experiencia en la industria del almacenamiento y en especial de estanques apernados, además el tamaño de esta empresa permitirá bajos costos lo que en un inicio se reforzará con precios de bajo margen impulsando proyectos en carpeta para su adjudicación en breve plazo. Aplicados todos los indicadores financieros se obtiene como resultado después de impuestos, al final del tercer año, un VAN positivo de MM$ 43 junto a una TIR del 56%, muy superior al 10% de la tasa de descuento considerada para el estudio. Si a lo anterior se suma una participación de mercado del 15% se obtiene un margen de utilidad neto del 5% cumpliendo el segundo objetivo de esta evaluación, lo que permite determinar que la empresa de suministro y montaje de estanques apernados para almacenamiento de líquidos es factible estratégica, técnica y económicamente. Finalmente se recomienda complementar el suministro de estanques con otros productos para almacenamiento, aprovechando la misma infraestructura y base de dato de clientes, así obtener beneficios adicionales con mínimo costo.

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 péndulo friccional (FPS, friction pendulum system) bajo solicitación sísmica uni- y bidireccional. 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 para representar el modelo de análisis son: (H/R) la razón altura del agua-radio interior del tanque, (e/R) la razón espesor de la pared del tanque-radio interior del tanque, (Tb) el período objetivo de vibración del sistema de aislación, y (μb) el coeficiente de fricción 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 su equivalente de base fija del orden de hasta 73% para H/R = 0.5; 83% para H/R = 1.0; y 91% para H/R = 2.0. / 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 Friction Pendulum System (FPS) 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: (H/R) the waterheight/ tank-inner-radius ratio, (e/R) the tank-wall-thickness/tank-inner-radius ratio, (Tb) the target vibration period of the isolation system, and (μb) the friction coefficient 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 bidirectional ground motion, as well as the effects of study parameters on seismic response of base-isolated RC water storage tanks. Seismic responses of baseisolated systems, when compared to base-fixed systems, show an effectiveness of FPS isolation system in the reduction of basal shear force values up to 73% for H/R = 0.5; 83% for H/R = 1.0; and 91% for H/R = 2.0. / Tesis

El presente trabajo de tesis consiste en el diseño del control de nivel de un sistema hidráulico de dos tanques acoplados empleando control adaptativo por modelo de referencia. Se usó la planta piloto que se encuentra en el Laboratorio de Control Avanzado para el modelamiento del proceso a controlar. El modelo dinámico de la planta se linealizó para obtener las funciones de transferencia de cada tanque y el efecto del acoplamiento entre ellos. Luego se diseñó un control por desacoplo, a través del cual se busca reducir la interacción entre ambos tanques, para que el sistema multivariable se convirtiera dos sistemas de una entrada y una salida, para cada uno de los cuales se diseñará un controlador. El controlador se sirve de un modelo de referencia con las características deseadas, el cual se diseña a partir del lazo cerrado de un controlador PI con la función de transferencia de un tanque desacoplado. El sistema de adaptación se diseña a partir de la regla MIT (Massachusetts Institute of Technology), que usa una función de costo con el error entre el modelo y la planta para obtener los parámetros de la ley de control para cada tanque. En las pruebas con el modelo de la planta no lineal implementado en Simulink, se pudo comprobar que cuando la altura de uno de los tanques varía al seguir el nivel de referencia, la perturbación ocasionada en el otro tanque era corregida rápidamente por el controlador, por lo que se pudo mantener un nivel de referencia deseado en cada tanque independientemente del otro. Finalmente se elaboró una propuesta para la implementación del control adaptativo por modelo de referencia diseñado.

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 péndulo friccional (FPS, friction pendulum system) bajo solicitación sísmica uni- y bidireccional. 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 para representar el modelo de análisis son: (H/R) la razón altura del agua-radio interior del tanque, (e/R) la razón espesor de la pared del tanque-radio interior del tanque, (Tb) el período objetivo de vibración del sistema de aislación, y (μb) el coeficiente de fricción 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 su equivalente de base fija del orden de hasta 73% para H/R = 0.5; 83% para H/R = 1.0; y 91% para H/R = 2.0. / 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 Friction Pendulum System (FPS) 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: (H/R) the waterheight/ tank-inner-radius ratio, (e/R) the tank-wall-thickness/tank-inner-radius ratio, (Tb) the target vibration period of the isolation system, and (μb) the friction coefficient 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 bidirectional ground motion, as well as the effects of study parameters on seismic response of base-isolated RC water storage tanks. Seismic responses of baseisolated systems, when compared to base-fixed systems, show an effectiveness of FPS isolation system in the reduction of basal shear force values up to 73% for H/R = 0.5; 83% for H/R = 1.0; and 91% for H/R = 2.0. / Tesis

El empleo de tanques hidráulicos en actividades industriales es recurrente debido a la gran cantidad de industrias que utilizan fluidos y líquidos en sus procesos de producción. Para su correcto funcionamiento es necesario contar con un adecuado control del nivel en estos depósitos para que se aprovechen al máximo los recursos hidráulicos. El presente trabajo presenta un estudio del diseño de un sistema de control multivariable aplicado a una planta de dos tanques acoplados, que representa un proceso frecuente en la industria, y en el cual se pueden utilizar estrategias de control predictivo basado en modelo. La investigación empieza revisando el estado del arte de las técnicas de control que se han diseñado para este sistema basadas en teorías de control clásico, control moderno y control avanzado, entre estos últimos los controladores predictivos. Luego se expone la base teórica del control predictivo por matriz dinámica, estrategia con la cual es factible realizar el diseño de este controlador. Posteriormente, el modelo matemático lineal de la planta estudiada es presentado pues este servirá de referencia para el controlador. Finalmente, se enuncian las conclusiones a las cuales se ha llegado a partir del estudio realizado y se proponen pautas para el diseño del controlador en cuestión a manera de recomendaciones para un trabajo futuro.

Los tanques elevados para el almacenamiento de agua desempeñan un rol muy importante en los sistemas de distribución de agua. Es importante realizar un adecuado análisis y diseño sismoresistente debido a que el Perú se encuentra en una zona sísmica por la interacción de la placa de Nazca y la Sudamericana. En el Perú no se cuenta con normas necesarias ni específicas para el correcto análisis y diseño de este tipo de estructuras no convencionales. Por lo cual, además de la Norma de Diseño Sismoresistente (E.030) y Diseño de Concreto Armado (E.060) del Reglamento Nacional de Edificaciones, se usaron las Normas Internacionales Seismic Design of Liquid – Containing Concrete Structures and Commentary (ACI 350.3 – 06) y American Society of Civil Engineers (ASCE 7-05), así mismo, para el modelo dinámico de interacción del líquido con la estructura se usó el modelo propuesto por G.W.Housner. En este modelo la masa total del líquido se clasifica en Masa Impulsiva y Masa Convectiva. Para el modelamiento se usó el programa de elementos finitos SAP2000 Versión 18. Para el análisis dinámico se usó el mapa de isoaceleraciones espectrales con el cual se calculó un espectro de respuesta sísmico dando como resultado un periodo de T = 4.01s y una cortante de V = 1496.68 Ton-f. Para fines de cálculo se consideró la ubicación en la ciudad de Lima y el tipo de suelo rígido. Finalmente, se propone el uso de anillos deflectores en la cuba, las cuales estarán adosadas en la pared interna en forma de viga. Esta propuesta es un sistema de amortiguamiento sísmico que disminuye las fuerzas producidas por la masa del agua hasta en un 30%. La idealización de la propuesta, cálculos y resultados se verán con mayor detalle en la presente tesis. / Elevated water storage tanks constitute an important role in water distribution systems. It is important to conduct a proper analysis and earthquake resistant design, because Peru is in a seismic zone caused by the interaction of the Nazca plate and the South American plate. In Peru there are no adequate nor specific norms for the correct analysis and design of this type of unconventional structures. Therefore, in addition to the Sismo Resistant Design Standard (E.030) and Armed Concrete Design (E.060) of the National Building Regulations, the International Standards Seismic Design of Liquid Concrete Structures and Comments (ACI 350.3 - 06) and American Society of Civil Engineers (ASCE 7-05), likewise, for the dynamic model of interaction of the liquid with the structure the model proposed by GW Housner was used. In this model, the total mass of the liquid is classified as Impulsive Mass and Convective Mass. For modeling, the finite element program SAP2000 Version 18 is used. For the dynamic analysis, the map of spectral isoacelerations was used, with which a seismic response spectrum was calculated, resulting in a period of T = 4.01s and a shear of V = 1496.68 Ton-f. For the purposes of calculation, the location in the city of Lima and the type of rigid floor. Finally, it is proposed to use baffle rings in the tank, which are attached to the internal wall in the form of a beam. This proposal is a system of seismic damping that reduces the forces produced by the mass of water by up to 30%. The idealization of the proposal, calculations and results will be seen in greater detail in this thesis / Tesis

La presente tesis tiene como objetivo analizar y comparar la repuesta sísmica de tanques rectangulares y circulares de concreto armado conteniendo agua y con el tanque apoyado sobre el suelo, con el fin de demostrar que las fuerzas del movimiento y amplitud de movimiento del agua sobre las paredes del tanque dan resultados menos conservadores cuando se usa en el análisis las ecuaciones de Navier-Stokes en vez del Método Simplificado de Housner. Se presenta una propuesta de tanque rectangular y otro circular para un volumen de diseño de 1000 m3 de agua para un tanque apoyado en un suelo intermedio ubicado en Lima. Se procede a calcular el cortante basal y momento mediante el método de Housner con las especificaciones del ACI 350-01 y la norma Peruana de diseño sismoresitente E.030-2006. El cortante basal y momento se calculan con la ayuda de un modelo mecánico equivalente basado en las ecuaciones de Navier-Stokes para una, dos y tres masas oscilatorias modeladas en el software SAP 2000. Luego se encuentra que con el modelo mecánico equivalente basado en las ecuaciones de Navier- Stokes se obtiene un 10% y 15% menos de cortante y momento que con el modelo Housner. Asimismo, se procede a evaluar la amplitud del oleaje con las ecuaciones originales de Housner y ACI-350-01 y a su vez, resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes para varios modos de vibración. Luego se encuentra que la amplitud del oleaje máximo determinado en base a las ecuaciones de movimiento de Navier-Stokes son más conservardoras que la amplitud calculada por las especificaciones del ACI 350.3-01 y el Metodo de Houser. Sin embargo, el valor no sobrepasa del 20% por encima de lo propuesto por el ACI, para ambos tipos de tanques / The present thesis aims to analyze and compare the seismic response of rectangular and circular tanks of reinforced concrete containing water and with the tank resting on the ground, in order to demonstrate that the forces of movement and the amplitude of the movement of water over the tank walls give less conservative results when the Navier-Stokes equations are used in the analysis instead of the Housner's Simplified Method. We present a proposal for a rectangular tank and a circular one for a design volume of 1000 m3 of water for a tank supported on an intermediate ground located in Lima. We proceed to calculate the basal and momentum cut by the Housner method with the specifications of ACI 350-01 and the Peruvian standard of seismic design E.030-2006. The basal shear and momentum are calculated with the help of a mechanical model based on the Navier-Stokes equations for one, two and three oscillatory models modeled on the SAP 2000 software. It then encounters the equivalent mechanical model based on equations of Navier-Stokes is 10% and 15% less shear and moment than with the Housner model. Also, test the amplitude of the wave with the original equations of Housner and ACI-350-01 and turn, solving the Navier-Stokes equations for various modes of vibration. Then it encounters the amplitude of the wave at the base of the Navier-Stokes equations of motion are more conservative than the amplitude calculated by the specifications of ACI 350.3-01 and the Houser Method. However, the value does not exceed 20% above that proposed by the ACI, for both types of tanks. / Tesis

El agua es un recurso indispensable para los seres vivos. Sin embargo, su distribución es irregular y, en muchos casos, no abastece a todos los lugares poblados existentes. Es por ello, que durante los últimos años han aparecido nuevos sistemas para almacenar y distribuir este líquido de manera funcional y segura. Entre ellos, los tanques elevados de agua hoy en día presentes en toda la ciudad de Lima. Pese a ser la actual reserva de agua para la ciudad, la experiencia en nuestro país ha demostrado que estos elementos urbanos no son atendidos como deberían, y con el tiempo terminan deteriorándose y, por consiguiente, siendo abandonados antes de ejercerles un correcto mantenimiento. Reduciendo su vida útil y condenándolos a una inminente demolición y posterior desaparición, ¿Cuál es el futuro de los tanques elevados de agua en Lima? ¿Es posible aprovechar estas estructuras existentes? El presente Proyecto de Fin de Carrera (PFC) propone reinterpretar la identidad del reservorio elevado de agua y volverlo el nuevo “Suministro de equipamiento urbano para la ciudad de Lima”. Para ello, se analizó sus diversas formas y tamaños, eligiendo el tipo más común para ser intervenido: el tanque elevado cilíndrico de fuste hueco. El proyecto aborda el desarrollo de una propuesta de intervención en un reservorio elevado ubicado en el distrito del Rímac por las siguientes urgencias: la necesidad actual del distrito por obtener una mayor cantidad de equipamiento urbano (cultural, recreativo y deportivo) para los residentes; y por mantener un tanque elevado sin uso y con riesgo de desplome de no ejercerle el correcto mantenimiento periódico preventivo y correctivo. Ambas necesidades denotan que se priorice este espacio como prototipo de intervención.

En general, el concreto es susceptible al paso del agua por dos formas, por absorción capilar, cuando está expuesto a un ambiente húmedo, y por presión hidrostática o permeabilidad, cuando está en contacto con agua y por tanto sometido a presiones hidrostáticas, como en el caso de las estructuras de almacenamiento de agua (ACI 212.3R, 2010). Este ingreso del agua al concreto puede generar con el tiempo problemas de durabilidad y, en consecuencia, afectar la vida útil de la estructura de concreto. Por ello, la importancia de investigar y comparar nuevas alternativas, disponibles en el mercado, como los Aditivos Reductores de Permeabilidad (PRA), que puedan disminuir el ingreso del agua en el concreto y que puedan ser especificadas por el diseñador, con conocimiento de su desempeño. El no evaluar posibles alternativas conduciría a usar opciones costosas y algunas veces inadecuadas para el proyecto. La presente tesis tiene como objetivo poder contribuir al estudio de la reducción de la permeabilidad del concreto destinado a estructuras de almacenamiento de agua, a través de una investigación comparativa y experimental entre coeficientes de permeabilidad del concreto, elaborados con diferentes Aditivos Reductores de Permeabilidad (Hidrófugos, Cristalinos y Fly Ash) e Incorporador de Aire. Para obtener el coeficiente de permeabilidad mediante la fórmula de Valenta, se determinó mediante ensayos la profundidad de penetración de agua bajo presión (con norma de referencia BS-EN 12390-8) y la porosidad del concreto (ASTM C642). De los resultados obtenidos se llega a la conclusión de que los aditivos Hidrófugos y Cristalinos no reducirían la permeabilidad en concretos con relación agua/material cementante (w/cm) igual o mayores a 0.6 y que el Fly Ash sería una buena opción.

El presente trabajo de diplomatura tiene como objetivo general presentar el predimensionamiento, análisis por cargas de gravedad y sísmicas, y el diseño estructural en concreto armado de un reservorio de agua potable apoyado sobre el suelo ubicado en la ciudad de Lima. El reservorio tiene forma circular y por requerimientos hidráulicos tiene un volumen de 2500 m3, diámetro de 22 m y una altura de 7.5 m. El estudio de mecánica de suelos consideró un suelo de perfil tipo S1 con una capacidad portante de 3.5 kg/cm2 y un módulo de balasto de 2.5 kg/cm3. Este está compuesto por una losa de fondo, paredes cilíndricas, una cúpula esférica en la parte superior y una viga tipo anillo que une la cúpula con las paredes. El análisis por cargas de gravedad y sismo del reservorio simplemente apoyado están modelados tridimensionalmente en el programa SAP 2000, siguiendo exigencias y estipulaciones de la Norma Técnica E.020, E.030 del año 2018 y el código ACI 350 06.3. Para el diseño de la cúpula, paredes, viga tipo anillo y losa de fondo se consideran la norma peruana E.060 y el código ACI 350-06.