scip-ig-c-01-i_pdvsa _criterios de diseÑo para estructuras de concreto

3

ELAB.

TÍTULO

MANUAL DE INSTRUCCIONES

SISTEMA UNIFICADO DE LA CALIDAD

DOCUMENTO No.

APOYO TÉCNICO

CRÍTERIOS DE DISEÑO PARA ESTRUCTURAS DE CONCRETO

SCIP-IG-C-01-I

REV. # FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB.

0 EMISIÓN ORIGINAL 16 G. L.

REV. O. Coiza FECHA APROB. José Innecco FECHA

O.C. J. I.

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© PDVSA, 1983 ESPECIALISTAS

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CIVIL

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MANUAL INSTRUCCIONES

CRITERIOS DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO

FECHAREVISIÓN

PROPÓSITO El propósito, alcance, responsabilidad, definiciones y referencias relacionados con esta instrucción de trabajo se indican en el procedimiento respectivo No.SCIP-IG-C-01-P y su finalidad es describir "Como se Hace" un "Criterio de Diseño para Estructuras de Concreto”. El presente documento no pretende sustituir o reemplazar en ningún momento el criterio del ingeniero de diseño.

El Ingeniero del proyecto o su designado, elabora el documento "Criterios de Diseño para Estructuras de Concreto ", el cual tendrá un contenido mínimo según lo especificado en esta instrucción de trabajo.

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Índice

PROPÓSITO................................................................................................... 1

1 OBJETIVO ................................................................................................ 3

2 LENGUAJE............................................................................................... 3

3 UNIDADES................................................................................................ 3

4 CÓDIGOS Y NORMAS ............................................................................. 3

5 MATERIALES ........................................................................................... 4

5.1 Calidad de los Materiales......................................................................................4

6 RESISTENCIA Y ESFUERZOS ADMISIBLES......................................... 5

6.2 Concreto ...............................................................................................................5 6.3 Acero de Refuerzo ................................................................................................5

7 DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICACIONES...................................... 5

7.1 Solicitaciones ........................................................................................................6 7.2. Combinaciones de Carga....................................................................................11

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FECHAREVISIÓN

1 OBJETIVO El presente documento, conjuntamente con los documentos que en él se mencionan, tiene por objeto establecer los requisitos para el diseño de todas las estructuras de concreto que se requieran para el proyecto en referencia (Nombre del Proyecto).

2 LENGUAJE Todos los planos, hojas de cálculo y documentos deberán ser escritos en idioma castellano, a menos que se indique que deban ser escritos en inglés y castellano.

3 UNIDADES Las unidades de medida usadas en el Diseño serán las del Sistema Métrico Decimal (Sistema Internacional - Gaceta Oficial No. 2823).

4 CÓDIGOS Y NORMAS El diseño de la estructura de concreto deberá cumplir con los siguientes códigos venezolanos, en su última versión:

Acciones Mínimas para el Proyecto de Edificaciones. COVENIN-MINDUR 2002.

Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones, Análisis y Diseño. COVENIN MINDUR-1753.

Estructuras de Acero para Edificaciones. Proyecto, Fabricación y Construcción. COVENIN-MINDUR 1618.

Edificaciones Antisísmicas. COVENIN-MINDUR 1756.

Acciones del Viento sobre las Construcciones. COVENIN-MINDUR 2003.

Manual de Ingeniería y Diseño de PDVSA (MID) a) Volumen 2: Civil

• PDVSA No. A-211 "Concreto-Materiales y Construcción"

• PDVSA No. A-251 "Diseño de Concreto Bajo Tierra"

• PDVSA No. L-STC-001 "Procedimiento para el Diseño del Concreto" b) Volumen 18: Estructuras

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• PDVSA No. JA-221 "Diseño Antisísmico de Instalaciones Industriales"

• PDVSA No.JA-251- ORT "Estructuras de Concreto - Diseño"

• PDVSA No.A-251 "Diseño de Concreto Bajo Tierra"

• PDVSA No.L-STC-002 "Procedimiento para el Diseño de Fundaciones"

• PDVSA No.90615.1003 "Diseño de Secciones de Concreto Armado"

Manual de Ingeniería de Riesgos

PDVSA No.IR-C-02 "Diseño de Edificios de Control"

Instrucción de Trabajo No.SCIP-IG-C-03-I "Criterios para el Diseño Geotécnico"

En el caso de tópicos especiales cuyo alcance este fuera de las normas y códigos venezolanos, se aplicarán los códigos y normas vigentes de organismos norteamericanos, según se enumeran a continuación:

American Society for Testingand Materials, ASTM, C192.

American National Standards Institute, ANSI, A58.1.

American Institute of Steel Construction, (AISC).

American Concrete Institute-Building Code. RequirementsforReinforced Concrete, ACI-318.

American Society of Civil Engineering, (ASCE.)

American Association of State Highway and Transportation Officials. (AASHTO).

Uniform Building Code (UBC)

5 MATERIALES Los materiales a utilizar deberán cumplir con los requerimientos de los códigos y estándares, tal como se indica a continuación:

5.1. Calidad de los Materiales

- Acero de refuerzo (Cabillas): ASTM A615 Grado 60

- Cemento Pórtland: ASTM C150 Tipo I y/o II

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- Mallas electrosoldadas: Según especificación COVENIN 1022.

- Otros materiales Según cada especificación.

6 RESISTENCIA Y ESFUERZOS ADMISIBLES 6.1. Concreto

La resistencia mínima a la compresión a los 28 días (f'c) será:

- Para concreto pobre: (Valor de acuerdo al proyecto)

- Para concreto reforzado: (Valor de acuerdo al proyecto)

- Para todo tipito de fundación y pavimentos.

(Valor de acuerdo al proyecto)

- Para concreto prefabricado: (Valor de acuerdo al proyecto)

- Para protección contra incendio. (Valor de acuerdo al proyecto)

Para la selección de estos parámetros de diseño, se seguirán las recomendaciones dadas por la Norma PDVSA No. L-STC-001, “Procedimiento para el Diseño del Concreto”.

6.2. Acero de Refuerzo - Barras de acero ASTM A615 grado (COVENIN 316)

- Resistencia cedente (fy) = 4200 kg/cm2.

- Malla de acero electrosoldada. (COVENIN 1022).

- Resistencia cedente (fy)= 5000 kg/cm2

7 DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICACIONES El diseño estructural deberá hacerse de acuerdo con el método de la teoría de la rotura para estructuras de concreto, siguiendo lo especificado en la Norma PDVSA No. JA-251-ORT "Estructuras de Concreto-Diseño".

En general, para las fundaciones deberán seguirse lo especificado en la Norma PDVSA No. A-251 "Diseño de Concreto bajo Tierra" y las recomendaciones dadas por el estudio de suelos realizado en el área donde va a ser desarrollado el proyecto, el cual forma parte integral de estos criterios.

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7.1. Solicitaciones Las cargas de diseño para edificios y otras estructuras seguirá lo especificado en las Normas COVENIN-MINDUR 2002 o ASCE 7-88 (anterior ANSI A58.1), excepto lo aquí especificado.

7.1.1. Cargas Permanentes

Las cargas permanentes utilizadas en el diseño serán las indicadas en el capítulo 4" Acciones Permanentes" de la Norma COVENIN-MINDUR 2002, exceptuando aquellos valores que a continuación se indican:

Cargas Muertas

Los siguientes tipos de cargas deberán ser tratadas como cargas muertas:

El peso propio de todos los componentes estructurales y no estructurales, incluyendo el revestimiento contra fuego, los cuales actúan continuamente sobre la estructura.

El peso propio de grúas y equipos de manejo de materiales.

Se considerarán además de los pesos antes indicados, las siguientes cargas uniformes: a) 25 kg/m2 para los techos de edificios, para cubrir el peso de luminarias, techos

suspendidos, ductos de aire acondicionado, tuberías, etc. b) 50 kg/m2 para pisos de estructuras de procesos, para cubrir las cargas por tuberías y

misceláneos. c) 100 kg/m2 en el segundo nivel y pisos superiores de edificios donde la tabiquería

pudiera ser reubicada. d) 150 kg/m2 en pisos de operaciones de compresores, para cubrir las cargas de

tuberías, tableros de control y misceláneos.

Para estimar el peso de tuberías apoyadas en equipos se considerará un valor de 10% del peso del equipo vacío como peso de tuberías.

En plataformas metálicas, el piso de la estructura portante y la rejilla de piso tendrá un valor estimado de carga muerta no inferior a 100 kg/m2.

Cargas Muertas de Equipos

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La carga muerta de equipos, excluyendo tuberías externas, producida por el peso de equipos, tales como: recipientes, torres de fraccionamiento, intercambiadores de calor, chimeneas y bombas, se definirá de la forma siguiente: a) Peso muerto vacío o en montaje: El peso muerto del equipo vacío será el peso muerto del equipo excluyendo el peso de las partes internas y externas, no conectadas al equipo antes del montaje. b) Peso muerto en operaciones:

El peso muerto del equipo en operación será el peso muerto del equipo completamente ensamblado, incluyendo el aislamiento y el fluido contenido en él, pero excluyendo las tuberías y estructuras exteriores conectadas al equipo, si fueron anteriormente consideradas. c) Peso muerto en prueba:

El peso muerto del equipo en prueba será el peso muerto del equipo en operación definido en b, pero excluyendo el aislamiento tanto interno como externo y el líquido en operación, así como también cualquier parte interna susceptible a daño por inmersión en agua. Se considerarán llenos de agua tanto el equipo como las tuberías asociadas a él en la prueba.

7.1.2. Cargas Variables

Las cargas variables utilizadas en el diseño serán las indicadas en el capítulo 5 "Acciones Variables" de la Norma COVENIN-MIN-DUR 2002, exceptuando aquellos valores a continuación indicados:

Las cargas uniformes para edificios de concreto armado, distintos de almacenes, serán las siguientes: a) Oficinas: 300 kg/m2 b) Laboratorios: 300 kg/m2 c) Salas de control: 300 kg/m2 d) Vestuarios: 300 kg/m2 e) Escaleras y descansos: 500 kg/m2 f) Sala de equipos mecánicos: 750 kg/m 2 g) Salas de equipos eléctricos: 750 kg/m 2 h) Techos accesibles: 150 kg/m2

Para pisos de operación en estructuras de procesos, se usará: 450 kg/m2.

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Si el 25% o mas del área de un vano está cubierta por equipos, se podrá reducir la carga repartida uniforme de acuerdo al porcentaje cubierto y aplicarlo como carga uniforme sobre toda el área del vano conjuntamente con la carga de los equipos.

Para pisos de operación en edificios de compresores, se usará 500 kg/m2 sobre toda el área.

En pasarelas, plataformas y escaleras en áreas de procesos, se usará 150 kg/m2. Los peldaños deberán ser diseñados para una carga de 130 kg concentrados en el centro del peldaño, la cual no deberá ser acumulada con la carga uniforme.

Para barandas, se usará 30 kg/m aplicados horizontalmente en el tope.

Para grúas y equipos de manejo de materiales se usará la capacidad total del manejo de materiales.

En almacenes, se usará 750 kg/m2.

Cuando las cargas vivas esperadas en áreas de almacenamiento superen los 750 kg/m2, el valor aplicable deberá ser justificado por el Ingeniero Calculista.

En estaciones de bombas y áreas de equipos, se usará 500 kg/m2.

Si el 75% del peso de prueba hidrostática de un recipiente de proceso es mayor que su peso de operación, se usará el peso de operación como carga muerta y la diferencia entre el peso de operación y el 75% del peso de prueba hidrostática como carga viva.

7.1.3. Carga de Viento

La carga de viento será calculada de acuerdo a la Norma Venezolana COVENIN-MINDUR 2003 "Acciones de Viento sobre las Construcciones".

Los parámetros a considerar para el cálculo de la carga de viento son:

- Velocidad básica del viento: (Valor de acuerdo al proyecto)

- Tipo de exposición: (Valor de acuerdo al proyecto)

- Factor de importancia. (Valor de acuerdo al proyecto)

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7.1.4. Cargas de Sismo

Para el cálculo de las solicitaciones sísmicas se utilizarán la Norma PDVSA JA-221 "Diseño Antisístico de Instalaciones Industriales", considerando:

Ubicación: (De acuerdo al proyecto)

Grado de Riesgo: (Valor de acuerdo al proyecto)

Nivel de Diseño (Valor de acuerdo al proyecto)

Tipo de Estructura: (Valor de acuerdo al proyecto)

Perfil de Suelo (Valor de acuerdo al proyecto)

Tipo de Instalación o Edificación: (Valor de acuerdo al proyecto)

Deberán considerarse a tales fines, las revisiones de los mapas sísmicos o estudios particulares realizados por INTEVEP, S.A.

7.1.5. Cargas de Impacto

Para el cálculo de las solicitaciones de diseño en estructuras sometidas a cargas en movimiento, se asumirán las cargas por impacto recomendadas por el fabricante, siempre que sean mayores a las calculadas por el apartado 5.4. "Impacto" de la Norma COVENIN-MINDUR 2002.

a. Halado en intercambiadores

La fuerza horizontal de diseño a ser considerada en estructuras sometidas al halado del haz de tubos en intercambiadores de calor, deberá ser igual al producto del peso del haz de tubos por un coeficiente de fricción de 0,57 y por un factor de impacto de 1,5 o sea, el 86% del peso del haz.

La fuerza mínima a considerar será 900 kg.

La fuerza horizontal será transmitida sólo al soporte fijo del intercambiador.

En caso que el fabricante del equipo especifique unas cargas mayores a las anteriormente expuestas, deberán considerarse en el diseño, las cargas dadas por el fabricante.

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7.1.6. Cargas por Fricción

Las fuerzas horizontales debidas a fricción serán consideradas como el producto del coeficiente de fricción "C" multiplicado por la carga vertical correspondiente.

El coeficiente de fricción será:

C= 0,3 para contacto acero sobre acero.

C= 0,4 para contacto acero sobre concreto

C= 0,1 para contacto teflón sobre acero.

C=* para contacto concreto sobre suelo

(* Valor del Proyecto)

Las cargas debidas a equipos o tuberías que actúan sobre los puntos fijos o deslizantes deberán considerarse en el diseño estructural tomando en cuenta su situación real, o las fuerzas resultantes del análisis de flexibilidad de tuberías.

7.1.7. Cargas de Operación

En aquellos casos que aplique, deberán considerarse en el diseño de las estructuras, las solicitaciones definidas a continuación: a. Cargas por dilatación térmica b. Se considerarán las solicitaciones debido a cambios de temperatura en tuberías,

equipos y estructuras. Deberá tomarse en cuenta las recomendaciones dadas en el comentario Co. 6.6.2. "Acciones Reológicas y Térmicas" de la Norma COVENIN-MINDUR 2002..

c. Cargas de presión d. Se considerarán las solicitaciones de presión que resultan debido al uso de

juntas de expansión en tuberías. e. Cargas dinámicas. f. Se considerarán las solicitaciones ocasionadas por vibraciones en equipos y

máquinas o por movimientos de fluido en tuberías y equipos.

7.1.8. Cargas de Vehículos

Las cargas aportadas por los vehículos en edificaciones se determinarán de acuerdo al apartado 5.2.5 "Acciones Variables en Estacionamientos" de la Norma COVENIN-MINDUR 2002, en el resto de los casos serán las recomendadas en las

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Especificaciones AASHTO, utilizando un vehículo de diseño HS-20. Sin embargo, cuando se prevea la circulación de vehículos que produzcan condiciones de carga más severas, deberá definirse el vehículo de diseño a utilizar en el proyecto e incluirse en el presente documento.

7.1.9. Cargas por Explosión

Las cargas por explosión se considerarán uniformemente distribuidas y sus magnitudes serán las establecidas en el "Análisis de Riesgo" del proyecto, ya que en ella se considera la distancia de las estructuras al foco de explosión. Sin embargo, cuando este estudio no se realice, los valores a considerar son los establecidos en: la Norma PDVSA IR-C-02 "Diseños de Edificios de Control".

7.1.10. Cargas Extraordinarias

A tales fines, se utilizarán las recomendaciones dadas en el apartado 6.3 "Acciones Extraordinarias" de la Norma COVENIN-MIN-DUR 2002.

7.2. Combinaciones de Carga Las estructuras y elementos estructurales deberán diseñarse para resistir los efectos de carga individuales y las combinaciones de carga a las cuales pueden estar sujetas.

En el cuadro No. 1 se considerán los distintos casos de carga, sin limitarse a, considerados en el diseño de estructuras de concreto.

A continuación se señalan los criterios a seguir para la generación de las combinaciones de carga de diseño a. Las cargas deben ser combinadas para producir la condición de carga más crítica

para el diseño de los miembros estructurales. Se combinarán aquellas cargas que pudieran razonablemente ocurrir simultáneamente. Las combinaciones de carga no necesitan ser hechas para elementos no estructurales.

i) Se considerará la aplicación parcial de cargas vivas y cargas muertas que pudieran ocurrir durante la ubicación de equipos, durante las pruebas de piezas individuales de equipos o las que resultan de variaciones en cargas de operación de equipos de procesos tipo cíclicos, con el objeto de considerarlo en el cálculo de los esfuerzos máximos en pórticos continuos o vigas

j) Cargas de impacto, cargas de mantenimiento y otras cargas que actúan durante un corto tiempo, no serán combinadas con viento o sismo.

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k) En el diseño de elementos estructurales de soportes de grúas se considerará una sola grúa actuando, siempre y cuando no exista la posibilidad de dos simultáneas.

Para elementos de apoyo para halado de haces tubulares se considerará el halado de uno a la vez.

Cuadro No. 1

Condiciones de Carga Cargas de Diseño Equipo vació o en Montaje 1 Cargas muertas de la estructura

2 Cargas muertas del equipo vacío 3 Cargas muertas de tuberías 4 Cargas de impacto 5 Cargas temporales y cargas causadas

por la instalación (incluyendo impacto)6 Carga de viento o de sismo

Equipo en Prueba 1 Cargas muertas de la estructura 2 Cargas muertas del equipo en

prueba 3 Cargas muertas de tuberías 4 Cargas vivas 5 Carga de viento

Equipo en Operación 1 Cargas muertas de la estructura 2 Cargas muertas del equipo en

operación 3 Cargas muertas de tuberías 4 Cargas vivas 5 Cargas de impacto 6 Cargas de operación 7 Cargas de viento o de sismo

Equipo en Mantenimiento Cargas de mantenimiento que pueden ocurrir durante el arranque, detenimiento o interrupción del proceso en operación, junto con otras cargas que puedan razonablemente considerarse que actúan simultáneamente.

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Nomenclatura: CM = Carga Muerta S = Carga Sísmica CV = Carga Variable T = Carga Térmica EM = Carga Equipo en Montaje FH = Fuerza de Halado EP = Carga Equipo en Prueba CE = Carga de ExplosiónEO = Carga Equipo en Operación W = Carga Viento

Se utilizarán las combinaciones de carga establecidas en la Guía de Diseño PDVSA NO. 90615-1003 "Diseño de Secciones de Concreto" y las indicadas a continuación:

Equipo vacío o en montaje:

1.4 CM + 1.4 EM

(1.4 CM + 1.4 EM ± 1.7 W) * 0.75

0.9 CM ± 1.3 W

(1.4 CM + 1.4 EM + 1.7 W) * 0.75

0.9 CM + 1.3 W

(1.4 CM + 1.4 EM) * 0.75 + S Equipo en prueba.

(1.4 CM + 1.4 EP) * 0.83

(1.4 CM + 1.4 EP) + 1.7 (0.5 CV) * 0.83

[1.4 CM + 1.4 EP + 1.7 (0.333 W)] * 0.75

Equipo en operación.

1.4 CM + 1.4EO + 1.4T

1.4 CM + 1.4EO + 1.4T + 1.7CV

(1.4 CM + 1.4EO + 1.4T + 1.7CV + W) * 0.75

(1.4CM+1.4EO +1.4T+1.7CV)*0.75+ S

0.9 CM+0.9EO +1.4T ± 1.3W

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0.9CM+0.9EO +1.4T ± S

(1.4CM+1.4EO +1.4T ± 1.7W)*0.75

(1.4CM+1.4EO +1.4T)*0.75 ± S

Equipo en mantenimiento.

(1.4 CM + 1.4 EM + 1.7 FH) * 0.75

Para estructuras resistentes a explosión.

1.4 CM+1.7CV

(1.4 CM + 1.7 CV + 1.7 CE) * 0.66

7.3. Recubrimiento del Acero de Refuerzo El acero de refuerzo tendrá un recubrimiento de concreto mínimo según lo especifica la Guía de Diseño PDVSA No. 90615.1.003 "Diseño de Secciones de Concreto".

7.4. Flechas y Desplazabilidad El diseño de las estructuras y elementos estructurales deberán cumplir con las flechas permisibles de acuerdo al uso de la instalación y/o edificación.

Adicionalmente, deberá satisfacerse los requerimientos establecidos en el apartado9.5 "Control de las Flechas "de la Norma COVENIN-MINDUR 1753.

En el diseño de las estructuras de concreto deberá verificarse la desplazabilidad permisible, tal como se señala en la tabla C.14.1 de la Norma COVENIN-MINDUR 1618. Adicionalmente deberá verificarse las distorsiones angulares permisibles, tal como se señala en el Anexo "B" de la Instrucción de Trabajo No.SCIP-IG-C-03-I "Criterios para el Diseño Geotécnico".

8 FUNDACIONES Las bases de diseño para estructuras de concreto bajo tierra, tales como: Fundaciones para intercambiadores y recipientes horizontales, fundaciones para equipos rotativos y reciprocantes, fundaciones para edificios, cajones, muros de retención, tanquillas, sumideros, bocas de visita, durmientes, bloques de apoyo y muros contra incendios, etc., se harán según lo especificado en la Norma PDVSA A-251 "Diseño de Concreto Bajo Tierra".

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Las acciones y solicitaciones calculadas bajo las Normas PDVSA deben ser comparados con las obtenidas con la aplicación de la Norma COVENIN, prevaleciendo la más exigente.

En fundaciones deberán seguirse, en todo momento, las recomendaciones dadas en el estudio de suelos del proyecto.

8.1. Criterios Específicos para Fundaciones de Equipos 8.2. Fundaciones para tanques de almacenamiento

El análisis y diseño de estas fundaciones debe hacerse según lo especificado en: PDVSA-AM-211-PRT "Fundaciones para Tanques de Almacenamiento" PDVSA-L-STC-006 "Fundaciones para Tanques de Almacenamiento"

8.3. Fundaciones para Torres y Recipientes Verticales. El análisis y diseño de estas fundaciones debe hacerse, según lo especificado en: PDVSA-JA-222-PR "Diseño Antisísmico para Recipientes Verticales,

Chimeneas y Torres" PDVSA-L-STC-005 "Fundaciones para Recipientes Verticales" PDVSA-90615.1.007 "Fundaciones para Recipientes Verticales” PDVSA-90615.1.012 Cargas de Viento sobre Recipientes

Autosoportables" PDVSA-90615.1.013 "Cargas Sísmicas en Recipientes Verticales

Chimeneas y Torres".

8.4. Fundaciones para Intercambiadores de Calor y Recipientes Horizontales. El análisis y diseño de estas fundaciones debe hacerse, según lo especificado en: PDVSA-JA-223-PR "Diseño Antisísmico para Recipientes, Tambores

e Intercambiadores de Calor Horizontales" PDVSA-L-STC-004 "Fundaciones de Recipientes Horizontales" PDVSA-90615.1.007 "Fundaciones para Recipientes Verticales” PDVSA-90615.1.008 “Fundaciones de Recipientes Horizontales”

8.5. Fundaciones para Equipos Reciprocantes y Bombas. El análisis y diseño de estas fundaciones debe hacerse, según lo especificado en: PDVSA-L-STC-003 “Fundaciones de Compresores Reciprocantes” PDVSA-90615.1.002 “Fundaciones de Compresores Reciprocantes”

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PDVSA-90615.1.006 “Fundaciones de Bombas Reciprocantes” PDVSA-90615.1.414 “Fundaciones de Bombas”

9 CONTROL DE CALIDAD Todos los planos, y cálculos e información resultantes del Diseño para Estructuras de Concreto deberán revisarse con las listas de verificación.

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