DISEÑO ESTRUCTURAL - INSTALACIONES DE PETROLEO Y GAS


PROLOGO


CAPITULO 1 - CONCEPTUAL

1.1 Introducción
1.2 Consideraciones de diseño
1.3 Materiales de construcción
1.4 Estructura en concreto
1.5 Estructura en acero estructural
1.6 Instalaciones estructurales para gas y petróleo apoyadas en otras estructuras
1.7 Bases de diseño

CAPITULO 2 - EL ACERO ESTRUCTURAL
2.1 Introducción
2.2 El acero como material estructural
2.3 Relación de capacidad resistente esperada
2.4 Sistema de conexión estructura-fundación, planchas de apoyo, pernos de conexión
2.5 ¿Qué dicen las  especificaciones sísmicas ANSI/AISC 341-16 respecto a la ductilidad de los elementos estructurales?
2.6 Capacidad de rotación plástica esperada
2.7 ¿Qué dicen las  especificaciones sísmicas ANSI/AISC 341-16 respecto a los esfuerzos de los materiales?
2.8 ¿Qué se espera de la capacidad resistente nominal, Rn?
2.9 Comportamiento del acero estructural para cargas estáticas
2.10 Comportamiento del acero estructural para cargas cíclica o bajo eventos sísmicos
2.11 Utilización de perfiles pesados
2.12 Soldaduras del sistema
2.13 Uso del concreto y acero de refuerzo en estructuras metálicas

CAPITULO 3 - FILOSOFÍA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE
3.1 Introducción
3.2 Filosofía del diseño sismorresistente
3.3 ¿Porqué de esa filosofía de diseño sismorresistente?
3.4 ¿Qué sucede durante una acción sísmica?
3.5 ¿Cuál es la duración en tiempo de los movimientos del suelo?
3.6 ¿Cuál es la amplitud máxima de las ondas sísmicas?
3.7 ¿Qué sucede a la estructura cuando el suelo esta sufriendo movimientos sísmicos?
3.8 Factores sísmicos que afectan el comportamiento estructural
3.9 ¿Globalmente el riesgo sísmico sigue aumentando?
3.10 ¿Cómo podemos yudar los Ingenieros Estructurales?
3.11 ¿Cuál es el mito que debe romperse?
3.12 ¿Cuáles son los principios básicos del diseño sismorresistente?
3.13 ¿Diseño serial o diseño paralelo?
3.14 Colaboración desde la fase conceptual
3.15 ¿Cuáles son las ventajas de los métodos modernos?
3.16 Características del diseño sismorresistente
3.17 ¿Cómo se desarrolla esta acción sísmica?
3.18 ¿Cómo se disipa la energía aportada por el sismo?
3.19 ¿Qué es un sistema sismorresistente o SLRS?
3.20 ¿Quién y cómo se regulan los requisitos que aplican a los sistemas sismorresistentes?
3.21 ¿Por qué la calidad de la construcción es particularmente importante para los sistemas sismorresistente?
3.22 ¿Cuál es el significado de respuesta inelástica?
3.23 ¿Qué es la ductilidad?
3.24 ¿Cómo afecta la respuesta inelástica a una estructura?
3.25 ¿Qué sucede cuando la estructura responde inelásticamente?
3.26 ¿Cómo se relaciona el período fundamental de vibración de una estructura y sus desplazamientos?
3.27 Factor de modificación de respuesta R
     3.27.1 Factor de modificación de respuesta R para períodos de vibración largos
     3.27.2 Factor de modificación de respuesta R para períodos de vibración bajos
     3.27.3 Factor de modificación de respuesta R para períodos de vibración intermedio

3.28 Comportamiento histerético
3.29 Factor de amplificación de desplazamientos Cd
3.30 Tabla de factores R, Ωo y Cd
3.31 ¿Cómo afectan las propiedades estructurales a la respuesta inelástica?
3.32 Rotaciones y desplazamiento de piso
3.33 ¿Cómo el sismo produce el colapso?
3.34 ¿Cuáles son los aspectos más importantes del diseño sísmico?
     3.34.1 Continuidad
     3.34.2 Sistema flexible de envigado
     3.34.3 Regularidad
     3.34.4 Irregularidades horizontales
     3.34.5 Irregularidades verticales
     3.34.6 Irregularidades en masas
     3.34.7 Irregularidades en la geometría estructural
     3.34.8 Número de soportes laterales
     3.34.9 Pesos muertos
     3.34.10  Irregularidades torsionales
     3.34.11 Irregularidades de rigideces y resistencia
     3.34.12 Redundancia
     3.34.13 Mecanismos de cedencia definidos
     3.34.14 Sistemas acoplados
3.35 Requerimientos sísmorresistentes para estructuras de acero
3.36 Aplicabilidad del código ASCE/SEI 7-10
3.37 Sistema de cargas para el diseño por LRFD
3.38  Métodos analíticos para el diseño sismorresistentes de estructuras
3.39 Método de la fuerza equivalente lateral
3.40 Método de análisis de espectro de respuesta modal
3.41 Método de análisis del historial de respuestas sísmicas
3.42 Capacidad resistente y ​límites de deriva
3.43 Consideración del corte basal mínimo en el diseño para deriva
3.44 Determinación de la deriva de piso
     3.44.1 Derivas de piso para estructuras con Categoría Sísmica D, E o F
     3.44.2 Corte basal mínimo para la determinación de la deriva de piso
     3.44.1 Derivas de piso para estructuras con Categoría Sísmica D, E o F
     3.44.4 Efectos P-∆ sobre las derivas de piso
     3.44.5 ¿Cómo se utiliza efecto P-∆ en un análisis automatizado por softwares especializados?

CAPITULO 4 - REGULACION DEL SISTEMA SISMORRESISTENTE
4.1 Introducción
4.2 ¿Con cuáles criterios se diseñaba?
4.3 ¿Qué códigos y normas regulan el diseño sismorresistente?
     4.3.1 ASCE 7-16 - Cargas mínimas de diseño para edificios y otras estructuras
     4.3.2 AISC 360-16, Especificación para Edificios de Acero Estructural
     4.3.3 AISC 341-16 - Disposiciones Sísmicas para Acero Estructural Edificios
     4.3.4 AWS D1.1 - Código de Soldadura Estructural, Acero
     4.3.5 AWS D1.8 -  Suplemento sísmico a la soldadura estructural
     4.3.6 AISC 358-16 Conexiones Precalificadas para Pórticos de Momentos Especiales e Intermedios de Acero para Aplicaciones Sísmica
4.4 ¿Hasta dónde llega el diseño sismorresistente?
4.5 Sistemas sismorresistentes estructurales disponibles
4.6 ¿Hay algún beneficio con la aplicación simultánea de tantos códigos de diseño?
4.7 ¿Diseño con código AISC 360-16 o código ASCE 7-16?
4.8 Conclusión
4.9 ¿Qué tipos de estructuras de acero se clasifican para proporcionar sismorrresistencia?
4.10 ¿Diseño ordinario o especial?

CAPITULO 5 - EL DISEÑO ESTRUCTURAL

5.1 Introducción
5.2 El diseño estructural
5.2.1 Información requerida para el diseño de un edificio industrial
5.3 Intervención del Ingeniero Estructural
5.3.1 Responsabilidad del diseño
5.4 Incertidumbres relacionadas con el diseño final
5.5 Objetivos del diseño estructural
5.6 La estabilidad e  integridad estructural
5.7 Deformaciones
5.8 Vibraciones
5.9 Resistencia al fuego
5.10 Fatiga de los materiales
5.11 Necesidad de conocer con exactitud las rutas de las cargas
5.12 Métodos de análisis estructural

     5.12.1 Análisis de primer orden, P-δ
     5.12.2 Análisis de segundo orden, P-Δ
     5.12.3 Consecuencias del efecto P-Δ
5.13 Clasificación estructural de instalación para petróleo y gas
5.14 Requisitos del diseño estructural de una nave industrial
5.15 Parámetros para el diseño sísmico de una nave industrial
5.16 Corte basal
5.17 Determinación de coeficiente de respuesta sísmica
5.18 Corte basal para estructuras no rígidas
5.19 Factor de importancia sísmica Ie y categoría de riesgo
5.20 Carga sísmica
5.21 Período fundamental
5.22 Período fundamental aproximado
5.23 Distribución vertical de las fuerzas sísmicas
5.24 Distribución horizontal de las fuerzas sísmicas
5.25 Deriva
5.26 Limitaciones de la deriva
5.27 Deflexiones límites y separación entre estructuras
5.28 Anclajes en el concreto
5.29 Espectros de respuesta del sitio
5.30 Interacción sísmica entre componentes no estructurales
5.31 Ejercicio 5

CAPITULO 6 - SISTEMAS DE CARGAS
6.1 Introducción
6.2 Sistemas de Cargas
6.3 Tipificación de las cargas aplicadas
6.4 Las cargas permanentes
6.5 Cargas por las instalaciones de servicios de electricidad, tuberías, etc
6.6 Cargas por cerramiento de paredes fijas
6.7 Tabiquería
6.8 Elementos movibles pero de permanencia indefinida
6.9 Las cargas variables
6.10 Cargas de techo y elementos de apoyo
6.11 Las cargas de viento
6.12 Carga por efectos térmicos
6.13 Hipótesis sobre la acci´n del viento en instalaciones de petróleo y gas.htm
     6.13.1 Clasificación de las estructuras según su uso
     6.13.2 Clasificación de las estructuras según su respuesta ante la acción del viento
     6.13.3 Categorías de exposición al viento
     6.13.4 Categorías según su riesgo
     6.13.5 Tipos de rugosidad de la superficie de los suelos
     6.13.6 Presión neta de diseño por cargas de viento
6.14 Acciones que intervienen en la estabilidad por cargas de viento
6.15 Combinaciones de cargas que se que utilizan el de diseño estructural por LRFD
6.16 La presión del viento en las paredes
6.17 Acción de carga del viento
6.18 Factores que influyen en la velocidad del viento
6.19 Evaluación de las presiones del viento
6.20 Expresión general de la acción del viento
6.21 Acciones sísmicas
6.22 Cargas mayoradas de diseño
6.23 Cargas por puente grúa
6.24 Tipos de puente grúas
6.25 Cargas actuantes sobre la viga carrilera
6.26 Combinaciones de cargas para el diseño de vigas carrileras
6.27 Dimensiones óptimas de la viga carrilera
6.28 Rigidizadores del alma de vigas carrileras
6.29 Algunas consideraciones a tener presente en el diseño de vigas carrileras
6.30 Factores para la determinación de las cargas por puente grúas
6.31 Tipos de cargas que producen las grúas puentes
6.32 Cargas verticles máxias y mínimas por la producidas por las grúas puente sobre la viga carrileral
6.33 Cargas horizontales máximas y mínimas producidas por los puente grúas  sobre la viga carrilera
6.34 Ejercicio 6 Estudio de cargas por viento para un galón industrial

CAPITULO 7 - SISTEMAS ESTRUCTURALES PARA INSTALACIONES DE PETRÓLEO Y GAS
7.1 Introducción
7.2 Estructuras convencionales de edificios
7.3 Estructuras industriales
7.4 Estructuras industriales similares a estructuras convencionales de edificios
     7.4.1 Generales de estructuras industriales similares a estructuras convencionales de edificios
     7.4.2 Puentes de tuberías o pipe racks
     7.4.2.1 Bases de diseño para puentes de tuberías o pipe racks
     7.4.3 Instalaciones de generación de energía eléctrica
          7.4.3.1 Bases de diseño para instalaciones de generación de energía eléctrica
     7.4.4 Estructuras elevados o torres estructurales para recipientes y tanques
          7.4.4.1 Bases de diseño para estructuras elevados o torres estructurales para recipientes y tanques
7.5 Estructuras industriales  no similares a estructuras convencionales de edificios
     7.5.1 Instalaciones estructurales para petróleo y gas apoyadas en otras estructuras
     7.5.2 Estructuras hidráulicas especiales
      7.5.3 Chimeneas y mechurrios o quemadores
           7.5.3.1 Chimeneas y mechurrios de concreto
           7.5.3.2 Chimeneas y mechurrios de acero
      7.5.4 Estructuras de retención de tierra
      7.5.5 Estructuras para parques de diversión
      7.5.6 Estructuras para torres de telecomunicaciones.
      7.5.7 Recipíentes y tanques
           7.5.7.1 Recipientes y tanques de almacenamiento para líquidos fundados en el suelo
           7.5.7.2 Recipientes y tanques para almacenamiento y tratamiento de agua
           7.5.7.3 Recipientes y tanques petroquímicos e industriales que almacenan líquidos
           7.5.7.4 Recipientes y tanques petroquímicos e industriales soldados
           7.5.7.5 Recipientes y tanques petroquímicos e industriales apernados
           7.5.7.6 Recipientes y tanques petroquímicos e industriales de concreto armado y concreto pretensado
7.6 Selección del sistema sismorresistente para instalaciones de petróleo y gas
7.7 Clasificación estructural de las estructuras de instalaciones de petróleo y gas
7.8 Evaluación sísmica de la estructura industrial para instalaciones de petróleo y gas
7.9 Categoria de ocupación y factor de importancia
7.10 Categorización de riesgo
7.11 Factor de importancia sísmica, Ie
7.12 Factor de redundancia, ρ
7.13 Criterios de dirección de la carga sísmica
7.14 Aplicación de cargas sísmicas en direcciones ortogonales
7.15 Determinación de la deriva de piso
7.16 Efecto P-∆
7.17 Consecuencia de la fuerza sísmica E y su efecto en las combinaciones de cargas
7.18 Anclaje de componentes no estructurales, equipos, etc.
7.19 Demandas sísmicas sobre componentes no estructurales
7.20 Fuerza de diseño sísmico para estructuras industriales
7.21 Efectos o consecuencias de la carga sísmica en estructuras industriales
7.22 Efecto o consecuencia de la fuerza sísmica horizontal, Eh en estructuras industriales
7.23 Efecto o consecuencia de la fuerza sísmica horizontal incluyendo la sobrerresistencia, Emh
7.24 Fuerza de diseño sísmico horizontal, Fp para componentes no estructurales
7.25 Fuerza de diseño sísmico vertical para componentes no estructurale

CAPITULO 8 - EJERCICIOS
8.1 Ejercicio No. 1  Estructura industrial que se apoyan sobre otra estructural industrial
8.1.1 Evaluación sísmica de la estructura industrial
8.1.2 Corte basal
8.1.3 Determinación del período natural, T
8.1.4 Categoría de ocupación y factor de importancia
8.1.5 Determinación del coeficiente de respuesta sísmica dirección transversal
8.1.6 Carga gravitacional excitada por el sismo en pórtico transversal
8.1.7 Deriva dirección transversal
8.1.8 Fuerza sísmica horizontal, incluida la sobre resistencia
8.1.9 Fuerza sísmica horizontal incluida el movimiento vertical del suelo
8.2 Ejercicio No. 2  Diseño sismorresistente de estructura industrial con un recipiente elevado
     8.2.1 Organización del análisis estructural a desarrollar
     8.2.2 Sistema estructural industrial del recipiente vertical y el sub-sistema estructural que lo soporta
     8.2.3 Sistema estructural industrial que soporta al recipiente vertical y el sub-sistema que lo soporta
     8.2.4 Parámetros sísmicos del diseño sismorresistente
     8.2.5 Combinaciones de cargas para las acciones sísmicas
     8.2.6 Configuración del sistema sismorresistente del recipiente vertical y la sub-estructura que lo soporta
     8.2.7 Determinación de masas
     8.2.8 Las fuerzas sísmicas de diseño Fs,h y Fs,v en la sub-estructura
     8.2.9 Determinación de masas
     8.2.10 Determinación de las fuerzas sísmicas horizontales y verticales en recipiente, Fp,h y Fp,v y de la sub-estructura, Fs,h y Fs,v
8.3 Ejercicio No. 3 Estudio de reacciones del recipiente en la conexión estructural soldada del recipiente a los soportes o patas
     8.3.1 Análisis de reacciones  para la dirección X-X en las conexiones estructurales soldadas del recipiente a los soportes o patas
     8.3.2 Análisis de reacciones para la dirección X´-X´ en las conexiones estructurales soldadas del recipiente a los soportes o patas
     8.3.3 Análisis de la dirección gobernante para el diseño de la conexión
     8.3.4 Combinaciones de cargas verticales para la determinación de la carga mayorada U que producirán las solicitaciones de diseño en la conexión
     8.3.5 Combinaciones de cargas horizontales para la determinación de la carga mayorada U que producirán las solicitaciones de diseño en la conexión
8.4 Ejercicio No. 4 Estudio de reacciones del recipiente en la conexión estructural recipiente/sub-estructrura
     8.4.1 Análisis de reacciones  para la dirección X-X  en la conexión estructural recipiente/sub-estructrura
     8.4.2 Análisis de reacciones para la dirección X´-X´  en la conexión estructural recipiente/sub-estructrura
     8.4.3 Análisis de la dirección gobernante para el diseño de la conexión
     8.4.4 Combinaciones de cargas verticales para la determinación de la carga mayorada U que producirán las solicitaciones de diseño en la conexión
8.5 Ejercicio No. 5 Diseño estructural de los soportes o patas del recipiente/sub-estructrura
8.6 Ejercicio No. 6 Estudio de reacciones del recipiente en la conexión estructural de la estructura industrial con la losa de concreto armado
      8.6.1 Análisis de reacciones  para la dirección X-X en la conexión estructural de la estructura industrial con la losa de concreto armado
      8.6.2 Análisis de reacciones para la dirección X´-X´ en la conexión estructural de la estructura industrial con la losa de concreto armadol con la losa de concreto armado
      8.6.3 Análisis de la dirección gobernante para el diseño de la conexión
      8.6.4 Combinaciones de cargas verticales para la determinación de la carga mayorada U que producirán las solicitaciones de diseño en la conexión
      8.6.5 Combinaciones de cargas horizontales para la determinación de la carga mayorada U que producirán las solicitaciones de diseño en la conexión
8.7 Ejercicio No. 7   Diseño estructural de las columnas de la sub-estructura
8.8 Ejercicio No. 8   Desarrollar el diseño estructural sismorresistente de la sub-estructura que soporta el recipiente vertical
8-9 Ejercicio No. 9   Conceptualización y análisis de los elementos estructurales que componen el sistema sismorresistente
8.10 Ejercicio No. 10  Análisis y selección de la dirección de carga sísmica predominante que gobierna al diseño
8.11 Ejercicio No. 11  Selección del sistema de carga sísmica de diseño en la sub-estructa
8.12 Ejercicio No. 11  Diseñar el elemento sismorresistente viga de la sub-estructura
8.13 Ejercicio No. 13  Diseñar el elementos sismorresistente de arriostramiento utilizado para el sistema de carga sísmica de diseño en la sub-estructura
8.14 Ejercicio No. 14  Diseñar el elementos sismorresistente vertical o columna utilizado para el sistema de carga sísmica de diseño en la sub-estructura
8.15 Ejercicio No. 15  Diseñar la plancha base y el sistema de pernos de anclaje de la conexión en la base de las columnas con la losa de concreto
8.16 Ejercicio No. 16  Diseñar la conexión del soporte del recipiente con la viga de la sub-estructura
8.17 Ejercicio No. 17  Diseñar la conexión a corte de la viga W6x20 con la columna tubular HSS 6x4x3/16 de la sub-estructura
8.18 Ejercicio No. 18  Desarrollar el procedimiento para el diseño estructural de un puente de tuberías o pipe racks
     8.18.a Descripción del puente de tuberías a pipe racks
     8.18.b Definición del sistema de cargas para un puente de tuberías o pipe racks
     8.18.c Apoyos o soportse de tuberías
     8.18.d Criterios de diseño estructural para determinar cargas sísmicas en puentes de tuberías o pipe racks
     8.18.e Bases de diseño para puentes de tuberías o pipe racks
     8.18.f Movimientos sísmico del suelo
     8.18.g Categoría de riesgo
     8.18.h Factor de importancia, Ie
     8.18.i Selección del sistema sismorresistente
     8.18.j ¿Qué valor de coeficiente de modificación de respuesta  R utilizar?
     8.18.k Comentarios significativos a considerar de la Tabla 15.4-1
     8.18.l Período fundamental de la estructura, T
     8.18.m Coeficiente de respuesta sísmica, Cs
     8.18.n  Corte basal
     8.18.o Distribución vertical de las fuerzas sísmicas
     8.18.p Deriva de piso
     8.18.q  Factor de redundancia, ρ
     8.18.r Determinación de la carga sísmica horizontal de diseño, E
     8.18.s  Combinaciones de carga
8.19 Ejercicio No. 19  Diseño estructural de un puente de tuberías o pipe racks
     8.19.1 Movimientos sísmicos del suelo
          8.19.2 Categoría de riesgo sísmico
          8.19.3 Factor de importancia, Ie
          8.19.4 Selección del sistema sismorresistente en la dirección transversal
          8.19.5 Período fundamental de la estructura para el puente de tuberías o pipe racks, T
          8.19.6 Coeficiente de respuesta sísmica para la dirección transversal, Cs
          8.19.7  Masas
          8.19.8  Corte basal en dirección transversal
          8.19.9 Distribución vertical de las fuerzas sísmicas en dirección transversal
          8.19.10 Deriva
          8.19.11  Factor de redundancia, ρ
          8.19.12 Determinación de la carga sísmica de diseño para la dirección transversal, E
          8.19.13 Selección del sistema sismorresistente en la dirección longitudinal
          8.19.14 Período fundamental de la estructura para el puente de tuberías o pipe racks, T
          8.19.15 Coeficiente de respuesta sísmica para la dirección longitudinal, Cs
          8.19.16  Masas
          8.19.17  Corte basal en dirección longitudinal
          8.19.18 Distribución vertical de las fuerzas sísmicas en dirección longitudinal
          8.19.19 Deriva
          8.19.20  Factor de redundancia, ρ
          8.19.21 Determinación de la carga sísmica de diseño para la dirección longitudinal, E

8.20 Ejercicio No. 20  Selección del sistema de fuerza de diseño para un puente de tuberías o piperacks

8.21 Ejercicio No. 21  Diseño del sistema de arriostramiento horizontal

8.22 Ejercicio No. 22  Diseño del sistema de arriostramiento vertical