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PDVSA N° TITULO

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

APROB. FECHAAPROB.FECHA

VOLUMEN 18–I

�1994

0602.1.585 SISTEMA NORMALIZADO DE PORTICOSPARA SOPORTE DE TUBERIAS

APROBADA

José Gilarranz Eduardo SantamaríaABR.91 ABR.91

GUIA DE INGENIERIA

ABR.91

NOV.91 L.T.1

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REVISION GENERAL 31

31

D.G. R.R

J.S.

MANUAL DE INGENIERIA DE DISEÑO

ESPECIALISTAS

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SISTEMA NORMALIZADO DE PORTICOSPARA SOPORTE DE TUBERIAS NOV.910

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.Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice1 SISTEMA NORMALIZADO DE PORTICOS PARA SOPORTE DE

TUBERIAS (PIPE RACK) 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Objetivo 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Descripción 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Documentos Relacionados o Complementarios 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Limitaciones 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 DIAGRAMAS DE FLUJO PARA DISEÑO DE PORTICOS 3. . . . . . . 2.1 General 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Simbología para Actividades y Tipos de Información 3. . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Datos de Diseño de Tuberías 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 CRITERIOS DE DISEÑO 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Disposición Geométrica de Elementos 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Bases de Diseño 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Condiciones de Carga 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Conexiones de Momentos 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Plancha de Base para Columna 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Fundaciones 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 PLANTA, SECCIONES Y DETALLES 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Procedimiento 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Planta de Pórticos Estructurales de Acero 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Secciones de Pórticos Estructurales de Acero 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Detalles de Pórticos Estructurales de Acero 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 COORDINACION CON OTRAS DISCIPLINAS 27. . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Información Preliminar 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Cargas de Diseño 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Planos de Pórticos para Soportes de Tuberías 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

http://www.intevep.pdv.com/santp

http://www.intevep.pdv.com/santp/mid/indice_mid.htm

http://www.intevep.pdv.com/santp/mid/vol18-1/indice_vol18-1.htm

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1 SISTEMA NORMALIZADO DE PORTICOS PARA SOPORTEDE TUBERIAS (PIPE RACK)

1.1 ObjetivoLa necesidad de diseñar estructuras de soporte de tuberías en las etapas inicialesde un proyecto, conjuntamente con las ventajas que representa el uso de diseñosnormalizados, justificó el desarrollo del “Sistema Normalizado de Pórticos paraSoporte de Tuberías” que se presenta a continuación. Este sistema está diseñadopara cumplir con los requerimientos mínimos de arriostramiento (limitadosnormalmente a ciertos tramos o varios seleccionados) y de deflexiones mínimasestablecidas por los Grupos de Diseño de Plantas y Tuberías. Este sistema es elresultado de la experiencia y esfuerzos combinados de varios grupos de diseñode ingeniería.

1.2 DescripciónLa sección 2 de esta guía, presenta un diagrama de flujo el cual resume los pasosrequeridos para el diseño de dicho sistema. Este diagrama puede usarse comouna guía rápida de referencia.

La sección 3 presenta los criterios de diseño, los cuales especifican la disposicióngeométrica básica de la estructura y los requerimientos de cargas y demás datosnecesarios para el diseño.

1.3 Documentos Relacionados o ComplementariosExisten otros documentos o guías para el diseño detallado de estructuras del tipoconsiderado, algunos de los cuales se incluyen en las guías de diseño específicaspara los elementos o miembros componentes de la estructura, tales como:planchas–base para columnas, conexiones de momentos y fundaciones.

1.3.1 Los programas de cálculo PDVSA Nº 0602.2.296 al 931, pueden utilizarse parael diseño de los marcos rígidos de las estructuras de pórticos para soporte detuberías.

1.4 LimitacionesEl alcance de esta guía no incluye los siguientes aspectos o elementos de diseño:puntales, pórticos atípicos para tuberías, soportes menores para tuberías,diagramas de cargas para pórticos que sostengan enfriadores de aire,plataformas conectadas a pórticos ya sea como parte integral de los mismos oconectadas a otras estructuras y pórticos de anclaje de tuberías.

Adicionalmente, algunos elementos componentes del diseño de pórticos parasoporte de tuberías, no se incluyen en esta guía; entre dichos elementos se listan los siguientes: durmientes, pilotes de fundación, pórticos de concreto ysistemas prefabricados de pórticos.




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2 DIAGRAMAS DE FLUJO PARA DISEÑO DE PORTICOS

2.1 GeneralEl diagrama de flujo siguiente (Fig. 2–1) presenta los procedimientos a seguirpara el diseño del “Sistema Normalizado de Pórticos para Soporte de Tuberías”.Este diagrama representa una guía para el uso de los planos normalizados, loscriterios de diseño, la descripción del sistema y los datos de diseño contenidosen este documento; asimismo, hace referencia a las secciones, capítulos y planosaplicables.

2.2 Simbología para Actividades y Tipos de InformaciónComo una referencia rápida, los símbolos utilizados en el diagrama de flujorepresentan alguna actividad a realizar, información a recibir o información aobtener, según se explica a continuación:

Actividades de diseño que puede o no ser requeridadependiendo del caso considerado

Actividad de diseño a ser desarrollada usando los planosnormalizados, y la información presentada en esta guía.

Información obtenida, independiente o conjuntamente,desde una fuente de datos externa al Grupo de DiseñoCivil.

Información a ser obtenida, aplicando los criterios dediseño de la sección 3.




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CRITERIOS DE CARGAPARA DISEÑO (VERSECC. 3.3)

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2.3 Datos de Diseño de TuberíasEn general, al término del diseño de una estructura de soporte para tuberías, losdatos provenientes del diseño de las tuberías (planos y requerimientosespeciales de anclaje) no están disponibles. Por lo tanto, el supervisor del GrupoCivil deberá definir, conjuntamente con el Grupo de Ingeniería de Tuberías, losesquemas preliminares de cargas necesarias para el diseño de la referidaestructura. Cuando los planos estén disponibles, las cargas asumidas deberánchequearse contra las cargas reales a fin de revisar el diseño en caso de sernecesario. Los requerimientos especiales de anclaje son conocidosgeneralmente durante la fase final del diseño, haciéndose necesario revisar eldiseño para incluir estos requerimientos.

3 CRITERIOS DE DISEÑO

3.1 Disposición Geométrica de Elementos

3.1.1 General

Es una practica usual el utilizar pórticos transversales principales, con lucestransversales entre 3,0 m y 9,0 m (10’ a 30’) y separados entre 6,0 m y 10,0 m (20’a30’) entre centros. Para los casos de tuberías pequeñas se deberán colocarmarcos transversales intermedios.

Generalmente, el primer nivel de apoyo de tuberías en los pórticos transversalesdel pórtico principal, se coloca a 5,0 m (16 pies) y 6, 0 m ( 19 pies) por encima delnivel de superficie del terreno, para pórticos transversales perpendiculares entresí. Los niveles de apoyo adicionales se colocarán en incrementos de altura de 2,0m (6 pies).

3.1.2 Puntos de Separación o Despegue de las Tuberías en ISBL (Areas Internasde la Planta o de Areas de Proceso)

Los marcos intermedios en pórticos, para soporte de tuberías en “ISBL”, seapoyarán o colgarán de vigas longitudinales ubicadas a media altura entre losniveles de apoyos de dichos pórticos; ya que, dentro de los límites del área deproceso o “ISBL”, las tuberías de proceso se distribuyen perpendicularmente almismo pórtico, para llegar a los equipos ubicados a ambos lados del mismo. Estastuberías están colocadas medio nivel por arriba o por debajo, para no interferir conlas tuberías apoyadas sobre el soporte principal.




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NOTA:EL DISEÑO DE LA PLANTA PUEDEREQUERIR EL USO DE PORTICOSESTRUCT. ESPECIALES O CON DEFLEXIOLIMITADA. ESTA INFORMACION SE SABEGENERALMENTE DESPUES DE CONCLUIREN DISEÑO. EN ESTE CASO, SE DEBEAÑADIR REFUERZO ESTRUCTURALADICIONAL AL PORTICO TRANSVERSAL.

LAS DIMENSIONES ESTAN EN mm.A MENOS QUE SE INDIQUE OTRASUNIDADES.

FIG 3–2SOPORTE DE TUBERIA CON PORTICO ESTRUCTURAL

TRANSVERSAL Y CON CRUCE DE VIAS




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FIG

. 3–3

Los pórticos secundarios que son perpendiculares al principal, tienen sus vigastransversales ubicados medio nivel más alto que sus correspondientes en elpórtico principal, con el objeto de lograr coincidencia con las vigas longitudinalesdel principal.




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3.1.3 Puntos de Separación o Despegue de las Tuberías en OSBL (Areas Externasde la Planta o de Areas de Proceso) y en Puntos de Cruce con Carreteras

Usualmente, en pórticos para soporte de tuberías en zonas “OSBL” y en crucesde carreteras, no se requiere la salida o separación de líneas de tuberías desdeel soporte. Por tanto, para estos pórticos (OSBL), las vigas longitudinales seubican al mismo nivel que las transversales; excepto que en los puntos de crucecon carreteras un nivel de vigas longitudinales podría soportar dos o tres nivelesde vigas transversales dependiendo del costo del diseño. Los pórticos parasoporte de tuberías en zonas OSBL, de más de un nivel, serán similares a lospórticos para soportes en zonas ISBL.

Existen requerimientos de espaciamiento o luz libre mínima por debajo de lasvigas inferiores de los pórticos, en áreas generales de ubicación de los pórticos,y en los cruces entre éstos y una vía de ferrocarril o carretera. Asimismo, existenrequerimientos de separación horizontal entre las columnas del pórtico y lascarreteras.

La colocación de arriostramientos a fin de limitar las deflexiones laterales de lospórticos de ancla’ la dirección transversal, está condicionada a los requerimientosdel Grupo de Ingeniería de Tuberías (ver sección 3.2.2). Estos espaciamientosmínimos, dimensiones típicas y disposición de elementos, se presentan en lasfiguras 3–1, 3–lA, 3–2 y 3–3. El Apéndice “B” presenta un listado de valores típicosde espaciamientos verticales mínimos para tuberías. La colocación de vigas pordebajo de los niveles indicados en los puntos de cruce con carreteras, no estápermitido.

Los requerimientos de separación o espaciamientos libres específicos para cadaproyecto, deberán verificarse con el Grupo de Ingeniería de Tuberías,previamente al comienzo de las actividades de disposición de elementosestructurales y su diseño.

3.2 Bases de Diseño

3.2.1 General

Con la finalidad de optimizar el tamaño de la estructura de soporte, ladisponibilidad del espacio y los espaciamientos libres para tuberías, el uso dearriostramiento vertical–diagonal es limitado a tramos longitudinalesseleccionados (normalmente a un máximo de dos tramos arriostrados por cadasector de 90.000 mm de largo), donde el arriostramiento cause la menorrestricción posible al tráfico de vehículos, a la salida de las tuberías desde elsoporte, etc. El uso de arriostramiento diagonal en dirección transversal de laestructura, no es permitido a menos que sea requerido por el Grupo de Ingenieríade Tuberías, para pórticos de anclaje o por consideraciones especiales dediseño.




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3.2.2 Deflexiones

� Las deflexiones verticales u horizontales deberán mantenerse dentro de lossiguientes límites:

� Deflexión vertical máxima de vigas de pórticos transversales,a cualquier nivel:25 mm (1”).

� Desplazamiento horizontal transversal máximo al nivel de soporte de tuberíasmas bajo en pórticos transversales y en zonas ISBL: 25 mm (1”). Algunospórticos transversales de anclaje especiales en zonas ISBL, pulimitados adesplazamiento de 13 mm (1/2”).

� Desplazamiento transversal máximo al nivel del soporte de tuberías más bajo,en pórticos transversales y tramos cortos de tuberías, en zonas OSBL, queestén conectados a equipos: 25 mm (1”).

� Desplazamiento transversal máximo al nivel del soporte de tuberías mas bajo,en tramos de tuberías, en zonas OSBL, que no estén conectados directamentea equipos: 50 mm (2”).

� Deflexión vertical máxima en los soportes de la viga transversal intermedia: 30mm (1–1/4”). Esta deflexión resulta de la suma de las deflexionescorrespondientes a las vigas longitudinal e intermedia.

� Deflexión vertical en la viga longitudinal: 25 mm ( 1”).� Desplazamiento horizontal–transversal máximo al nivel de soporte de tuberías

más bajo para elementos verticales del marco: 25 mm (1”) por cada 3000 mm(10’–0”) de altura.Cuando el nivel de colocación de las tuberías es variable para uno o maspórticos dentro de un sector o tramo longitudinal, se tomará el nivel más bajopredominante en el tramo considerado a fin de calcular el desplazamientolateral permisible del pórtico.

3.2.3 Empotramiento del Apoyo de Columnas

El tamaño requerido de las columnas puede reducirse mediante elempotramiento de sus bases con cuatro (4) pernos de anclaje y plancha de baserígida. Para esta condición, la posición del punto de inflexión puede asumirse aun cuarto (0,25) de la longitud de la columna, medida desde el fondo de la planchabase hasta el punto superior de la viga transversal más baja. Esta hipótesis seconsidera segura para la mayoría de los casos de fundaciones de zapatasaisladas.

3.2.4 Restricciones de Movimiento Lateral

En general, se considera que las vigas transversales están lateralmenterestringidas debido al efecto de las tuberías que soportan. Las vigaslongitudinales se consideran arríostradas lateralmente en los puntos de unión conlos elementos transversales intermedios.




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3.2.5 Protección Contra Incendio

En los casos en que se requiera protección contra incendio, los pórticostransversales en areas “ISBL” son normalmente protegidos hasta el primer nivelde vigas transversales, a las cuales se le dejará el ala superior descubierta.Asimismo y en condiciones normales, no se requiere la proteccióncontra–incendio en las vigas longitudinales, los miembros transversalesintermedios y los arriostramientos. (Ver las normas de “Diseño Prevención yProtección Contra Incendio” de PDVSA).

Una vez escogido el material a usar para protección contra incendio, se asumirásu peso al equivalente de un recubrimiento de concreto sobre los elementosestructurales, de 50 mm (2”) de espesor.

3.2.6 Aspectos de construcción

El diseño de pórticos de varios niveles, debe permitir que el nivel superior desoporte pueda instalarse posteriormente a que las tuberías del nivel inferior hayansido colocadas.

Cuando el nivel inferior de soporte es cargado por la colocación de tuberías, seproduce un desplazamiento hacia adentro de las columnas en el nivel de soporteinmediatamente superior; este efecto debe ser considerado en el diseño y laconstrucción mediante una o la combinación de las siguientes soluciones:colocando elementos de restricción del movimiento a media altura de lascolumnas, o permitiendo dicho movimiento por acortamiento, suplementación oajuste de los apoyos de las vigas del segundo nivel. Esta viga puede ser diseñadacon apoyos simples.

3.3 Condiciones de Carga

3.3.1 Cargas Gravitacíonales

Cada nivel de apoyo de tuberías está sometido a cargas gravitacionales queincluyen los pesos de las tuberías, bandejas, conduíts y elementos de soporte.

La magnitud de estas cargas para pórticos livianos con tuberías pequeñas, puedeasumirse en 120 kg/m2; variando hasta 290 kg/m2 para el caso de instalacioneso plantas excepcionalmente grandes. El valor promedio puede asumirse igual a170 kg/m2.

Para los casos en que los pórticos sostengan enfriadores de aire, sus cargasvarían entre 480 y 600 kg/m2. Cuando se requiera protección contra incendio,este peso se deberá añadir al peso de las columnas y vigas. Para calcular el pesode los miembros con recubrimiento contra incendio, referirse a la Guía deIngeniería de Diseño Civil–Estructural No PDVSA 0602.1.321, titulada “Peso deElementos de Acero con Recubrimiento Contra Incendio”.




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El Apéndice “A” puede usarse para estimar aproximadamente las fuerzasgravitacionales debidas a las tuberías. Cuando se desconozca el tamaño ydisposición de las tuberías, la magnitud de las cargas verticales gravitacionalespuede calcularse asumiendo una sección transversal típica del pórtico cargada,alternadamente, con tuberías de 6” y 4” de diámetro, llenas de agua, conaislamiento térmico y separadas de acuerdo a las normas, o según lo que indiqueel Grupo de Ingeniería de Tuberías.

a. Fuerzas Gravitacionales sobre Elementos Transversales Factores deDistribución Ki, Kt.

Los elementos transversales considerados consisten en las vigas de pórticostransversales y las vigas de pórticos intermedios. Los soportes intermedios secolocan a una separación máxima de 4,0 m (13’–0”) para apoyar las tuberías dediámetros menores y los cables eléctricos.

Las fuerzas gravitacionales actuantes sobre los pórticos serán distribuidas entrelas vigas de los pórticos transversales y las de los pórticos intermedios, en funciónde la separación longitudinal y la magnitud de las cargas, como se indica acontinuación.

� Separación Longitudinal: A medida que aumenta la separación longitudinalentre soportes, aumenta la deflexión de las tuberías, lo cual transfiere cargasdesde los pórticos transversales hacia las vigas o marcos transversalesintermedios.

� Cargas: Las cargas unitarias están asociadas a tuberías de gran diámetro, lascuales experimentan menores deflexiones y por tanto, la transferencia decargas a los marcos intermedios transversales, también se reduce.

Los valores de los factores de distribución de cargas dados en la Tabla 2, a serutilizados para el cálculo de la distribución de cargas entre los pórticostransversales y las vigas o marcos intermedios, representan valores superioreslímites, por tanto, la suma de las cargas de diseño distribuidas resultará igual al120% de la carga real. Para el diseño de columnas, se usará el momentoresultante de aplicar las cargas afectadas por los factores mencionados (cargasmayoradas), mientras que la carga vertical sobre la columna, se calculará como1,2 por las cargas mayoradas.




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TABLA 2. CARGAS UNIFORMES DE DISEÑO SOBRE VIGASTRANSVERSALES = W = KLw DONDE K = Kt Ó Ki

RANGO DECARGAS kg/m2

UN (1) PORTICO INTERMEDIO

DOS (2) PORTICOSINTERMEDIO OBSERVACIONES

(lb/pie2) L = 6000 a 8000 mm L = 8300 a 9800 mmSOBRE EL RANGO

DE CARGAS USADOw Kt Ki Kt Ki

DE CARGAS USADO

120 – 220 (25–45)

0,7 0,5 0,6 0,6 USUAL

226 – 320 (46–65)

0,75 0,45 0,65 0,55 ALGUNAS VECES

325 – 415 (66–85)

0,9 0,30 0,7 0,5 POSIBLE

En el diseño preliminar, se asumirá la misma carga uniforme sobre todos losniveles de soporte de tuberías; el cual deberá revisarse cuando se conozcan lascargas reales de las tuberías.

b. Cargas Gravitacionales sobre Elementos Longitudinales

Se asume que las vigas longitudinales soportan peso propio, las cargas puntualesque les transfieren los marcos transversales intermedios más una carta puntualaplicada en el centro de la viga igual a 150 kg/m (100 lbs/pie) por la longitud dela viga. estas vigas longitunidales se diseñan como simplemente apoyadas (conconexión de corte).




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3.3.2 Cargas Horizontales sobre pórticos Transversales

Las cargas horizontales actuantes sobre los pórticos transversales son lasdebidas a viento (Hw) o sismo (He) combinadas con el empuje de las tuberías(Hp). Se deberá seleccionar la combinación que resulte más desfavorable yaplicarla en cada nivel de tuberías.

a. Cargas transversales por Viento

Se aplicarán al pórtico en cada nivel y serán iguales a:

Hwt = Ch x qf x L,

donde:

Ch = hb + Cp

= hb + 0,6 (hp + S tan 10°) � 900 mm

Cp = Altura proyectada según la Fig. 3–4

hb = Altura de la Sección de la viga transversal, m

S = Ancho del pórtico transversal, m

Ch = Para los niveles inferiores no será mayor que h2 ó h3

SISTEMA NORMALIZADO DE SOPORTE–PORTICOCRITERIOS DE DISEÑO Y ESQUEMA DE DISTRIBUCIONDE ELEMENTOS

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Para el diseño preliminar, los valores de “hp” indicados en la Fig. 3–4, están dadosen la Tabla 3–1. El valor de “hb” puede asumirse igual a L/24 (mm). Los valoresde “hb”, dados en la Tabla 3–1 pueden usarse en el diseño preliminar de pórticos.Estos valores están calculados en base al máximo diámetro de tubería esperadodel grupo más 130 mm adicionales (5 pulgadas) por aislamiento térmico yespesor de tubería; por lo que dichos valores deberán ser revisados en base alos valores reales de cada proyecto, ajustando el diseño en caso necesario.

qf = Intensidad del viento, definida en la norma ANSI A58.1 y complementadacon las normas COVENIN y otras aplicables. A menos que se indique otracosa en las Especificaciones de Ingeniería PDVSA–SD–251 “Datos delSitio”, la carga por viento debe determinarse para un período de retorno de50 años. Generalmente, los soportes–pórtico para tuberías ubicados dentrode los límites de batería de plantas de proceso, están tapados o protegidospor torres, calentadores, edificaciones y demás equipos de refinación. Porlo tanto, y cuando sea aplicable, el diseño de estos soportes en éstas areas,se hará en base al nivel de exposición “B” a menos que las especificacionesindiquen otra cosa.

L = Separación entre pórticos en metros (pies).

Ch= Para el nivel superior, según la Fig. 3–4.

TABLA 3–1 DIAMETRO APROX. DE TUBERIA SEGUN CARGAS GRAVITACIONALES

FUERZA GRAVITACIONALEN CADA NIVEL

DIAMETRO MAXIMO DE LA TUBERIAMAS AISLAMIENTO

w (kg/m2) hp (mts)

120 – 170 0,27

175 – 220 0,34

225 – 270 0,40

275 – 320 0,49

325 – 370 0,55

b. Cargas de Empuje de Tuberías Transversales

La fuerza “Hp” aplicada al pórtico típico, en cada nivel, se asumirá como el mayorvalor entre 230 kgs y el 3% de la carga vertical por tuberías en cada tramo.

Hp = 0,03.W.S.L � 230 kg.

W = Fuerza gravitacional de las tuberías, kg/m2

S = Ancho del pórtico, mts.




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L = Separación entre pórticos, mts.

La carga transversal aplicada a un pórtico arriostrado, en cada nivel, se asumirácomo el mayor valor entre 450 kg o el 5% de la carga vertical por tuberías en cadatramo.

Hp = 0,05. W.S.L � 450 kgs.

c. Cargas sísmicas sobre Pórticos transversales.

(He) debe ser calculado de acuerdo a PDVSA–JA–221, sección 9.3.2.Generalmente las cargas sísmicas son menores que las cargas de vientos y nogobiernan an la mayoría de los estantes para tuberías; para el diseño de estasestructuras se recomienda los siguientes valores.

p1 = 0,002

D = 4 para pórticos transversales

D = 2,5 para pórticos longitudinales y transversales intermedios.

D = 2,5 para montantes, cualquiera sea la dirección.

D = 1,5 para pórticos transversales para enfriadores de aire

véase la Guía PDVSA–90615.1.009.

K =1,0 Para el elemento vertical del marco transversal intermedio encualquier dirección.

K =2,0 Para pórticos transversales que soportan enfriadores de aireZ =3/16 Zona 1.Z =3/8 Zona 2.Z =3/4 Zona 3.Z =1,0 Zona 4.

3.3.3 Cargas Horizontales Perpendiculares a Elementos Longitudinales

Estas cargas resultan de las cargas aplicadas sobre marcos transversalesintermedios y sobre la viga longitudinal misma; y deben distribuirse en partesiguales sobre ambas vigas longitunidales.

a. La fuerza del viento se considera como una carga concentrada aplicada a lasvigas longituninales por los marcos transversales intermedios. La magnitud deesta carga debe calcularse mediante la Fig. 3–4.




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CASO 1 CASO 2

Ejemplo para el Caso 1:

Ch = 2 (0,5 x hb + Cp) = hb + 2 Cp para cada nivelHw = Ch . qf . L/k.hb = Altura de las vigas longitudinales.hp = Diámetro de tuberías incluyendo el aislamientoPara un marco intermedio, K = 2Dos marcos intermedio, K = 4Los valores de “hp” dados en la Tabla 3–1, pueden usarse para los casos de cargapor viento sobre los marcos transversales intermedios.

b. La fuerza por viento (Hw) usada en el diseño de los elementos verticales delmarco transversal intermedio, es determinada con la Fig. 3–4 (hb = 0).

c. Se asume que los elementos longitudinales no están sometidos a empujetransversal debido a las tuberías.

d. La carga sísmica actuante sobre las vigas longitudinales se considerará comouna carga concentrada transmitida por los marcos transversales intermedios.

He= Z.I.K.C.s.W. = 0,14 Z.W, donde

W = Ki.w.S.L = Carga uniforme de diseño (ver párrafo 3.3.1.a.)La mitad de este valor es soportada por cada viga longitudinal.

3.3.4 Cargas Horizontales Paralelas a las Vigas Longitudinales

Estas cargas deben transmitirse a las vigas longitudinales y a los pórticoslongitudinales arriostrados.

a. Las cargas por viento (Hw), en la dirección longitudinal, deben determinarse parael ángulo de incidencia mayor. Estas fuerzas pueden calcularse como lasumatoria de las fuerzas parciales por viento actuantes sobre todas lassuperficies de cada pórtico y a lo largo de la distancia entre juntas de expansión.Debido a que la magnitud de esta fuerza es disminuída por efecto de coberturao tapado de los pórticos, es difícil determinar la carga longitudinal por viento. Apartir de resultados obtenidos en modelos de puentes de vigas compuestas, se




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han desarrollado coeficientes que pueden utilizarse para estimar la carga porviento, mediante la siguiente ecuación:

Hwl = 0,3 (hp + hb) gf � L

� L = Distancia entre juntas de expansión

b. Las fuerzas de empuje de las tuberías “Hp”, son debidas a: Cargas localeslongitudinales de anclaje (1,5 %), cargas de fricción de las tuberías (6,25 %) ycargas de anclaje dentro de los limites de batería (2,7 % ); y deberán asumirseiguales al 10% de la carga gravitacional en cada nivel, dividida equitativamenteentre los pórticos longitudinales.

En aquellos casos en que variaciones en el diseño de los anclajes de tuberías,causen cargas mayores que los valores antes indicados, se deberá informar aldepartamento civil para su revisión y/o modificación.

Hp = 0,1 w.S.LHp = Fuerza total de empuje longitudinal por tramo y por nivel.�Hp = 0,1 w.S (�L) en cada nivel.�Hp = Fuerza total de empuje longitudinal de tuberías entre juntas de

expansión. La fuerza para cada pórtico longitudinal es igual a“�Hp” dividida entre el número de pórticos longitudinales entrejuntas de expansión.

La fuerza de empuje de tuberías sobre los elementos verticales de los marcostransversales intermedios es debida a las cargas de fricción únicamente. Cadaelemento vertical debe diseñarse para soportar una fuerza longitudinal Hpl.

Hpl = 0,0625 w.S.L

c. Las cargas sísmicas (Hel) en la dirección longitudinal, en cada nivel, sedistribuyen equitativamente entre los pórticos longitudinales.

Hel será calculada de acuerdo a PDVSA JA–221.




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Hel = Z.I.K.C.s.W = 0,14 Z.w.S.L. donde:

W = w x S x L

La magnitud total de la carga sísmica longitudinal, entre juntas de expansión, secalculará de acuerdo a lo indicado en la Sección 3.3.2.3.

3.3.5 Cargas Laterales sobre Vigas Transversales

Estas cargas son debidas a los efectos de fricción y de anclaje local. Debido a quelas vigas transversales están adecuadamente empotradas o fijadas por lastuberías, estas vigas pueden considerarse lateralmente arriostradas para efectode cargas verticales debidas a las tuberías.

a. El efecto de las cargas laterales actuantes sobre las vigas transversales deanclaje, requiere consideraciones de diseño adicionales o especiales. Lamagnitud de estas cargas, las cuales son dadas por el Grupo de Ingeniería deTuberías, no se conoce sino después de terminada la fabricación de la estructura;por lo tanto; después de obtenerse esta información, deberá revisarse el diseño.Los pórticos transversales de anclaje deberán revisarse incluyendo fuerzasadicionales y aumentando su resistencia en caso necesario.

3.3.6 Casos Especiales de Carga

a. Cuando el Grupo de Ingeniería de Tuberías exige consideraciones especiales deanclaje, deflexiones o cargas, puede ser necesario usar elementos estructuralesy detalles de diseño especiales (tales como arriostramiento especial de lospórticos transversales (ver Fig. 3–2) los cuales no se incluyen en los diseñosnormalizados o típicos.

b. La prueba hidrostática de tuberías de 18” de diámetro o mayores, las cualesoperarán llenas de gas, puede provocar esfuerzos altos en algunos elementosestructurales; por lo que esta condición de carga debe ser considerada en eldiseño.

Para esta condición de diseño (prueba hidrostática), no se deberán considerar losefectos de cargas laterales debidas a viento, sismo o temperatura de las tuberías;y los esfuerzos admisibles en los elementos estructurales, se asumirán igualesa 1,2 por los valores usuales de diseño.




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En caso de que dichos elementos resulten sobrecargados para esta condición,se deberán colocar puntales o soportes temporales para tomar parte de la carga.

3.3.7 Combinaciones de Cargas

El análisis y diseño de los pórticos, debe considerar las siguientes combinacionesde carga:

� W

� W + Hp

� W + Hp + Hw (0 He)

� W + Hw (elementos transversales intermedios);Donde:

W = carga gravitacional




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He = carga sísmica.

Los esfuerzos permisibles pueden aumentarse en 33%, para las cargas porviento y sismo, excepto para las conexiones según se indica en el código sísmico.

3.4 Conexiones de MomentosLas vigas del primer nivel de los pórticos transversales deberán tener planchasterminales para absorber momentos. Las vigas del segundo nivel podrán tenerjuntas articuladas, aunque se prefiere el uso de conexiones rígidas a fin derestringir los desplazamientos horizontales.

En general, se deberán colocar planchas rigidizadoras para las columnas, a nivelde la junta entre la viga del primer nivel y la columna, para los casos donde ocurranmomentos grandes en el pórtico. El uso de planchas rigidizadoras deberá evitarseen lo posible, especialmente a partir del segundo nivel hacia arriba; debido a quedichas planchas dificultan la construcción de las juntas e interfieren con lacolocación de las vigas longitudinales.

3.5 Plancha de Base para ColumnaLas planchas de base de las columnas de los pórticos, deben diseñarse parasoportar la carga vertical total y los momentos transmitidos desde los pórticostransversales. En general, se usarán cuatro pernos de anclaje para asegurar lafijación de la estructura a la plancha base y reducir los momentos en el pórtico.

En aquellos casos, donde ocurran fuerzas cortantes considerables (en los tramosarriostrados), puede requerirse el uso de pernos de anclaje adicionales.

3.5.1 Los siguientes Estándares de Ingeniería pueden utilizarse para la selección ydiseño de las planchas de apoyo.

PDVSA–0602.2.250 a 252 Planchas de apoyo para columnas (diseños normalizados).

3.6 Fundaciones

3.6.1 Criterios de Diseño

Las fundaciones son diseñadas, generalmente, para soportar las combinacionesde carga críticas. Por lo tanto, cuando las fundaciones son diseñadas conantelación a la determinación final de las cargas actuantes, deberán tomarse lasprecauciones necesarias por posibles aumentos en las cargas utilizadas en eldiseño.

El diseño de fundaciones debe ser tal que garantice el empotramiento de la basede las columnas (ver Sección 3.2.3). En general, se utilizan fundaciones ozapatas aisladas, sin embargo, cuando se requiere el uso de pilotes, deberánseguirse las siguientes recomendaciones:




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– Usar pilotes individuales vaciados en sitio, siempre que sea posible.– Cuando se requiera el uso de pilotes de otro tipo, se deberán colocar vigas de

riostra o amarre entre los pilotes, a fin de minimizar el número de pilotesnecesarios.

Para el caso de que el pórtico esté apoyado sobre pilotes individuales vaciadosen sitio, se asumirá la condición de “base articulada” para el análisis del pórtico.

3.6.2 Fundaciones Adyacentes y Tuberías Subterráneas

La profundidad de diseño de fundaciones puede ser afectada por la ubicación deotras fundaciones vecinas o adyacentes y por la presencia de tuberíassubterráneas; por lo que deberá verificarse ésta información durante la etapa dediseño de las fundaciones. Cuando se haga necesario, se deberá bajar la cota deapoyo de la fundación o utilizar fundaciones combinadas.

Para los casos en que se utilicen pilotes, las vigas de riostra deberán evitar tantolas líneas subterráneas como las fundaciones adyacentes.

3.6.3 Pedestales

Las dimensiones en planta de los pedestales, serán de 50 mm (2”) mayores quelas de las planchas de apoyo correspondientes, como mínimo.

La elevación o cota del tope del pedestal, se colocará normalmente a 300 mm(1’–0”) por encima del nivel de superficie acabada del piso. Asimismo, se prevéun espesor de 25 mm (1”), por debajo de la plancha base, para la colocación delmortero de nivelación (grout) y las planchas metálicas suplementarias.

3.6.4 Zapatas

La distancia mínima, medida entre la superficie superior de la zapata y el nivelacabado del piso, será de 300 mm (1’–0”). El espesor mínimo de la zapata seráde 300 mm (1’–0”).

Para las zapatas típicas de fundación para pórticos transversales, serecomiendan las siguientes dimensiones: A � 750 mm (2’–6”)

1,5 A� B� 3A




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En las fundaciones de los tramos longitudinales arriostrados, se deberán utilizarzapatas cuadradas en lo posible. Para las fundaciones de los soportes de unasola columna, la dimensión “A” tendrá un valor mínimo de 1500 mm (5’–0”) y ladimensión “B” será igual o mayor que “A”.

Los siguientes Estándares de Ingeniería PDVSA, pueden utilizarse para el diseñode fundaciones de pórticos para soporte de tuberías.

PDVSA–0602.2.421 Estructuras – Fundaciones

PDVSA–0602.2.422 Estructuras – Planta y Fundaciones

PDVSA–0602.2.423 Estructuras – Fundaciones sobre Pilotes

4 PLANTA, SECCIONES Y DETALLES

4.1 Procedimiento

El plano de Planta y Secciones Longitudinales de los pórticos de acero parasoporte de tuberías, son elaborados por el proyectista luego de recibir el plano dedistribución, “Aprobado para Diseño” (APD) de parte del Grupo de Diseño dePlantas. El plano de Distribución APD indica la geometría, tamaño y ubicación delos pórticos para soporte de tuberías.

Una vez determinadas las cargas de diseño, conjuntamente con el Grupo deIngeniería de Tuberías, se dará inicio al diseño detallado de los miembros oelementos estructurales; y luego de concluidos los planos correspondientes, seenviará una copia de los mismos al Grupo de Ingeniería de Tuberías para suinformación y comentarios, y/o para la revisión interdepartamental, antes deemitir finalmente dichos planos.




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4.2 Planta de Pórticos Estructurales de Acero

(Planos Serie Nº D–––––00180)

El plano de Planta de Pórticos de Acero para sistemas de soporte de tuberías, esun plano (s) a trazado sencillo o de una sola línea, donde se indica la geometríay dimensiones en planta de los pórticos. Asimismo, se deberán indicar laselevaciones superiores de los elementos de acero, y sus correspondientesdimensiones.

Adicionalmente, puede obtenerse un plano de respaldo típico para la mayoría delos proyectos, el cual muestre las carreteras, columnas de los pórticos y loselementos estructurales principales. Este plano se obtiene a través de programasde Gráficos Interactivos.

4.3 Secciones de Pórticos Estructurales de Acero


El plano de Secciones de Pórticos Estructurales de Acero, es un plano (s) atrazado sencillo o de una sola línea, donde se indican las seccioneslongitudinales, elevaciones y ubicación de arriostramientos y de juntas deexpansión; así como las secciones transversales de los pórticos.

Deberá tenerse especial cuidado con los cambios de elevación requeridos en lasintersecciones entre los pórticos y en los cruces de carreteras.

4.4 Detalles de Pórticos Estructurales de Acero


Estos planos contienen los detalles típicos seleccionados por el proyectista paracompletar el diseño. Dichos detalles deben estar en conformidad con las normasde diseño referentes a planchas base y juntas o conexiones para momentos.

En caso de requerirse detalles adicionales a los indicados, los mismos deberánincluirse en estos planos.

La mayoría de estos detalles serán hechos como parte de los programas deGráficos Interactivos, de manera que el proyectista pueda seleccionar aquellosdetalles que sean aplicables a cada proyecto específico.




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5 COORDINACION CON OTRAS DISCIPLINAS

5.1 Información PreliminarUsualmente, el Grupo Civil inicia el diseño de los pórticos para soporte detuberías, con antelación a que el Grupo de Tuberías disponga de la informaciónreferente a ubicación y tamaño exacto de las tuberías. Por lo tanto y basado enla experiencia previa, el Grupo Civil deberá asumir razonablemente, las cargasgravitacionales debidas a las tuberías, considerando los tamaños, ubicaciones ycotas aproximadas de las líneas de tuberías presentadas por el Grupo de Diseñode Plantas.

Los requerimientos de diseño indicados por otros grupos tales como electricidad,instrumentación, etc., son incluidos generalmente en la selección de laselevaciones de los pórticos.

5.2 Cargas de DiseñoEn primer lugar, el Grupo Civil calculará todas las cargas de diseño por efecto deviento, sismo, tuberías, etc; basándose en los criterios de diseño de esta guía.Luego, el Supervisor Civil informará al Grupo de Ingeniería de Tuberías, lasmagnitudes de la capacidad resistente de los pórticos contra cargas laterales,longitudinales y verticales, a fin de que sean comparadas con las cargas realesactuantes.

En caso de que las cargas reales sean superiores a la capacidad resistente delos pórticos, el Grupo de Ingeniería de Tuberías informará al Grupo Civil alrespecto, indicando en los planos civiles, la magnitud y dirección de dichascargas, a fin de que este grupo revise el diseño y haga las modificacionesnecesarias.

5.3 Planos de Pórticos para Soportes de TuberíasLos planos de los pórticos para soporte de tuberías, serán elaborados por elGrupo Civil y emitidos en primera instancia, como planos preliminares. Estosplanos serán enviados a los otros grupos de diseño, tales como: Grupo deIngeniería de Tuberías, Grupo de Ingeniería Eléctrica, Grupo de Instrumentación,etc., para su revisión interdepartamental.

Una vez recibidos los comentarios de esta revisión, el Grupo Civil procederá a larevisión del diseño y a la modificación de los planos, en caso necesario.Solamente después de cumplido este paso, podrán emitirse los planos depórticos para soporte de tuberías, “Aprobados para Construcción” (APC).




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APENDICE “A”

CARGAS GRAVITACIONALES DE TUBERIAS

A continuación se presenta un gráfico que contiene las cargas de tuberías enfunción del diámetro y separación de las mismas. Este gráfico puede ser utilizadopara estimar las cargas debidas a tuberías en base al trazado preliminarpresentado por el Grupo de Diseño de Plantas (Sección 5). A las magnitudes ovalores de cargas calculados se deberá añadir un 15% para incluir el efecto deaccesorios, bridas, válvulas y revisiones futuras menores. Los valores asíobtenidos deberán aproximarse, por encima, en rangos de 10 kg/m2.




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APENDICE “B”

ESPACIAMIENTOS MINIMOS LIBRES PARA TUBERIAS DE PROCESOS Y SERVICIOS

La siguiente tabla de “Espaciamientos Mínimos Libres para Tuberías” es tomadade la especificación PDVSA–H–251 y es incluida aquí, únicamente comoreferencia. Los requerimientos de espaciamientos libres para el diseño de lospórticos pueden variar para cada proyecto, por lo que deben ser verificadas porel Grupo de Diseño de Plantas.

ESPACIAMIENTOS MINIMOS LIBRES

RENGLON ESPACIAM. LIBRE MINIMO*

CARRETERAS, VIAS DE ACCESO Y CARRILERADE GRUA

• Luz libre vertical para vías de acceso principales(donde circularán vehículos de mantenimiento).

21’–0” (6400 mm)

• Luz libre vertical para mantenimiento de bombas. 12’–0” (3650 mm)

• Luz libre vertical en carrileras de grúas en área deprocesos.

17’–0” (5335 mm)

• Espaciamiento libre horizontal (no necesariamenteen línea recta) en accesos para mantenimiento debombas.

10’–0” (3050 mm)

• Espaciamiento libre entre el borde de la carretera yplataformas, equipos, tuberías, etc.

5’–0” (1525 mm)

• Luz libre vertical usual, dentro de límites de batería. 16’–0” (4880 mm)

• Espaciamiento libre vertical para carreteras, fuera delímites de batería.

20’–0” (6100 mm)

VIAS FERREAS

• Luz libre vertical medida desde el tope del riel. 21’–6” (6550 mm)

• Espaciamiento libre a cualquier obstrucción, medidodesde el eje central de la vía.

8’–6’ (2590 mm)

PASILLOS Y PASARELAS DE MANTENIMIENTO:

• Espaciamiento libre horizontal (no necesariamenteen línea recta).

3’–0” ( 915 mm)

• Luz libre vertical excepto para volantes de maniobra,la cual puede ser 6’–6” (1980 mm).

7’–6” (2290 mm)




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ESPACIAMIENTO LIBRE DEBAJO DE LINEAS DETUBERIAS:

Accesos para equipos montados en vehículos. 12’–0” (3650 mm)

Accesos para equipos de servicio portátiles. 10’–0” (3050 mm)

TUBERIAS SOBRE DURMIENTES:

Espaciamiento libre entre el fondo del tubo y lasuperficie acabada del terreno, (a menos que seindique otra cosa en las especificaciones delproyecto).

1’–3” ( 380 mm)

EQUIPOS

Espaciamiento mínimo para mantenimiento entrecarcasas de intercambiadores u otros equiposinstalados en parejas.

3’–0” ( 915 mm)

Espaciamiento mínimo para mantenimientomedido a elementos estructurales o tuberías.

1’–0” ( 305 mm)

EQUIPOS CONTRA INCENDIO:

Espaciamiento libre medido desde el borde de lacarretera a la carcasa del equipo.

10’–0” (3050 mm)

TUBERIA (SUPERFICIAL)

Espaciamiento libre entre los diámetros externos dela brida y del tubo o del aislamiento.

0’–1” ( 25 mm)

Espaciamiento libre entre el diámetro externo deltubo o del aislamiento y los elementos estructurales.

0’–1” ( 25 mm)

* Corresponde a la separación libre medida entre proyecciones o salientesextremos.




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