fundaciones de recipientes horizontales

PDVSA N TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

VOLUMEN 18I

PDVSA, 1983

LSTC004 FUNDACIONES DE RECIPIENTES HORIZONTALES

APROBADA

Jos Gilarranz Eduardo SantamaraABR.91 ABR.91

PROCEDIMIENTO DE INGENIERIA

ABR.91

DIC.91 L.T.1

0

Se aaden Esp. PDVSA JA221 y JA223 8

9

D.G. R.R.

J.S.

MANUAL DE INGENIERIA DE DISEO

ESPECIALISTAS

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FUNDACIONES DE RECIPIENTESHORIZONTALES DIC. 911

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.Men Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice1 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Guas de Ingeniera PDVSA 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Procedimientos de Ingeniera PDVSA 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Especificaciones de Ingeniera PDVSA 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Normas Industriales 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 CONDICIONES DE DISEO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Cargas Verticales 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Cargas Horizontales 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Combinaciones de Cargas 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Esfuerzos de Diseo 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 PERNOS DE ANCLAJE 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 PLANCHAS DESLIZANTES 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 DISEO DE PEDESTALES 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Dimensionamiento 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Acero de Refuerzo 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 DISEO DE COLUMNAS 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Dimensionamiento 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Acero de Refuerzo 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 DISEO DE ZAPATAS 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Dimensionamiento 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Estabilidad al Volcamiento 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Esfuerzo Admisible del Suelo 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1 ALCANCE1.1 Esta seccin se refiere al anlisis y diseo de fundaciones para recipientes

horizontales.

1.2 El ingeniero estructural deber obtener los siguientes datos de los planos derecipientes.

1.2.1 Separacin entre Soportes

1.2.2 Ancho, Longitud y Altura de los Soportes

1.2.3 Pesos del Recipiente

1.2.4 Dimensiones de los Pernos de Anclaje

1.2.5 Ubicacin de los Soportes Ranurados para Fuerzas Laterales

1.2.6 Temperaturas Mximas/Mnimas de Operacin

1.3 Generalmente, los recipientes horizontales se apoyan en pedestalesrectangulares; sin embargo, cuando la altura de colocacin del recipiente esmayor que la altura econmica, debern utilizarse columnas con cabezales To soportes tipo A para la construccin de estos pedestales.

En condiciones normales, la altura econmica referida est entre 3050 mm (10)y de 3660 mm (12) sobre el nivel de superficie del terreno.

2 REFERENCIAS2.1 Guas de Ingeniera PDVSA

90615.1.008 Fundaciones para Recipientes Horizontales90615.1.003 Diseo de Concreto90615.1.004 Vigas de Concreto Armado90615.1.005 Columnas de Concreto Armado

2.2 Procedimientos de Ingeniera PDVSALSTC001 Diseo de ConcretoLSTC007 Fundaciones para Intercambiadores de Calor

2.3 Especificaciones de Ingeniera PDVSAA211 Concreto Materiales y ConstruccinA251 Concreto en Fundaciones y Concreto Pobre DiseoAI211 Limpieza del Sitio y Movimiento General de TierraAK211 Movimiento de Tierra. Excavacin y RellenoJA221 Diseo Antissmico de Instalaciones Industriales.JA252 Diseo de Fundaciones

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2.4 Normas IndustrialesACI American Concrete Institute.

AISC American Institute of Steel Construction.

COVENIN 1753 Estructuras de Concreto Armado para Edificios,Anlisis y Diseo.

COVENIN 1618 Estructuras de Acero para Edificaciones. Proyecto,Fabricacin y Construccin.

UBC 1988 Uniform Building Code.

3 CONDICIONES DE DISEO

3.1 Cargas Verticales

3.1.1 Peso de Montaje:

Peso de fabricacin del recipiente de acuerdo a los planos, ms el peso adicionaldebido a plataformas, escaleras, etc.

3.1.2 Peso Vaco:

Peso de fabricacin del recipiente ms el peso de las partes internas, tuberas,aislamientos y plataformas.

3.1.3 Peso de Operacin:

Peso vaco ms el peso del fluido de operacin y/o del catalizador. En ocasiones,puede ser necesario que el Departamento de Procesos verifique las condicionesde operacin usadas.

3.1.4 Peso de Prueba:

Peso vaco ms el peso del agua necesaria para la prueba hidrosttica.

3.2 Cargas Horizontales

3.2.1 Viento Transversal:

a. Presin del viento en superficies cilndricas actuante sobre la proyeccinvertical del rea lateral del recipiente, aplicada como una fuerza cortantehorizontal, en el centroide del recipiente. Con el objeto de considerar elefecto de las partes sobresalientes como tuberas, bocas de visita,aislamiento, plataformas, etc., el rea proyectada se multiplicar por unfactor de incremento.

Este factor se obtiene de la tabla siguiente y de acuerdo al dimetro delrecipiente.

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DIAMETRO DEL RECIPIENTE FACTOR DE CARGAPOR VIENTO

762 mm (30) o menor 1,50

914 mm (36) a 1219 mm (48) 1,37

1372 mm (54) a 1829 mm (72) 1,28

1981 mm (78) a 2438 mm (96) 1,20

2591 mm (102) o mayor 1,18

Nota:

En caso de que se coloquen configuraciones de plataformas atpicas ygrandes, se deber evaluar su efecto y aumentar las cargasadecuadamente, cuando se considere necesario.

El dimetro del recipiente se multiplicar por el Factor Multiplicador deCarga por Viento correspondiente para obtener el Dimetro Efectivo porviento.

(Dimetro real del recipiente = Dimetro interno del recipiente + (2) espesorde la pared + (2) espesor del aislamiento).

b. Normalmente, se asume que el factor de carga por viento incluye el reaexpuesta de los pedestales de soporte. Sin embargo, cuando el recipientese apoya en soportes tipo T, se deber calcular la presin del viento parasuperficies planas actuante sobre el rea expuesta de los soportes. Estafuerza se considera aplicada, como una fuerza cortante horizontal, en elcentroide del rea expuesta.

c. La conexin entre el pedestal y el asiento del recipiente se considera fija oempotrada para efecto de fuerzas transversales.

3.2.2 Viento Longitudinal

a. La presin del viento para superficies planas actuante sobre los extremosdel recipiente se aplica como una fuerza cortante horizontal en el centro delrecipiente.

b. La presin del viento para superficies planas actuante sobre las reasexpuestas de ambos pedestales o columnas, se aplica como una fuerzacortante horizontal en el centroide del rea expuesta.

3.2.3 Efecto de Escudo

En condiciones normales, no se considerar disminucin de los efectos del vientosobre los recipientes debido a la presencia de equipos cercanos, para cargashorizontales.

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3.2.4 Cargas Ssmicas

En zonas ssmicas, no se considerar la superposicin de las fuerzas debidas asismo y viento.

3.2.5 Fuerzas Trmicas

Son las fuerzas debidas a la expansin trmica del recipiente, entre los soportes.

a. Generalmente, la fuerza trmica se asume como la fuerza necesaria paravencer la friccin esttica entre el soporte del recipiente y la planchadeslizante. Su magnitud es igual a 0,3 multiplicado por el peso de operacinpor soporte y se aplica longitudinalmente en el tope del pedestal, para elcaso de contacto entre planchas deslizantes de acero.

b. La determinacin del punto de aplicacin de la fuerza de friccin se har enbase a un buen criterio. A fin de establecer si existen o no fuerzas de friccin,el proyectista deber calcular la expansin del recipiente entre los soportesy luego calcular la fuerza necesaria para deflectar los pedestales ocolumnas, una distancia igual a la mitad de la expansin del recipiente.

c. La fuerza trmica de diseo ser igual al menor de los valores obtenidos enlos puntos (a) y (b) anteriores.

3.2.6 Distribucin de Cargas

Todas las cargas debern dividirse equitativamente entre los dos pedestales amenos que se especifique otra cosa. La junta entre el asiento del recipiente y elpedestal, se considera articulada para efecto de fuerzas longitudinales.

3.3 Combinaciones de Cargas

3.3.1 Las zapatas y los pedestales debern disearse para resistir las combinacionesde carga siguientes:

a. Peso vaco + viento o sismo transversal

b. Peso de operacin + viento o sismo transversal

c. Peso vaco + viento o sismo longitudinal

d. Peso de operacin + viento o sismo longitudinal

e. Peso de operacin + fuerzas trmicas

f. Peso de prueba

3.3.2 Cuando se considere aconsejable segn las especificaciones del proyecto, seincluir la combinacin de peso de montaje ms viento.

3.3.3 Para los casos de fundaciones para recipientes grandes o cuando se usensoportes tipo T, se deber considerar la fuerza diagonal por viento.

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3.3.4 Cuando se considere aconsejable, las combinaciones de carga mencionadasdebern incluir las fuerzas debidas a la expansin de las tuberas.

3.3.5 Las combinaciones de carga indicadas no incluyen todas las combinacionesposibles sino nicamente las que generalmente controlan el diseo; por tanto,cada caso de fundacin de recipientes deber disearse considerando suscaractersticas especficas.

3.4 Esfuerzos de Diseo

3.4.1 Cuando se consideren combinaciones de cargas horizontales y se permitanincrementos en los esfuerzos permisibles, la seccin resultante no debe sermenor que la requerida cuando no se consideran las fuerzas horizontales.

3.4.2 El esfuerzo admisible del suelo, no deber aumentarse en ningn caso, a menosque sea indicado en las especificaciones del proyecto, para la combinacin depeso de operacin + fuerzas trmicas.

3.4.3 Las fuerzas trmicas son fuerzas internas que pueden ser reducidasconsiderablemente, mediante la flexin de los asientos del recipiente, rotacin delos pedestales de soporte o de las zapatas, o deslizamiento de los asientos sobrelos soportes. Por lo tanto, se aumenta el esfuerzo admisible del suelo y no seconsidera la relacin de estabilidad (volcamiento), cuando se incluyan fuerzastrmicas.

Sin embargo, cuando ocurren desplazamientos grandes o cuando lascondiciones del suelo sean inadecuadas, queda a criterio del proyectista elaumentar o no el esfuerzo admisible del suelo. En general, cualquier aumento deeste parmetro debe basarse en las especificaciones del proyecto.

4 PERNOS DE ANCLAJEEn general, se recomienda el uso de pernos de anclaje en todos los pedestalesde soporte de recipientes. Dichos pernos deben chequearse por fuerza cortantesegn la norma COVENIN 1618.

5 PLANCHAS DESLIZANTES

5.1 No se recomienda la colocacin de planchas deslizantes en aquellos casosdonde la expansin total del recipiente, calculada con la temperatura promediode operacin de la carcasa entre los soportes, sea menor de 3,2 mm.

5.2 Asimismo, no se recomienda el uso de planchas deslizantes cuando la fuerzanecesaria para deflectar el pedestal (ver seccin 3.2.5.b) sea menor que la fuerzade friccin.

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5.3 Para todos los casos distintos a los antes mencionados, se recomienda el uso deplanchas deslizantes las cuales sern normalmente de acero. Sin embargo, paralos casos de recipientes pesados y con grandes desplazamientos, puede sernecesario utilizar planchas de apoyo de materiales de bajo coeficiente de friccin,tales como lubrite, tefln fluorogold, etc.

5.4 Se deber chequear el esfuerzo de apoyo sobre las planchas en relacin con latemperatura de operacin.

6 DISEO DE PEDESTALES

6.1 DimensionamientoLas dimensiones usuales de los pedestales sern las del asiento del recipientems 100 mm y su espesor mnimo de 200 mm.

6.2 Acero de Refuerzo6.2.1 Normalmente los pedestales se disean como vigas en voladizo, con refuerzo

simtrico. Sin embargo, en condiciones extremas, puede requerirse su chequeocomo columnas.

6.2.2 En general, ambos pedestales son iguales en dimensiones y refuerzo estructural.

6.2.3 Cuando la altura del pedestal, medida desde la cara superior de la zapata, seamenor o igual a 1830 mm (60), el refuerzo vertical no deber tener empalmes.Para pedestales de mayor altura, se debern colocar empalmes segn lasdimensiones indicadas en las normas COVENIN 1753.

6.2.4 La tabla a continuacin presenta los requerimientos mnimos de acero derefuerzo para pedestales.

ESPESOR REFUERZO VERTICAL LIGADURAS (8) 203 mm # 4@ 229 mm (9) c/c # 3@ 305 mm (12)

(10) 254 mm # 4@ 229 mm (9) c/c # 3@ 305 mm (12)

(12) 305 mm # 5 @229 mm (9) c/c # 4@ 305 mm (12)

(14) 356 mm # 5 @229 mm (9) c/c # 4@ 305 mm (12)

6.2.5 Se deber colocar una ligadura doble en el tope del pedestal, para proteger lospernos de anclaje.

7 DISEO DE COLUMNAS

7.1 DimensionamientoLa seccin transversal de las columnas puede ser circular o rectangular, segnel criterio del proyectista. Sin embargo, es conveniente normalizar las

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dimensiones de las columnas para un mismo proyecto, en lo posible, a fin dereducir los trabajos de encofrado.

7.2 Acero de Refuerzo

7.2.1 Las columnas debern disearse segn la norma COVENIN 1753 tituladaEstructuras de Concreto Armado para Edificios, Anlisis y Diseo.

7.2.2 En general, ambas columnas son iguales en dimensiones y refuerzo estructural.

7.2.3 Con objeto de transmitir las cargas de la columna a las zapatas, se deberncolocar barras de anclaje, las cuales debern sobresalir una longitud mnima de915 mm (36 pulgadas) para efectos de empalme.

8 DISEO DE ZAPATAS

8.1 Dimensionamiento

8.1.1 Normalmente las zapatas tendrn forma rectangular o cuadrada y susdimensiones mnimas sern 152 mm (6) mayores que las correspondientes a lospedestales, a fin de facilitar los trabajos de encofrado.

8.1.2 El espesor mnimo de las zapatas ser de 305 mm (12).

8.1.3 Ambas zapatas sern del mismo tamao, en condiciones normales.

8.2 Estabilidad al VolcamientoLos valores mnimos de la relacin de estabilidad sern de 1,5 y 1,8 para elmontaje del equipo y para el resto de las condiciones, respectivamente.

8.3 Esfuerzo Admisible del Suelo

8.3.1 En general, la presin actuante sobre el suelo deber compararse con el valormximo admisible para la condicin de apoyo uniforme.

8.3.2 La presin actuante sobre el suelo, utilizada en el diseo de la zapata, ser lacalculada para la condicin de apoyo uniforme.

8.3.3 Cuando exista excentricidad en dos direcciones, la presin actuante sobre elsuelo deber compararse con el valor mximo admisible.

8.3.4 Los asentamientos esperados debern ser compatibles con los esfuerzosadmisibles en las conexiones de las tuberas.

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