L–STC–005 FUNDACIONES DE RECIPIENTES VERTICALES

PDVSA N TITULO

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

APROB. FECHAAPROB.FECHA

VOLUMEN 18I

1994

LSTC005 FUNDACIONES DE RECIPIENTES VERTICALES

PARA APROBACION

Jos Gilarranz Eduardo SantamaraABR.91 ABR.91

PROCEDIMIENTO DE INGENIERIA

ABR.91

DIC.91 L.T.2

1

REVISION FACTORES DE CARGA 12

14

D.G. R.R.

J.S.

MANUAL DE INGENIERIA DE DISEO

ESPECIALISTAS

REVISION FECHAPROCEDIMIENTO DE INGENIERIA

FUNDACIONES DE RECIPIENTES VERTICALES DIC. 912

PDVSA LSTC005

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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 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 CONDICIONES DE DISEO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Cargas Verticales 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Cargas Horizontales 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Combinaciones de Cargas 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DIMENSIONES DE LOS PERNOS DE ANCLAJE 5. . . . . . . . . . . . . . 5 PEDESTAL 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1 Dimensionamiento 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Acero de Refuerzo 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 DISEO DE ZAPATAS, DIMENSIONAMIENTO 7. . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Predimensionado 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Estabilidad al Volcamiento 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Esfuerzo Admisible del Suelo 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Esfuerzos en el Acero de Refuerzo 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 DISEO DE ZAPATAS, RESISTENCIA ULTIMA 9. . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Ver Norma COVENIN 1753 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Cargas 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Dimensionamiento 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 DISEO DEL PEDESTAL 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 DISEO DE LOS PERNOS DE ANCLAJE 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 INSTALACION 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



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1 ALCANCE1.1 Esta seccin describe uno de los mtodos usados para el anlisis y diseo de

fundaciones para recipientes verticales.

1.2 Previamente al inicio del diseo de fundaciones para recipientes verticales, elingeniero estructural deber obtener la siguiente informacin en el Departamentode Ingeniera:

a. Cargas por Vientob. Tolerancias por corrosin en los pernos de anclajec. Requisitos especialesd. Dimetro del crculo de pernos

2 REFERENCIAS2.1 Guas de Ingeniera PDVSA

90615.1.003 Diseo de Concreto90615.1.007 Fundaciones para Recipientes Verticales90615.1.011 Estudios de Suelos en Tierra Firme90615.1.012 Carga de Viento sobre Recipientes Verticales Autoportantes90615.1.013 Cargas Ssmicas para Recipientes y Chimeneas

2.2 Procedimientos de Ingeniera PDVSALSTC001 Diseo de Concreto

2.3 Especificaciones de Ingeniera PDVSAA211 Concreto Materiales y ConstruccinA213 Adhesivos y Morteros Especiales (Grouting)A251 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 IndustrialesJA222 Diseo Antissmico para Recipientes y Estructuras

2.4 Normas IndustrialesACI American Concrete InstituteAISC American Institute for Steel Construction



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

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

1756 Edificaciones Antissmicas. 2003 Acciones del Viento sobre las Construcciones.

3 CONDICIONES DE DISEO3.1 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,aislamiento y plataformas.

3.1.3 Peso de Operacin:Peso vaco ms el peso de fluido de operacin y/o del catalizador.

3.1.4 Peso de Prueba:Peso vaco ms el peso del agua necesaria para la prueba hidrosttica.

3.2 Cargas Horizontales3.2.1 Viento

a. Para el caso de recipientes verticales con altura menor o igual a 23 m (75,5pies), las cargas por viento (fuerza cortante y momentos) se afectarnmediante los factores multiplicadores de carga por viento que consideran elefecto de salientes o protuberancias del equipo, tales como: tuberas, bocasde visita, escaleras, plataformas, etc. Estos factores sern funcin deldimetro del recipiente como sigue:

FACTORES MULTIPLICADORES DE CARGA POR VIENTODIAMETRO DEL RECIPIENTE FACTOR DE CARGA

610 mm a 762 mm 1,50762 mm a 1219 mm 1,371372 mm a 1829 mm 1,281981 mm a 2438 mm 1,202591 mm o mayor 1,18



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El dimetro real 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. Para los casos de recipientes verticales con altura mayor de 23 m (75,5 pies)o cuya relacin altura a dimetro sea igual o mayor de 15; el ingenieroestructural deber calcular las cargas por viento considerando la orientacindel recipiente, los planos de detalle de las plataformas y los siguientescriterios:

1. La presin del viento se aplica en el centroide del rea proyectada de lasuperficie cilndrica de un recipiente con aislamiento.

2. La presin del viento sobre superficies planas actuante sobre la superficiehorizontal de las plataformas, se multiplicar por 0,5 para cada plataforma.

3. El ngulo usado en el clculo de la superficie horizontal de la plataforma,no exceder de 180, excepto para las plataformas ubicadas en el tope delrecipiente. Esto se hace con el objeto de considerar el efecto de escudodel equipo.

4. La resultante de la presin del viento sobre las superficies cilndricas, enel caso de una jaula de proteccin para escaleras (asumir una de 390 mm(15) de ancho), se aplicar en el centroide del rea.

5. La resultante de la presin del viento sobre las superficies cilndricas, enel caso de lneas de tuberas de vapor, se aplicar en el centroide del rea.

6. Las presiones del viento debern estar en concordancia con las NormasCOVENIN 2003 y las especificaciones del proyecto.

c. Criterios utilizados para la definicin preliminar de plataformas:1. Colocar una plataforma a 750 mm (30) por debajo de cada boca de visita,

cuando las mismas estn a una altura mnima de 4,6 m con respecto a lasuperficie del terreno.

2. Colocar una plataforma circular en el tope del recipiente, cuando loindiquen las especificaciones del proyecto.

3. Colocar una plataforma a cada 9,1 m (30 pies) como mnimo.4. El dimensionamiento de las plataformas se har segn la tabla siguiente:

DIAMETRO DEL RECIPIENTE ANGULO DE LAPLATAFORMA

D.I 1220 mm 1801220 mm < D.I. 2440 mm 135



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DIAMETRO DEL RECIPIENTE ANGULO DE LAPLATAFORMA

2440 mm < D.I. 3658 mm 903658 mm < D.I. 60

Con ocasin de la revisin interdepartamental de los planos de fundaciones, elingeniero estructural supervisor deber comparar los planos del recipiente con losclculos correspondientes, a fin de asegurarse de que no hayan ocurrido cambiosimportantes en plataformas, tamao y/o peso del recipiente, etc.

3.2.2 Sismo:En zonas ssmicas, las fuerzas por sismo deben determinarse a partir de PDVSAJA221 y PDVSA JA222. Las acciones ssmicas no deben considerarsesimultneamente con las acciones del viento.

3.2.3 Tuberas:En los casos en que se considere conveniente, las combinaciones de carga dediseo deben incluir el empuje debido a la expansin trmica de las tuberas.

3.3 Combinaciones de Cargas3.3.1 Peso vaco ms viento o sismo3.3.2 Peso de operacin ms viento o sismo3.3.3 Peso de prueba3.3.4 En los casos en que sea aplicable, una combinacin del peso de montaje ms

viento.3.3.5 En los casos en que sea aplicable, se debern considerar las cargas sobre la

fundacin, debidas al montaje del equipo.3.4 Los esfuerzos de diseo sern los indicados en las Normas COVENIN N 1753

y 1618.

3.4.1 Cuando se consideren combinaciones de cargas horizontales y se permitanincrementos en los esfuerzos admisibles, el esfuerzo no debe ser menor que elexigido cuando las fuerzas horizontales no sean consideradas.

3.4.2 La capacidad portante o admisible del suelo no deber aumentarse en ningncaso, a menos que lo indiquen las especificaciones del proyecto.

4 DIMENSIONES DE LOS PERNOS DE ANCLAJE4.1 Las dimensiones de los pernos de anclaje debern ser calculadas por el ingeniero

estructural, mediante las siguientes ecuaciones:



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Tensin 4 MBC. N WN

Donde:M = Momento mximo de volcamiento en la base del recipienteN = Nmero de pernos de anclaje (ver planos del recipiente)BC= Dimetro del crculo de pernos (en metros) (ver planos del recipiente).W = Peso vaco del recipiente

Fuerza Cortante Fuerza cortante mxima en la base del recipienteNmero de pernos de anclaje

El esfuerzo admisible en los pernos de anclaje ser el indicado en la NormaCOVENIN N 1618, y no se permitirn aumentos para este parmetro.

5 PEDESTAL5.1 Dimensionamiento

5.1.1 El dimensionamiento de los pedestales de concreto para el soporte de recipientesverticales, se har en incrementos de 25,0 mm (1) y de acuerdo al siguientecriterio:La dimensin caraacara del pedestal ser el mayor valor entre: Dimetro del crculo de pernos + 203 mm. Dimetro del crculo de pernos + 5 veces el dimetro de los pernos. Dimetro del crculo de pernos + dimetro de la camisa del perno + 152 mm.

5.1.2 Los pedestales de tamao igual o mayor a 1,25 m (4) debern ser de formaoctagonal, mientras que para tamaos menores de 1,25 m, se usar la formacuadrada.

5.1.3 Es aconsejable que la altura del pedestal sea la suficiente para contener lospernos de anclaje, evitando que penetren dentro de la zapata.

5.2 Acero de Refuerzo5.2.1 1La unin entre el pedestal y la zapata deber constar de suficientes barras de

refuerzo vertical, ubicadas en el permetro del pedestal, para evitar la separacinentre dichos elementos.Usualmente, las barras son dimensionadas, calculando la fuerza mxima detensin actuante en el permetro del pedestal, debida al momento de volcamiento.Dicha fuerza se calcular mediante la ecuacin siguiente:



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* Tensin 4 MBC. N WN

Donde:M = Momento mximo de volcamiento en la base del pedestalN = Nmero de barras (asumido)BC =Tamao del pedestal menos 152 mm (en metros)W = Peso del recipiente mas el pedestal* Ecuacin obtenida de la referencia titulada Design of Foundations for Stack

and Towers Marshall.

Area requerida de barras TensinEsfuerzo admisible

El extremo superior de las barras de refuerzo vertical en el pedestal deberdoblarse y extenderse con un gancho de 90, de acuerdo al criterio delproyectista.

5.2.2 Los requerimientos mnimos de acero de refuerzo en pedestales son lossiguientes: Pedestales octagonales, con tamaos entre 1,25 y 1,70 m: 8 cabillas verticales

# 4, con ligaduras # 4 a separacin mxima de 380 mm. Pedestales octagonales, con tamaos entre 1,80 y 2,60 m: 16 cabillas

verticales # 4, con ligaduras # 4 a separacin mxima de 380 mm. Pedestales octagonales, con tamaos entre 2,75 y 3,70 m: 24 cabillas

verticales # 5, con ligaduras # 5 a separacin mxima de 380 mm. Pedestales octagonales, con tamaos mayores de 3,70 m: 32 cabillas

verticales # 5, con ligaduras # 5 a separacin mxima de 380 mm.5.2.3 Los pedestales de dimetro igual o mayor a 2,40 m, constarn de una rejilla de

cabillas o una malla electrosoldada en su parte superior.

6 DISEO DE ZAPATAS, DIMENSIONAMIENTO6.1 Predimensionado

Usualmente, las zapatas para recipientes verticales tendrn forma octagonal ysern dimensionadas en incrementos de 150 mm.

6.1.1 El uso de zapatas combinadas o excntricas, deber evitarse en lo posible. Laszapatas cuyo dimetro sea menor a 2,10 m, debern ser cuadradas.

6.1.2 El espesor mnimo de las zapatas ser de 300 mm.



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6.1.3 3Para el diseo preliminar de zapatas octagonales, pueden usarse lasecuaciones indicadas a continuacin:

2, 6 MSB3

Donde:M = Momento de volcamiento en la base de la fundacin (kgm)SB = Esfuerzo admisible del suelo = Dimetro de la zapata

6.2 Estabilidad al VolcamientoLa relacin de estabilidad mnima, definida como la relacin entre el momentoresistente debido a carga muerta y el momento de volcamiento, para la condicinde recipiente vaco; tendr valores mnimos de 1,5 y 1,8 para el montaje delequipo y para el resto de las condiciones, respectivamente.

6.3 Esfuerzo Admisible del Suelo6.3.1 La presin actuante sobre el suelo, en la diagonal de la zapata, deber

compararse con el valor admisible respectivo.6.3.2 La presin actuante sobre el suelo, utilizada en el diseo de la zapata, ser la

calculada para la condicin de apoyo completo.6.3.3 Para los casos en que no toda el rea de apoyo de la zapata est sometida a

compresin, se calcular la presin actuante sobre el suelo mediante los grficosde la Tabla 1, los cuales consideran el aumento en presin sobre el suelo debidoal levantamiento de la zapata.

6.3.4 Para los casos en que toda el rea de apoyo de la zapata est sometida acompresin, se calcular la presin actuante sobre el suelo utilizando la ecuacinde esfuerzos siguiente:

SB PA MZ

6.4 Esfuerzos en el Acero de Refuerzo6.4.1 Considerar las secciones crticas por el momento, adherencia y fuerza cortante

tomadas con respecto al lado de un cuadrado de superficie equivalente a la delpedestal.

6.4.2 Los momentos y adherencia de refuerzo debern chequearse con respecto allado del cuadrado equivalente referido.



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6.4.3 La fuerza cortante, como una medida de la tensin diagonal, deber chequearsecon respecto al lado del cuadrado equivalente, segn la Norma COVENIN N1753.

6.4.4 Los momentos y fuerza cortante deben calcularse para una franja de anchounitario, como una viga en voladizo del cuadrado equivalente; y el acero derefuerzo as obtenido se colocar uniformemente y en forma de parrilla, en todala seccin de la zapata.

6.4.5 Los esfuerzos de tensin actuantes en la parte superior de la zapata puedenrequerir el uso de acero en esta zona.

6.4.6 El refuerzo mnimo en la parte inferior de la zapata constar de cabillas # 5separadas a cada 300 mm cc.

7 DISEO DE ZAPATAS, RESISTENCIA ULTIMA7.1 Ver Norma COVENIN 1753

7.1.1 Factores de Cargaa. Cuando no existan fuerzas por viento, la fundacin ser diseada para

resistir la combinacin de carga siguiente:U = 1,4 x D + 1,7 x L

b. Cuando se consideren fuerzas de viento y cargas vivas, la fundacin serdiseada para la siguiente combinacin de carga:U = 0,75 x (1,4 x D + 1,7 x L + 1,33 x E)

c. Cuando no se consideren cargas vivas, la fundacin ser diseada para lasiguiente combinacin de cargas:U = 0,9D + E

d. En caso de que las especificaciones de diseo requieran que la fundacinsea resistente a cargas ssmicas especficas o fuerzas E, se disearsegn la Norma COVENIN 1756, donde:U = Resistencia ltimaD = Carga muertaL = Carga VivaW = Carga por vientoE = Fuerza ssmica

7.2 Cargas7.2.1 Las cargas de servicio, verticales y horizontales (no mayoradas), debern

calcularse usando los procedimientos descritos en las Secciones 3 a 3.3.5 de estagua.



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7.3 Dimensionamiento7.3.1

a. Usar el procedimiento de la Seccin 6.1. Las cargas a utilizar sern lascargas de servicio (no mayoradas).

b. Luego de calcular las presiones actuantes sobre el suelo, segn la Seccin6.3, se calcularn las fuerzas cortantes y los momentos debidos a las cargasde servicio, en la cara del pedestal.

c. Las fuerzas cortantes y momentos provenientes de las cargas de servicio,calculados segn la Seccin 6.4, se multiplicarn por los factores de cargacorrespondientes, para obtener las fuerzas cortantes y momentos ltimosde diseo.

d. Chequear el espesor de la zapata para prevenir la falla por esfuerzo cortantede punzonamiento vc 1, 06 fc y esfuerzo cortante de vigavc 0, 53 fc

.

El espesor de la zapata deber aumentarse segn sea necesario.e. Calcular los requerimientos de acero por flexin en la zapata (acero superior

e inferior), para resistir el momento ltimo.f. Verificar si el momento ltimo actuante es menor que el momento ltimo

resistente. (Mu), calculado de la manera siguiente:Mu = [As . fy ((da/2)]Donde: = 0,9As = Area del acero de refuerzo (cm2).fy = Esfuerzo de cedencia del acero (kg/cm2)d = Distancia entre la fibra ms alejada a compresin y el centroide del rea de acero de refuerzo (cm).a = Profundidad del bloque rectangular de compresin (cm) = As.fy/(0,85b.fc )fc = Resistencia a compresin del concreto (kg/cm2)b = Ancho de la cara a compresin del miembro sometido a flexin (cm).

g. Verificar =As/bd; para asegurar que sea mayor o igual que 14,06/fy, ymenor o igual que 0,75 b.donde:b =Relacin de acero de refuerzo para lograr la condicin balanceada en resistencia ltima.



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En zonas ssmicas, la cantidad de acero de refuerzo no deber exceder de0,5 b.

h. Verificar la longitud de desarrollo del acero sometido a tensin segnCOVENIN 1753.

8 DISEO DEL PEDESTAL8.1 Usar el procedimiento descrito en la Seccin 5, conjuntamente con los Factores

de Carga indicados en la subseccin 7.1.1.

a. Verificar la longitud de desarrollo de las barras de refuerzo vertical, dentrode la zapata y dentro del pedestal (barras a tensin).

b. Verificar la longitud de desarrollo de las barras de refuerzo vertical dentrode la placa y dentro del pedestal (barras a compresin).

9 DISEO DE LOS PERNOS DE ANCLAJE9.1 Usar el procedimiento descrito en la Seccin 4, conjuntamente con los Factores

de Carga, indicados en la Subseccin 7.1.1.

10 INSTALACIONSe debern tomar todas las previsiones para asegurar la disponibilidad de todoslos anclajes y soportes necesarios durante la instalacin de las columnas y/orecipientes verticales.



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TABLA 1.

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