Dinámica de cimentaciones para máquinas

Abstract

Debido al avance tecnológico e industrial actualmente se dispone de una cantidad sumamente grande de máquinas industriales de gran potencia. Estas máquinas debido a sus grandes velocidades, intensidad y tonelaje inducen golpes y vibraciones a la cimentación y al suelo. Es así como las modernas construcciones industriales requieren de la solución de muchos problemas concernientes al comportamiento de las cimentaciones sujetas a cargas dinámicas, la propagación de ondas en el suelo y los efectos de ellas sobre las estructuras. La dinámica de los suelos y cimentaciones, que es una rama de la sismología industrial, estudia los problemas de los golpes y vibraciones de las cimentaciones bajo las instalaciones industriales; así como también las leyes que gobiernan la propagación de ondas a través del suelo desde estas cimentaciones. El objetivo básico del diseño de una cimentación de máquina es limitar su movimiento a ciertos valores los cuales sean permisibles para la máquina y para el medio ambiente, incluyendo las estructuras y las personas que trabajan en ella. Los movimientos excesivos de una máquina llegan a causar fatiga de las conexiones, el uso de piezas de repuestos y soportes, y hasta operaciones peligrosas. Cuando son transmitidos al suelo, estos movimientos excesivos causan la incomodidad y fatiga de las personas y perjuicio de las estructuras adyacentes debido a la vibración y asentamiento de ellas. Cuando es necesario parar la máquina a fin de repararla, los costos de pérdida de producción pueden llegar a exceder los costos reales de reparación; y aquellos costos de reparación son generalmente mucho mayores que los costos de una cimentación correctamente diseñada. Así en el diseño de cimentaciones de máquinas, los cautelosos análisis ingenieriles realmente recompensan grandes dividendos. Los problemas en el diseño de las cimentaciones de máquina se dividen en dos categorías: (1) diseño de la reacción de la misma cimentación de máquina; y (2) diseño del aislamiento de otra cimentación la cual está sujeta a movimientos de tierra transmitidos por una cimentación de máquina. Es objetivo de la presente tesis, el resaltar la influencia de las vibraciones mecánicas producidas por máquinas industriales en el comportamiento estructural de su cimentación, contribuyendo así a criterios prácticos o recomendaciones que conducen a una optimización del diseño "CIMENTACION-MAQUINA". Además, se estudia la influencia de las vibraciones transmitidas por las máquinas en el comportamiento estructural de edificaciones adyacentes. Es de destacar la importancia del estudio de la "INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA" en la respuesta dinámica del sistema "CIMENTACION-MAQUINA". La vibración de las cimentaciones de máquinas y la propagación de ondas desde los orígenes industriales dependen de las propiedades elásticas del suelo; por lo tanto, es natural que el segundo capítulo de esta tesis esté dedicada a la descripción de estas propiedades. La teoría de vibración de las cimentaciones de máquinas en esta tesis está basada en la suposición elástica del suelo; por lo tanto, es necesario conocer los llamados coeficientes de elasticidad del suelo. La segunda parte de este capítulo trata los problemas relacionados a la formación de asentamientos irreversibles (residuales) bajo la acción simultánea de la presión estática y las vibraciones sobre el suelo. Este problema es importante: (a) debido a que trata sobre la estimación del valor de la capacidad soportante del suelo bajo la acción combinada de la presión estática y las vibraciones, y de la aclaración de los factores que afectan los asentamientos residuales bajo la influencia de las vibraciones; (b) es importante para la justificación científica de los nuevos métodos utilizados durante la previsión de bases artificiales bajo estructuras por medio de vibraciones. Los resultados experimentales presentados en este capítulo demuestran que todas las propiedades del suelo llegan a variar considerablemente bajo la acción de las vibraciones. Estos resultados experimentales fueron obtenidos de las investigaciones llevadas a cabo por D. D. BARKAN en su laboratorio. En el capítulo III, se analiza la teoría general y el resultado de algunas investigaciones experimentales de vibración de cimentaciones macizas. Además, trata sobre el análisis y diseño de cimentaciones para tipos especiales de máquinas tales como motores reciprocantes, máquinas con cargas de impacto, turbodinamos y equipos de trituración utilizando absorbedores de vibración. En el capítulo IV, se muestra los cálculos dinámicos realizados para diferentes tipos de máquinas considerando la teoría presentada en el capítulo III. El capítulo V y el apéndice están dedicados al problema de la dinámica del suelo; es decir, al efecto de las vibraciones sobre las estructuras adyacentes y a la propagación de ondas a través del suelo. En el capítulo VI se dan las conclusiones y recomendaciones que deben tenerse presente a fin de obtener un diseño óptimo de una cimentación de máquina.