Este documento explora la resistencia sísmica de los tanques elevados de almacenamiento de agua en el departamento de Magdalena, Colombia, que fueron diseñados según las guías del INFOPAL. Se plantea la necesidad de evaluar el comportamiento de estos tanques ante un posible terremoto y determinar si deberían rediseñarse según el código ACI 350.3 para mitigar el riesgo de colapso. Finalmente, se revisan algunos antecedentes teóricos y de daños en infraestructura hídrica causados por s

1. ¿Tanques elevados de almacenamiento de agua sismo
resistentes según la norma del INSOPAL, norma ACI 350.03 en
Colombia “departamento del magdalena”?
José Gregorio Rodríguez Martínez
Estudiante de ingeniería civil
2009215064
Universidad del Magdalena
Programa de ingeniería civil
Santa Marta D.T.H.C.
Miércoles 21 del 2010

2. INTRODUCCION
Los tanques de almacenamiento de agua potable se puede definir como la
estructura necesaria en el proceso de distribución del agua potable, y es así a
partir de ellos que se puede llegar a regular o controlar el volumen y las reservas
de agua para las horas de mayor consumo o cuando se requieran en situación de
emergencia como lo incendios. Los tanques son parte fundamental del sistema de
almacenamiento y están destinado a recibir, almacenar, regular y entregar a la red
que la distribuye el agua potable producida en un plata procesadora de agua
potable “potabilización” o bien si es extraída desde los pozos subterráneos.
Los tanques de almacenamiento de agua en Colombia hacen parte fundamental
en el campo de abastecimiento o suministro de agua, en especial de ciudades o
pueblos en los que el sistema de acueducto no asimila grandes proporciones de
este liquido. Por otro lado los tanques elevados presentan un esquema diferente
dentro los distinto tipos que existen, los cuales trabajan a una cota de distribución
que se obtiene de alturas que se obtiene por medios de columnas y vigas que lo
soportan, con su adecuada cimentación, y que son típicos de ciudades plana, a
diferencia de aquellos que adquieren su altura por ubicarse sobre formaciones
montañosas de la ciudad y que se denominan subterráneos o semienterrados.
El diseño estructural de tanques de almacenamiento de agua potable es un
proceso que se debe hacer teniendo en cuenta todos los probables tipos de fallas,
los cuales pueden surgir por distintos eventos, como los generados por fuerzas de
cargas muertas y vivas, movimiento oscilatorio de la estructura si son tanques
elevados debido a desplazamiento horizontales a razón de sismos de grandes
magnitudes, las estructura de cimentación sobre la cual descansaría el tanque de
almacenamiento de agua, partiendo de la capacidad portante del terreno, y los
efectos que conlleva el movimiento oscilatorio del agua cuando esta trabaja a
impulsión o convección, evento el cual se ve influenciado por la geometría del
mismo, y la capacidad de almacenamiento.es por estas razones que el diseño de
los tanques se debe ajustar a parámetros básicos que no implique la presencia de
esfuerzos internos que conlleven a grietarse o filtraciones , que pueda afectar a la

3. población en su salud por la incursión de agentes contaminantes en el agua que el
tanque almacena o peor de las situaciones a rupturas del tanque mismo.
Población en su salud por la incursión de agentes contaminantes en el agua que el
tanque almacena o peor de las situaciones a rupturas del tanque mismo.
Aspecto fundamental para el diseño de tanques de almacenamiento se evidencia
en la resistencia a las acciones sísmicas de la zona, las cuales a su vez se
manifiestan mas en el estado de sus componentes estructurales, por lo cual es
necesario diseñar tanques elevados basados en especificaciones
simorresistentes, con el de evitar desastres que en otras circunstancias de diseño
se podrían presentar.
Además de esto como secuencia adicional de los efectos del sismo, el agua
dentro del tanque responde de manera diferente que una masa rígida ante la
presencia de los sismo, por lo que investigadores como Housner (1963) 1 modelo
una porción de agua como si estuviera rígidamente unida a la pared del tanque
impartiendo fuerzas de la impulsión. La otra porción de agua fue unida al tanque
mediante resortes, lo cual produce un efecto ondulatorio o de convección.
A partir de estas informaciones se hace viable la realización de la búsqueda y
puesta en marcha de los posibles efectos sísmico de aquellos tanques elevados
de almacenamiento de agua que fueron construido siguiendo la guía de diseño
estructural del INFOPAL (Instituto Nacional de Fomento Municipal), en la cual no
se contempla un diseño asociado con solicitaciones sísmicas, para cual se basan
en el código “Seismic Design of Liquid-containing concrete structures
(ACI350.3-01) and commentary (350.3r-01)” .
1
HOUSNER, GF. W.; “The dynamic behavior of wáter tanks” citado por Fernando Yáñez Uribe y
Cristian fuentes Henríquez. Evolución de la norma ACI350 en estanques semienterrados de
hormigón armado. Santiago de chile: 2005. P. 3.

4. Planteamiento del problema
En cualquier sistema de distribución de agua potable, los tanques de
almacenamiento cumplen una función muy importante para el beneficio de la
comunidad, ya que además de mantener el abastecimiento de agua de forma
constante, estos son diseñados con un volumen de agua adicional en caso de
emergencia. Los tanques de almacenamiento de agua potable que se encuentran
ubicados en los diferentes municipios por ejemplo del departamento del
Magdalena, proporcionan una muestra ideal para demostrar la debilidad y el alto
riesgo de los tanques elevados de almacenamiento de agua, ya que estos fueron
diseñados basando en los parámetros de las guías de diseño estructural del
INFOPAL (Instituto Nacional de Fomento Municipal) las cuales datan de muchos
años atrás.
El poco conocimiento que se tiene acerca del comportamiento de estas
estructuras ante un movimiento sísmico, provienen de teorías realizadas por
investigadores de otros países mas desarrollados como USA, JAPÓN, CHILE,
ESPAÑA, entre otros, en donde el sistemas constructivo difiere un poco de los
nuestros (Colombia). Además se debe tener presente que a partir de la ultima
actualización de norma de diseño sismo resistente por la ley 400 de 1997 y el
decreto de 1998 ubico a nuestro departamento en una zona de amenaza sísmica
intermedia, por lo cual se genera una incertidumbre acerca de ¿que pasaría con
los tanques elevados de distribución de agua construido con estas guías, si
llegase a producirse un evento sísmico propio en la región?
Las implicaciones de no tener un estimativo de que tan confiables son estas guías
de diseño estructural, han llevado a pensar en una seria de posibles efectos
locales asociados con la interacción entre el servicio de distribución de agua y la
población como lo serian:
• No se podría prestar el servicio de abastecimiento de agua para la
población.
• Los planes de contingencias para fortalecer y restablecer el sistema de
abastecimiento fuera insuficiente.
• Es por eso que se hace necesario realizar una serie de pruebas que
determinar cual seria la mejor opción a la hora de emplear el código de
construcción de estructuras de contención de líquidos de concreto ACI
350.3 (american concrete institute),

5. Por lo tanto es necesario preguntarse:
• ¿Cual será las posibles consecuencias y comportamiento de los tanques
elevados de almacenamiento de agua potable ante una eventual llegada de
un sismo?
• ¿como puede mitigarse el problema del colapso de los tanques elevados de
almacenamiento de agua a estos se le esta aplicando una fuerza sísmica?
• ¿Cuál seria el mejor diseño según la normas capas de resistir estas
eventualidades?

6. Antecedentes.
Al momento de evaluar la respuesta de cargas de cualquier estructura, es de gran
importancia, conocer el comportamiento de dichas estructuras cuando ocurre un
movimiento sísmico. Es por esto que en la actualidad, los investigadores se han
dedicado a trabajar en el estudio de los sismo y a partir de estos, han logrado
diseñar códigos de construcción sismo-resistentes.
La vulnerabilidad sísmica de edificaciones y estructuras ha sido un tema en cual
muchos han basado sus estudios debido a la importancia que esta representa
para el bienestar de la sociedad, entre los ingenieros que han realizado algún tipo
de investigación relacionada con el destacamos los siguientes:
• Flores V. F, granco s. ch, Fernández - Dávila G.; v:;
Ellos realizaron la investigación sobre el “Análisis y diseño sísmico de
estanques elevados de hormigón armado con aislación basal”. La cual fue
publicada en la VII jornada de sismología e ingeniería antisísmica en
Valparaíso; Chile,
Antecedentes de normativa de diseño y construcción en
Colombia
Después del sismo ocurrido en la ciudad de Popayán el 31 de marzo del
año 83 y de las consecuencias que trajo consigo dicho sismo en lo que ha
perdidas económicas y humano se refiere, el congreso de Colombia
expidió la ley 11 del año 93 en la que, entre otras cosas autorizo al
gobierno ha expedir una seria de reglamentaciones de construcción
antisísmica, de allí que entro en vigencia en todo Colombia el código
colombiano de construcciones sismo resistentes CCCSR-84.

7. A medida que transcurrieron los años y a pesar que las edificaciones
construidas bajo el CCCSR-84 cumplieron su cometido; en los recientes
sismos con el de Pereira de febrero del 95 la experiencia dio uno bofetada
impostergable que era la actualización de la norma y de adoptar nuevos
esquemas de seguridad y de acomodarlos a las nuevas tendencias de la
técnica y la ciencia. Con este propósito el gobierno en el 98 decreta la
normativa que busca actualizar la normativa del CCCSR-84.
Antecedentes de daños en las estructuras de
abastecimiento y almacenamiento de agua debido a sismos
en Latinoamérica y Colombia
Los tipos de fallas mas comunes en los tanques de almacenamientos de
agua se deben a grandes esfuerzos axiales de compresión, también a nivel
hidrodinámico al movimiento oscilatorio del agua que se mueve con el
tanque (modo impulsivo), la cual alcanza la misma aceleración del terreno
durante el evento sísmico, contribuyendo así a un mayor cortante en la
base, y al momento de volcamiento. A continuación se da una relación de
los daños ocasionados en los sino mas importantes de Latinoamérica y
Colombia.
Latinoamérica
Entre los sismos mas importantes que se han presentando en América
latina se mencionan a continuancion2
Sismo san Fernando california USA (9 de febrero 1971) magnitud 6.6 grados. Los
daños en estructuras hidráulicas a causa del terremoto los efectos mas
importantes se dieron en el sistema de agua potable, reservorios de aguas y
represas tuberías y tanques de almacenamientos

8. 2
Greces José Ing. Civil mitigación de desastres naturales en sistemas de agua
potable y alcantarillado sanitario. Guías para análisis de la vulnerabilidad 1997
2. Sismo de Managua, Nicaragua (23 de diciembre de 1972), magnitud de 6.6
grados; se identificaron mas de 100 roturas de conducción los techos de
estaciones de bombeo colapsaron tanques dañados por motivos de repturas y
filtraciones.
3. Sismo san Juan y Mendoza Argentina (23 noviembre de 1977) magnitud de 7.4
grados; La red de distribución de la ciudad presento ruptura en todo el sistema de
conducción de agua potable (aproximadamente 40 KM)
4. Sismo de San salvador, el Salvador (10 de octubre 1986) magnitud 5.4 grados;
como consecuencia del sismo, hasta 20 días después del sismo se seguían
reportando 2400 ruptura en la línea de conducción esencialmente en la red de
agua potable y en sus tanques de almacenamiento.
5. Sismo Loma prieta, california USA (17 octubre de 1989) magnitud de 7.1
grados; las tuberías matrices en el aérea de la falla y zonas de almacenamiento
sufrieron daños de consideración dejando sin suministro de agua a la pequeña
ciudad por mas de tres días.
5. Sismo de northridge, los Ángeles USA (17 de enero de 1994) Magnitud de 6.7
grados. Los principales daños sufridos en las tuberías de distribución y tanques
elevados de almacenamiento se debieron a vibraciones y movimientos intensos.
Las mas afectadas entre ellos fueron aquellas de hierro que poseían juntas rigidas
deterioradas por el oxido.
6. Sismo de Santa rosa, california USA (1 octubre de 1969) tuvo una magnitud de
5.7 grados; hubo daños menores en los tanques de almacenamiento, estaciones

9. de bombeo, ocurrieron daños significativos en el sistema de tuberías de
distribución.
8. Sismo Nazca, Perú (12 noviembre 1996) Este Sismo tuvo una magnitud de 7.7
grados y es considerado uno de lo mas transcendentales de la historia; los daños
ocurridos a nivel de sistemas de agua y desagüe, consistieron en daños en
tanques elevados con estructuras aporticadas de concretos.
Sismo en Colombia
1. Eje cafetero ( 25 enero 1999) magnitud 6.7 y afecto todo el eje cafetero, se
tiene registro de daños en las redes de distribución de agua potable, en
donde fueron necesaria tuberías de 3,4y 6 pulgadas además de daños en
´planta de tratamiento, tanques elevados y tanques de almacenamientos3

10. 3
Observatorio sismológico del sur occidente www.osso.org.co
Marco teórico conceptual
Para el análisis y posible obtención de un diseño apropiado de sismo resistencia
de un tanque elevado de almacenamiento de agua se deben considerar una serie
de factores que intervienen en el sistema tanque-fluido y que muchos códigos
tienen en cuenta para el cálculo de los esfuerzos máximos de cortes para el
mismo. Estos factores se sintetizan en:
 Modelo mecánico y sus parámetros.
 Presión hidronímica debido a la excitación lateral y vertical.
 Periodo de tiempo en los modos laterales y verticales del tanque.
 Efecto de la flexibilidad
Entre estos factores se pueden destacar como los de mayor importancia aquellos
que van asociados con los movimientos oscililatorios del agua en modos
impulsivos y convectivos los cuales fueron modelados por G. W. Housner (1963) 4
para el diseño sísmicos de tanques.
Por otro lado los efectos del suelo se pueden ver reflejados en asentamientos
diferenciales los cuales son muy comunes en suelos que se densifican muy
fáciles. Los asentamientos diferenciales se pueden presentar de igual forma por
cimentaciones o suelos que varían a lo largo de la estructura o por el
comportamiento de fluido denso que el suelo asume por estar sometido a
vibraciones lo que se conoce como licuefacción del suelo.
Teniendo en cuenta estos factores se han concedido una variedad de códigos que
establecen sus condiciones para el calculo y diseño de estructuras de

11. almacenamiento de fluidos, los cuales algunos se presenta a continuación en
breves palabras.
______________________________________________
4
HOUSNER, G. W.; OP. CITA
Códigos para el diseño de estructura de almacenamiento de
fluidos 5
 Aci 371 (1998) tanto el ACI 371 como el ACI 350.3 da las pautas para el
diseño sísmico de tanques de concreto de almacenamiento de liquido.
El ACI 371 de 1998 provee recomendaciones para evaluar las fuerzas
sísmicas de tanques apoyados sobre pedestales de concreto, con algunas
modificaciones del FEMA (Federal Emergency Managment Agency). El
ACI 371 no da detalles del componente que actúa conectivamente, pero si
recomienda que se tome en cuenta cuando el peso del agua es menor que
el 80% de la carga total por la gravedad del tanque de almacenamiento de
liquido.
 ACI 350 (2001) el ACI 350.3 de 2001 ofrece un procedimiento para el
diseño sísmico de tanques en concreto de contención de líquidos,
especificando en el componente que actúan en forma convectiva e
impulsiva. El ACI 350.3 abarca el diseño de tanques soportados sobre
terreno y considera sugerencia realizadas por el FEMA 386. En el código
ACI 350.3-01 también llamado Seismic design of Liquid-Containing
Concrete Structures, estableció una metodología para realizar análisis
sísmico siguiendo el modelo de G. W. Housner para calcular las masas y

12. periodos de vibración de las masa impulsivas y conectivas debido a la
oscilación del agua durante el sismo.
_________________________________________________
5 DR
. Durgesh c. rai y DR. sudhir k. jain review of codeprovisions on design
seismic forces liquid storage tanks, india p 3 - 19
Con el fin de poder llevar una metodología ordenada para el diseño sísmico de los
tanques elevados de almacenamientos de agua, el código ACI 350.03 ha sugerido
procedimiento, sobre la cual se sustentara es estudio de vulnerabilidad sísmica de
dichos tanques, el cual se enmarca bajo los lineamientos de la actividad de la
fuerzas impulsivas y conectivas6

13. 6
aci committee 350 environmental engineering concrete structures. Seismic
design of liquid-containing concrete strectures (ACI350.03-1) and commentary
(350.3R-01) USA 2001.
 Awwa standards, American water works association standars: este
código provee lineamientos para el diseño y construcción de diferentes
tipos de tanques de almacenamiento de agua potable.

15. Justificación
El instituto de fomento municipal dentro de sus políticas institucionales, esta la de
cumplir a cabalidad los requerimientos del sector del agua potable y saneamiento
básico, procurando mejorar las condiciones de vida de la población sobre la cual
este se distribuye, para ello este ente nacional, debe llevar a cabo los siguientes
lineamientos.
I. Ordenamiento de las funciones de planificación, regulación y prestación de
los servicios de agua y saneamiento básico, conforme a las leyes vigentes.
II. Aumento de la capacidad técnicas de los prestadores de servicios
III. Monitoreo y mejoramiento de la calidad del agua a nivel nacional.
Habiendo conocido algunas de las acciones encaminadas a mejorar la calidad de
vida de las personas que conforman una determinada comunidad, se puede ver
claramente el papel que juega la guía de diseño estructural, elaborada por el
instituto de fomento municipal (INSOPAL).
Los tanques de almacenamiento de agua tienen una función vital operación de un
sistema de distribución después de un sismo. El funcionamiento adecuado de los
tanques es un aspecto importante, ya que el agua almacenada en estos como
función principal es la de abastecer a la comunidad afecta y combatir los incendios
Esta revisión bibliográfica provee una metodología sencilla para dar respuesta ala
pregunta ¿Tanques elevados de almacenamiento de agua sismo resistentes
según la norma del INSOPAL, norma ACI 350.03 en Colombia “departamento del
magdalena”? De acuerdo al resultados se definen cuales son las normas y
diseños para tener tanques de almacenamiento de agua sismo-resistentes en
Colombia y en particular en el magdalena.
De igual forma esta revisión bibliográfica se justifica partiendo del punto de que
nunca antes se había incursionado en alguna revisión bibliográfica que implicara
un análisis detallado de los sistemas empleados para la construcción de las

16. estructuras de los tanques elevado de almacenamiento de agua potable,, como lo
es la guía de diseño propuesta por el INFOPAL, en donde considera aquellos
movimientos vibratorios típicos del departamento del Magdalena descrito
específicamente de la norma ACI 350.3 y los parámetros diseño en Colombia por
NSR 1998 “tomado código colombiano de construcción anti-sísmica” y “ norma
sismo resistente NSR 1998”
Hipótesis
Teniendo en cuenta la situación en la que ubico la Norma Sismo Resistente (NSR
1998) al departamento del magdalena, la presente revisión bibliográfica plantea
como proposiciones probables referidas al problema la siguiente hipótesis:
• Los tanques de almacenamiento de agua diseñados por medio de las guías
de diseño y construcción del INFOPAL, no cumplen con un diseño sismo-
resistente, necesario ante fuerzas sísmicas impuestas en comparación con
otros tanques construidos y diseñados recientemente bajo las normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente (NSR1998).
• Los tanques elevados de almacenamiento de agua potable pueden
colapsar total o parcialmente debido al mal comportamiento de algunas
elementos estructurales ante la eventualidad de un sismo
Falla de los elementos
estructurales del
ad tanque de
de intensid CAUSA
Movimie nto sísmico l almacenamiento de
fuerte en e
m oderada o lena AGUA
del magda
de p artamento
EFECTOS
INTERRUPCION DEL SUMINISTRO DE
AGUA POTABLE ALA POBLACION
AFECTADA DEL SISMO

17. Planteamiento de la solución del problema
Dentro de la revisión bibliográfica las posibles soluciones al planteamiento del
problema más representativo son
En primer lugar se plantea la posibilidad de arriostrar las estructuras ya
construidas mediantes guías aquí expuesta a consideración.
Rediseñando las estructuras ya construida por medio de la normativa vigente en la
actualidad mediante la incorporación de elementos estructurales acordes con las
exigencias y prevenciones de futuras eventualidades sísmicas.
Segundo la utilización norma ACI 350.03 para la construcción de nuevos tanque
elevados que reemplace los existente para asi eliminar el posible peligro que
existe ante un eventual sismo moderado a intenso previsto en la región del
magdalena. Además de la utlizacion derequisitos de NSR 1998.

18. Conclusiones
De la anterior revisión bibliográfica se pueden sacar muchas anotaciones
importantes, en cuanto respecta a la eficiencia y confiablidad de los tanques de
almacenamiento de agua que fueron diseñados siguiendo los parámetros de la
guía de diseño estructural propuesta por el INFOPAL instituto nacional de
fomento municipal.
Si bien quedo claro en muchos apartes de esta revisión bibliográfica; un tanque de
almacenamiento de agua es una estructura de vital importancia después de la
presencia de un evento sísmico independiente de la zona en la que esta ocurre, es
por eso que se debe preocuparse realizar diseño ingeniería con el menor riesgo
posible que una vez construido este colapse o llegue a fallar uno de sus elementos
estructurales en caso critico que enmarcaría la imposibilidad de funcionar
adecuadamente.
Para una zona de capacidad de disipación de energía moderada, como es el caso
del departamento del Magdalena, se aprecia que en las estructura de
almacenamiento de agua la disipación de energía es muy baja y por tanto tiende a
acumular grandes cantidades de esta, y puede perder la cualidad de trabajar en el
rango de elasticidad de respuesta ante un sismo.
Algunas de las especificaciones plateadas en la guía de diseño estructural del
INFOPAL va encontra con la reglamentación de construcción y diseño colombiana
de 1998.

19. BIBLIOGRAFIA
. NORMA COLOMBIANA DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE
DEL 98 (NSR-98), Asociación colombiana de ingeniería sísmica, Colombia 1998
. ACI COMMITTEE 350 ENVIRONMENTAL ENGINEERING CONCRETE
STRUCTURES. Seismis design of liquid-containing concrete structures
(ACI350.3-01) and commentary (350.3r-01) USA 2001
. Yañez Uribe Fernando Henrique Christian, “evaluación de la nueva norma ACI
350 en estanques semienterrados de hormigón armado” Santiago de chile. Chile
. Graces jose, “mitigación de desastres naturales en sistemas de agua potable y
alcantarillado sanitario” guias para el análisis de la vulnerabilidad. 1997.
Terzariol Roberto e. Aissa Gonzales m.; arrua pedro A. “diseño sísmico de
estructuras de contención en suelos granulares” Córdoba Argentina.
. Dr: O. R. jaiswal, “review of code provisions on design seismic forces for liquid
storage tanks” department of applied mechanics visvesvaraya national institute of
technology , nagpur . india