CRITERIOS PARA DISEÑO, FABRICACION,

CONSTRUCCION Y MONTAJE DE ESTRUCTURAS

INDUSTRIALES DE ACERO

ESPECIFICACIONES GENERALES

TABLA DE CONTENIDOS

Sección Pág.

1. ALCANCE 2

2. CONFLICTOS Y DESVIACIONES 2

3. REFERENCIAS 2

4. REQUISITOS PARA LA DOCUMENTACIÓN TÉCNICA 5

5. PARÁMETROS AMBIENTALES 6

6. CARGAS MINIMAS DE DISEÑO 6

7. COMBINACION DE CARGAS DE ACUERDO CON ASD 12

8. DEFLECCIONES 13

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9. ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD 14

1 ALCANCE

1.1 Estas especificaciones proveen guías para una aproximación racional al diseño y prescriben los criterios de diseño mínimos obligatorios para trabajos en acero y estructuras de acero.

1.2 Todos los trabajos deben ejecutarse utilizando prácticas aceptadas de ingeniería con atención a las especificaciones y la metodología. Deberán cumplirse los códigos, normas y regulaciones aplicables en todos los diseños.

1.3 El diseño de las estructuras deberá proveer las condiciones adecuadas para los requerimientos de carga, esfuerzo, deflexión y rigidez. Además, el diseño deberá considerar los efectos más extremos de todas las cargas estáticas y dinámicas así como las debidas al clima y a los sismos.

1.4 El diseño debe ser funcional, práctico, económico y seguro.

1.5 Los procesos de fabricación, construcción y montaje de estructuras de acero, siempre deberán cumplir con las normas aquí señaladas, sobre todo aquellas referentes a seguridad industrial, protección de los trabajadores y protección medioambiental. Todo diseño deberá ejecutarse tomando en cuenta la seguridad y protección de los trabajadores y del medioambiente.

2 CONFLICTOS Y DESVIACIONES

2.1 Cuando estas especificaciones difieran de las de los planos, las de los planos son mandatarias en los casos particulares.

2.2 Cualquier conflicto entre estas especificaciones y otras especificaciones aplicables, normas de ingeniería, dibujos normalizados, normas de la industria y/o códigos deberán resolverse por escrito por el cliente o su representante.

3 REFERENCIAS

Todas las especificaciones, normas, códigos, formas, dibujos, y documentaciones similares a los que se hace referencia, deben ser los más actualizados (la última revisión, adendum a suplemento), a no ser que se indique otra cosa.

3.1 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

3.1.1 Techint S.A.:2745-G-04 Manual de procedimientos para proyectos2745-G-SP-00001 Condiciones geográficas2745-S-SP-00002 Fabricación y montaje de estructuras de acero

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3.2 Códigos y Normas Industriales

3.2.1 International Conference of Building Officials (ICBO):Uniform Building Code Administrative, Fire and Life Safety, and Field InspectionUBC Vol. 1 -97 Provisions.

Uniform Building Code Structural Engineering Design Provisions.UBC Vol. 2 -97

3.2.2 American Institute of Steel Constructions:AISC M016 Manual of Steel Construction, Allowable Stress Design, 9 Edition.

AISC S335 Specification of Structural Steel Buildings.

AISC S326 Design, Fabrication and Erection of Structural Buildings.

AISC Code of Standard Practice for Steel Buildings and Bridges.

AISC M013 Detailing for Steel Construction.

AISC S329 Specification for Structural Joints Using ASTM A325 or A490 Bolts.

3.2.3 American Iron and Steel Institute: AISI SG 673 Cold-Formed Steel Design Manual.

AISI SG 503-76 The Design of Fabrication of Cold-formed Steel Structures

AISI, 1996 Especificaciones para el Diseño de Miembros Estructurales de Acero Conformado en Frío

3.2.4 Association of Iron and Steel Engineers:AISE Technical Report Nº 13

Guide for the Design and Construction of Mill Buildings.

3.2.5 American National Standards Institute:ANSI A14.3 Safety Requirements for Fixed Ladders.

ANSI A1264.1 Safety Requirements for Workplace Floor and Wall Openings, Stairs, and Railing Systems.

3.2.6 American Society for Testing and Materials:

ASTM A1 –00 Standard Specification for Carbon Steel Tee Rails

ASTM A6/A6M –01 Standard Specification for General Requirements for Rolled Steel Plates, Shapes, Sheet Piling and Bars for Structural Use.

ASTM A36/A36M –00 Standard Specification for Carbon Structural Steel.

ASTM A53/A53M –01 Standard Specification for Pipe, Steel Black and Hot-Dipped, Zinc-Coated, Welded and Seamless.

ASTM A123A/123M Standard Specification for Zinc (Hot Deep Galvanized) Coatings on Iron and Steel Products.

ASTM A153/A153M –01 Standard Specification for Zinc-Coated (Hot Dip) on Iron and Steel Hardware.

ASTM A307 –00 Standard Specification for Carbon Steel Bolts and Studs, 60.000 PSI Tensile Strength.

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ASTM A325/A325M –00 Standard Specification for Structural Bolts, Steel, Heat-Treated, 120/105 ksi Minimum Tensile Strength (High-Strength Bolts for Structural Steel Joints).

ASTM A354 –01 Standard Specification for Quenched and Tempered Alloy Steel Bolts, Studs and Other Externally Threaded Fasteners

ASTM A370 –97 Standard Specification for Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products.

ASTM A490/A490M –93 Standard Specification for Heat Treated Steel Structural Bolts, 150 ksi Minimum Tensile Strength.

ASTM A500 –01 Standard Specification for Cold-Formed Welded and Seamless Carbon Steel Structural Tubing in Rounds and Shapes.

ASTM A501 –01 Standard Specification for Hot-Formed Welded and Seamless Carbon Steel Structural Tubing.

ASTM A563/A563M –00 Standard Specification for Carbon and Alloy Steel Nuts.

ASTM A572/A572M –00 Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Columbium-Vanadium Steels of Structural Quality.

ASTM A653/653M –01

ASTM A687-00

Standard Specification for Steel Sheet, Zinc-Coated (Galvanized) or Zinc-Iron Alloy-Coated (Galvanized) by the Hot-Dip Process.

High-Strength Non-Headed Steel Bolts and Studs.

ASTM A792/A792M –01 Standard Specification for Steel Sheet, 55% Aluminum-Zinc Alloy-Coated by the Hot-Dip Process.

ASTM A1008 Standard Specification for Steel, Sheet, Cold-Rolled, Carbon, Structural, High-Strength Low-Alloy and High-Strength Low-Alloy with Improved Formability.

ASTM F436/F436M –93 Standard Specification for Hardened Steel Washers.

ASTM F844 –00 Washers, Steel, Plain (Flat), Unhardened for General Use.

ASTM F959 –01 Standard Specification for Compressible Washer Type Direct Tension Indicators for Use with Structural Fasteners.

ASTM E329 –00 Standard Practice for Inspection and Testing Agencies For Concrete, Steel, and Bituminous Materials as used in Construction.

3.2.7 American Welding Society:

AWS A3.0 –94 Welding Terms and Definitions.

AWS D1.1 –00 Structural Welding Code – Steel.

3.2.8 American Society of Civil Engineers:ASCE 7-00 Minimum Design Loads for Building and Other Structures

3.2.9 Society for Protective Coatings:SSPC – SP6 Commercial Blast CleaningSSPC – SP10 Near-White Blast Cleaning

3.2.10 Instituto Ecuatoriano de NormalizaciónCódigo Ecuatoriano de la ConstrucciónCódigo de Dibujo Técnico-Mecánico

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3.2.11 National Fire Protection Association

3.3 Otros Códigos de la Construcción y/o Regulaciones Estatales y/o Locales

Si existen otros códigos particulares, deberán ser respetados y aplicados. En caso de divergencia con los antes anotados se aplicarán los más exigentes.

4. REQUISITOS PARA LA DOCUMENTACIÓN TÉCNICA

Todas las especificaciones, cálculos y dibujos deben basarse en:

4.1 El Sistema Internacional de Unidades (SI).

4.2 Todas las dimensiones se mostraran en milímetros y no llevaran unidades. Los niveles podrán indicarse en metros (m) y se indicará cuando así se lo haga.

4.3 Las normas básicas de diseño y detalle de las estructuras de acero y de las conexiones de juntas serán los de la AISC.

4.4 Los cálculos de diseño para estructuras de acero se harán bajo el Método de Diseño por Esfuerzo Permisible (ASD), indicado en el AISC-Manual of Steel Construction o el método de Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD) del mismo manual.

4.5 Para el diseño de los miembros de acero conformado en frío se deberá seguir lo establecido en la norma AISI SG 673 y en las Especificaciones para el Diseño de Miembros Estructurales de Acero Conformado en Frío AISI, 1996.

4.6 Los planos de taller y de montaje se elaboraran de acuerdo a las normas del Código de Dibujo Técnico Mecánico del INEN.

4.7 Los materiales a utilizarse deberán contar con certificados de origen y/o de los proveedores sobre el cumplimiento de normas y demás características del material. Esta documentación formará parte del archivo correspondiente de cada obra.

4.8 Deberá considerarse un adecuado sistema de trazabilidad para los materiales utilizados, el mismo que deberá estar adecuadamente documentado y el procedimiento será parte del archivo de la obra.

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4.9 Se contará con los Procedimientos Operativos necesarios para los diferentes procesos de diseño, fabricación, construcción y montaje. Estos PO tratarán sobre los procesos de diseño, corte, armado, soldadura en taller, preparación de superficies, recubrimientos, montaje, soldadura en obra, así como los respectivos de calificación de operadores y soldadores.

5. PARAMETROS AMBIENTALES

Para los parámetros ambientales refiérase a 2745-G-SP-00001-Geographic Conditions de TECHINT.

6. CARGAS MINIMAS DE DISEÑO

Las estructuras de acero deben diseñarse para soportar el total de las cargas vivas y muertas, con una combinación adecuada de cargas de grúas (si hubiere puentes grúa o montacargas), fuerzas sísmicas, cargas de viento y con los márgenes apropiados para impactos, cargas de inercia, vibraciones, etc., como efectos secundarios de cargas vivas, temperatura, etc.

6.1 Carga Muerta (D)

6.1.1 Por carga muerta se entiende el peso propio, el peso de construcciones permanentes (incluyendo paredes, losas, techos, cielos rasos, escaleras, tuberías, canaletas, etc.), todos los materiales arquitectónicos (aislamientos, materiales contra incendios, acabados, etc.) y el peso vacío de los equipos fijos permanentes soportados por o sujetos a la estructura.

6.2 Carga Viva (L y Lr)

6.2.1 Se entiende por cargas vivas a todas aquellas cargas móviles producidas por el uso y ocupación de los edificios y/o estructuras. Esto no incluye las cargas ambientales (viento, hielo, nieve, lluvia, sismos).

6.2.2 El techo debe ser capaz de soportar una carga viva mínima de acuerdo con el UBC-Structural Engineering Design Provisions, Tabla 16-C, considerada aplicada en todo o en parte de su área de proyección horizontal, distribuida de manera que recree las condiciones de carga máxima.

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Área cooperante de carga “At” [m2]Para cualquier miembro estructural

Inclinación del techo 0 At 19 19 At 56 At 56Mínima carga viva uniforme para techo ‘Lr’

[kN/m2]

Plano(1) oInclinación 33% (1:3)

0.96 0.77 0.57

Inclinación 33% (1:3) aInclinación 100% (1:1)

0.77 0.67 0.57

Inclinación 100% (1:1) 0.57 0.57 0.57

Notas: (1) Un techo plano es cualquier techo con inclinación menor a 2% (1:50). La carga viva para techos planos es adicional a la carga UBC, Section 1611.7.

6.2.3 Las cargas vivas uniformes y concentradas en pisos y plataformas deben considerarse para cada plataforma dependiendo del uso y de acuerdo con los máximos requerimientos de trabajo esperados.

6.2.4 Las cargas vivas impuestas no deberán ser menores a las siguientes:

Descripción Carga Viva ‘L’Carga Uniforme

[kN/m2]Carga Concentrada [kN]

Pisos o plataformas de trabajo 4.40 5.0Pisos o plataformas de mantenimiento

1.90 3.0

Pasarelas 4.40 5.0Escaleras y gradas 4.80 5.0Plataformas para equipos 4.80 5.0 o el peso del equipo (se

escoge la mayor)Pasamanos (fuerza horizontal) 0.30 [kN/m] (aplicada

al tubo superior)0.90 (en cualquier punto)

Techos 0.57 2.0 (excluidas vigas y correas)

6.2.5 El efecto de las cargas concentradas no debe disminuirse, pero las cargas vivas uniformemente distribuidas no necesitan incluirse en las áreas cubiertas por una carga concentrada.

6.2.6 Las cargas vivas en vigas soporte para puentes grúa deben tomarse iguales a las cargas máximas en las ruedas de la misma.

6.2.7 Cuando las cargas sean móviles, deberán considerarse actuando en el lugar más desfavorable en cuanto a la generación de momentos, cortantes, fuerzas axiales, etc. para los cuales se diseñará el elemento.

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6.3 Cargas de operación (OP)

6.3.1 La carga de operación para procesos y equipo utilitario (incluida la tubería) comprende el peso del fluido y/o catalizador, bajo condiciones normales, a un nivel máximo de operación. También debe incluirse el peso de materiales permanentemente almacenados para al operación normal.

6.3.2 Las cargas de operación para los racks de tuberías comprende el peso de las tuberías y otros servicios, la temperatura (incluyendo la del fluido) y las fuerzas de fricción/anclaje. También deben considerarse a los efectos de la deflexión en los tubos o en las bandejas de cables.

6.3.3 Cuando sea aplicable, las condiciones antes señaladas deben ser evaluadas para combinaciones especiales de carga.

6.4 Cargas de Prueba (TS)

6.4.1 Las cargas de prueba comprenden la carga muerta y el peso de cualquier fluido necesario para efectuar la prueba hidrostática de los equipos, tanques y/o tuberías.

6.4.2 Las estructuras de soporte de los equipos que necesitan ser probadas en sitio, deberán diseñarse para el peso del equipo completamente lleno de agua. Cuando una misma estructura soporte a más de un tanque, la estructura solamente necesita ser diseñada considerando la prueba de un tanque a la vez y considerando a los otros vacíos o en operación.

6.5 Cargas de grúa (Cv, Ci, Cl, Cs)

6.5.1 Las vigas carrileras y las estructuras soportantes deben diseñarse para llevar la grúa con la distancia entre ejes y la carga máxima por eje indicada por el fabricante o el dueño.

6.5.2 Las combinaciones de carga para el diseño de las vigas carrileras y la estructura portante se señalan en AISE-Technical Report N˚13.

6.6 Carga de Granizo o Nieve (S)

6.6.1 No se consideran cargas de nieve en el Ecuador, pero deben establecerse las cargas de granizo adecuadas de acuerdo a la arquitectura particular de cada edificación. Esto es particularmente importante en aquellos

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diseños que no permitan un flujo libre del granizo y en los miembros que soportaran canales para agua lluvia. En estos casos la carga deberá considerarse solamente en los miembros afectados.

6.7 Carga de lluvia (R)

6.7.1 La carga de lluvia debe considerarse solamente en el diseño de los miembros afectados, particularmente en aquellos que soportaran los canales para agua lluvia.

6.8 Carga de viento (W)

6.8.1 Los edificios deben diseñarse para soportar una velocidad de viento básica (la mayor velocidad de viento asociada con una probabilidad de 0.02) de 70 km/h (44mph) actuando horizontalmente a una altura de 10 m sobre el nivel del piso.

6.8.2 La presión y succión en paredes individuales y techos deben estar de acuerdo con el UBC-Structural Engineering Design Provisions, Chapter 16, Division III.

6.8.3 Las cargas debidas al viento en tanques circulares, intercambiadores, tolvas, silos, etc., deben calcularse usando el área de proyección (del equipo más el aislamiento) multiplicada por un factor de incremento de área adecuado, dado como sigue:

Diámetro del Equipo [m] Factor de incremento de Área

D 0.9 1.500.9 D 1.4 1.371.4 D 2.0 1.282.0 D 2.6 1.20D 2.6 1.18Todo tanque esférico 1.10

Nota: La intención del factor de incremento de área es considerar una carga de viento extra en el recipiente debido a tuberías, plataformas, escaleras, etc.

6.8.4 Edificios, tanques y silos cuyo alto sea mayor a 4 veces su ancho mínimo efectivo o más de 120m deben verificarse para vórtices y vibraciones resonantes.

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6.9 Cargas Sísmicas (E)

6.9.1 Como mínimo, todos los edificios y estructuras deben diseñarse para soportar las fuerzas sísmicas, desplazamientos, y requerimientos de ductilidad indicados en el UBC-Structural Engineering Design Provisions, Chapter 16, Division IV.

6.9.2 Para los factores de sismo refiérase a 2745-G-SP-00001-Geographic Conditions TECHINT.

6.10 Carga térmica (T)

6.10.1 Las fuerzas producidas por la expansión o contracción debidas a cambios de temperatura respecto a las condiciones de montaje deben considerarse adecuadamente. Están incluidas las fuerzas debidas al anclaje de las tuberías y equipos, fricción por rozamiento y rodadura de los equipos y expansión y contracción de las estructuras. También deben considerarse los efectos de los fluidos a alta temperatura en la estructura.

6.10.2 Se deben usar los siguientes coeficientes de fricción:

Superficie deslizante Coeficiente de fricción

Acero sobre concreto 0.45Acero sobre acero 0.35Placas lubricadas sobre acero Temperatura 250C 0.20 Temperatura 250C 0.15 Esfuerzo en cojinete 3.5 MPa 0.18Teflón sobre acero 0.10Teflón sobre Teflón 0.10

Nota: Lubricante (o un equivalente aprobado) puede usarse solo si los cojinetes y/o los rangos de temperatura exceden los del teflón.

6.11 Cargas de Vibración

6.11.1 Las cargas de vibración son aquellas fuerzas causadas por la vibración de maquinarias como bombas, ventiladores, sopladores, compresores, etc.

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6.11.2 Todos los soportes para los equipos que producen vibraciones, deben diseñarse para un límite de vibraciones de un nivel aceptable.

6.12 Impacto Vertical, Empuje Lateral y Fuerza de Tracción

6.12.1 El impacto vertical, el empuje lateral y las fuerzas de tracción de grúas, monorrieles, pescantes, y otros equipos móviles deben incluirse en el diseño de miembros portantes y sus conexiones, como un porcentaje adicional de carga, según se muestra en la tabla siguiente:

Tipo de grúa Impacto vertical (1)

Empuje lateral total (2)

Fuerza de tracción (3) (4)

Grúa viajera con cabina 25% 20% 10%Grúa operada por control remoto 10 % 10% 5%Grúa operada a mano, monorriel, pescante o trole

50% — 5%

Notas: (1) de la carga máxima por eje sobre el riel. (2) de la suma de los pesos de: (a) la capacidad de levantamiento de la grúa (b) el peso propio de

la grúa; aplicada ½ al extremo de cada riel, en cualquier dirección perpendicular a los rieles.(3) de la carga máxima al eje, aplicada al extreme del riel.(4) Las rieles guía de la grúa también deben diseñarse para las fuerzas que se generan al detener la grúa. Esas fuerzas son la resultante de detener súbitamente la grúa al 40% de la velocidad máxima de operación, de acuerdo con ANSI B30.20.

6.12.2 El empuje lateral total debe ser el mayor valor entre lo especificado en 6.12.1 o el 10% del peso combinado de la carga máxima a levantarse y el de la grúa.

6.12.3 Las cargas de impacto de los equipos o maquinarias que producen vibración se considerarán iguales al peso del equipo o maquinaria que crea el impacto, incrementado según lo indicado en la siguiente tabla, a menos que se realice un análisis dinámico:

Tipo de equipo Factor de impacto

Maquinaria ligera 1.2Maquinaria pesada y reciprocante 1.5Soportes de elevadores 2.0Soportes de equipos turbomecánicos 3.0Filtros y unidades reciprocantes 4.0

6.13 Cargas Dinámicas

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6.13.1 El diseño para cargas dinámicas debe realizarse de acuerdo con lo indicado en normas, libros de texto y normas industriales.

6.14 Cargas de Montaje

6.14.1 Las cargas de montaje son fuerzas temporales causadas por el montaje de las estructuras o equipos. Deben considerarse en combinaciones de carga como cargas vivas.

6.15 Cargas Varias

6.15.1 En el diseño de la estructura de edificios debe considerarse la contribución de cargas proporcionadas por sistemas de fluidos y/o sistemas eléctricos y/o sistemas mecánicos de distribución.

7. COMBINACION DE CARGAS DE ACUERDO CON ASD

La combinación de cargas usando el diseño de Máximo Esfuerzo Permisible (ASD), debe estar de acuerdo con el UBC-Structural Engineering Design Provisions, sections 1612.3 and 1612.4. Estás combinaciones se listan a continuación:

7.1 Combinaciones Básicas de Carga

F 12-7 DF 12-8 D + L + ( Lr or S )F 12-9 D + ( W or E/1.4 )F 12-10 0.9·D ± E/1.4F 12-11 D + 0.75·[ L + ( Lr or S ) + ( W or E/1.4 ) ]

No debe incrementarse el esfuerzo permisible de diseño cuando se use estas combinaciones de carga, excepto cuando esté específicamente permitido por el UBC-Structural Engineering Design Provisions, Section 1809.2.

7.2 Alternativa de Combinaciones Básicas de Carga

F 12-12 D + L + ( Lr or S )F 12-13 D + L + ( W or E/1.4 )F 12-14 D + L + W + S/2F 12-15 D + L + S + W/2F 12-16 D + L + S + E/1.4

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Se permite un incremento de 1/3 en el esfuerzo permisible para todas las combinaciones de carga, incluidas las cargas W o E.

7.3 Combinaciones Especiales de Carga Sísmica

F 12-17 1.2·D + f1·L + 1·EmF 12-18 0.9·D ± 1·Em

Donde:Em es la máxima fuerza estimada que un terremoto puede causar en la

estructura, conforme al grupo cuarto del UBC-Structural Engineering Design Provisions, Section 1630.1.1.

fl =1.0 para pisos en lugares de reunión de personas, para cargas vivas de garajes, y para cargas vivas superiores a 4.79 kN/m2.=0.5 para otras cargas vivas.

8. DEFLEXIONES

8.1 Para todas las estructuras diseñadas de acuerdo con estas normas, debe documentarse, en el diseño, la deflexión máxima para los elementos que trabajan a la flexión.

8.2 Los criterios de deflexión deben considerar el AISC-Manual of Steel Construction, Commentary to Chapter L, Section L3 y lo listado más adelante en 8.3.1.

8.3 A menos que el criterio de diseño sea una estructura flexible, la deflexión calculada causada por la carga viva, debe estar entre los límites señalados en 8.3.1, 8.3.2, y 8.3.3. La deflexión máxima se puede aumentar un poco para acomodar un equipo o sus accesorios.

8.3.1 La deflexión máxima permisible para estructuras y miembros debe estar de acuerdo con la siguiente tabla:

Caso Máxima Deflexión permisible (dmax)

Vigas Vigas portantes de piso y equipos (para la carga total) L / 240; L = luz Vigas portantes de cielo raso enlucido (para cargas vivas) L / 360; L = luz Vigas de techo y correas L / 180; L = luz Puentes grúa, Monorrieles, y grúas de brazo (1)

Vigas carrileras L / 750; L = luz Monorrieles L / 450; L = luz Brazos de grúa L / 225; L = luz Deflexión horizontal para puentes grúa L / 400; L = luz

Nota: (1) a menos que exista otra especificación del fabricante de la grúa.

8.3.2 Máximo desplazamiento lateral permisible para estructuras de acero:

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Caso Máximo desplazamiento lateral permisible (smax)

Racks de tuberías 0.0075·h; h = altura total del rack Estructuras de proceso 0.0050·h; h = altura total de la estructura

8.3.3 Máximo desplazamiento lateral permisible, para velocidades de viento de diseño:

Caso Máximo desplazamiento lateral permisible (smax)

Edificios con paneles metálicos, paredes falsas y estructuras desnudas

h / 100; h = altura del edificio

Edificios con paredes interiores y/o elementos estructurales sensibles sujetos a, o en contacto con, la estructura del edificio

h / 375; h = altura del edificio

9. ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD

Para procedimientos ingenieriles, refiérase a 2745-G-04-Proceeding Manual de TECHINT.

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