cimentación de máquinas
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-
UNI FICUNI - FICDAMS
CURSO DE DINMICA DE SUELOSEC 514 GEC 514 G
CIMENTACIN DE MAQUINARIAS
Denys Parra MurrugarraDenys Parra MurrugarraMSc, Profesor Asociado
-
OBJETIVOS DEL DISEO DE LA CIMENTACINOBJETIVOS DEL DISEO DE LA CIMENTACIN
1. Ante las solicitaciones estticas:
- Seguridad contra la falla por corte en el suelo
- Seguridad contra asentamientos
2. Ante solicitaciones dinmicas:
- Asegurar vibraciones tolerables para las personas
- Asegurar amplitudes que garantizan la operatividadde la maquinaria
- Evitar daos a las instalaciones adyacentes
-
TIPOS DE CIMENTACINTIPOS DE CIMENTACIN
BLOQUE DE CIMENTACIN CAJN DE CIMENTACINQ
MUROS DE CIMENTACIN PRTICO DE CIMENTACIN
-
Maquinarias Reciprocantes
Compuestas por los elementos que giran S Oelementos que giran alrededor de su eje y partes que tienen un
PISTON
mdB
movimiento traslacional (vertical). BIELA DE CONEXIN
m
LL2
Ejemplos: motores de combustin interna, motores diesel bombas
EJE
m
ma
tAL1
motores diesel, bombas con pistones.
Normalmente presentanCONTRAPESO
Ymb
mc
C
r2r3Normalmente presentan
fuerzas secundarias, al doble de la frecuencia de
iX
r1r3
operacin.Mecanismo de un Cilindro de
Reciprocante
-
Maquinarias Rotatorias
Compuestas por elementos giratorios alrededor de sus Pogiratorios alrededor de sus propios ejes.
Ejemplos: turbinas m cEjemplos: turbinas, ventiladores industriales, motores elctricos.
mc
m
Po Po
2Posent
mc
mc
m
m
cc
Osciladores Rotatorios de Eje Simple y Doble
-
Maquinarias de Impacto
Producen impactos fuertes sobre la cimentacin lasobre la cimentacin, la carga dinmica es intermitente.
Martillo
Marco
Ejemplos: prensas, selladoras martillos de
YunqueJunta
Bloque deselladoras, martillos de forja de metales.
Bloque deCimentacin
Marco montado sobre la cimentacin
-
Maquinarias de Accin Mixta Rotatoria y de Impacto
C Caja de engranajesCompuestas por un conjunto de martillos
Caja de engranajesCasco
de martillos rotatorios.
Ej lEjemplos: molinos mecnicos,
Pin,
molienda de roca, etc.
Motor
Molino de Accin Mixta: Rotatoria y de Impacto
-
LIMITACIONES DE NIVELES VIBRACIONALESLIMITACIONES DE NIVELES VIBRACIONALES
- Efectos sobre las Estructuras
- Efectos sobre las Maquinarias
- Efectos sobre las Personas
-
CIMENTACIN DE MAQUINARIACIMENTACIN DE MAQUINARIA
Fosent
Focost
moro2 = Fo
romo
Focost
Estructurasensible
-
LIMITES DE AMPLITUD DE DESPLAZAMIENTO VIBRACIONAL ENLIMITES DE AMPLITUD DE DESPLAZAMIENTO VIBRACIONAL EN ESTRUCTURAS ANTE EXPLOSIONES (Teichmann y Westwater, 1957)
AMPLITUD PERMISIBLEDESCRIPCIN AMPLITUD PERMISIBLE(mm)
Estructuras ingenieriles comunes 0.76
Propiedades aisladas
Propiedades cercanas entre s
0.40
0.20
Estructuras de gran envergadura 0.10
-
AMPLITUDES DE VELOCIDAD Y ESTADOS DE SERVICIO ENAMPLITUDES DE VELOCIDAD Y ESTADOS DE SERVICIO EN MAQUINARIAS ROTATORIAS (Baxter y Bernhard, 1967)
VELOCIDAD HORIZONTAL OPERATIVIDADMXIMA(mm/s)
OPERATIVIDAD
Menor que 0.12 Extremadamente tranquilae o que 00.12 - 0.250.25 - 0.500 50 1 00
t e ada e te t a qu aMuy tranquilaMuy buena
Buena0.50 - 1.001.00 - 2.002.00 - 4.00
BuenaRegular
Ligeramente irregular8.00 - 16.00
Mayor que 16.00Irregular
Muy irregular
-
AMPLITUDES DE VELOCIDAD Y DESPLAZAMIENTO PARA MQUINA VIBRATORIAS
+ Reither y Meister (1931) (vibraciones peridicas)
MQUINA VIBRATORIAS
y ( ) ( )- Rausch (1943) (vibraciones peridicas) Crandell (1949) (vibraciones por explosiones)
0.1
0.05
500
100
VIBRACIONESDAINAS
,
I
n
/
s
0.02
0 01
100
MOLESTAS
p
l
a
z
a
m
i
e
n
t
o
d
M
x
i
m
a
-
m
m
/ 0.01
0.005
0 002
10
CLARAMENTE PERCEPTIBLES
POCO PERCEPTIBLESm
p
l
i
t
u
d
d
e
d
e
s
p
V
e
l
o
c
i
d
a
d 0.002
0.001
0.0005
1
IMPERCEPTIBLES
A
m
0.0002
0.0001
0.1
0.05
Frecuencia rpmFrecuencia hertz
0.0001100 200 500 2000 5000 100001 10 100
-
COMPONENTES DEL SISTEMA VIBRATORIOCOMPONENTES DEL SISTEMA VIBRATORIO
1. Inercia al Movimiento del Sistema
Inercia traslacional (masa)
Inercias rotacionales (momentos de inercia demasas)
2 Rigidez del Medio2. Rigidez del Medio
Representan la capacidad del suelo para resistir lascargas que trasmite la cimentacin. Se supone quecargas que trasmite la cimentacin. Se supone queun bloque masivo de cimentacin tiene rigidezinfinita.
-
COMPONENTES DEL SISTEMA VIBRATORIOCOMPONENTES DEL SISTEMA VIBRATORIO
3 Capacidad de Amortiguamiento3. Capacidad de Amortiguamiento
Asumido como de tipo viscoso. Se presenta porla resistencia a la friccin en la interfase de lala resistencia a la friccin en la interfase de lasuperficie de contacto y produce la disipacin dela energa de las vibraciones a travs y en eli i d l diinterior del medio
4. Amplitud y Frecuencia de la Fuerza Exitadora
Representadas como fuerzas concentradas en elep ese adas co o ue as co ce adas e ecentroide de los componentes vibratorios. Sedistinguen 6 modos de vibracin: 3 traslacionales
3 rotacionalesy 3 rotacionales.
-
COMPONENTES DEL SISTEMA VIBRATORIO
Z
FFZ MZ
MYMXFX FY
LLZ2
LZ1
LY
LX
XY
-
MODELOS ANALGICOS EQUIVALENTESMODELOS ANALGICOS EQUIVALENTES
CIMENTACIN REAL SISTEMA EQUIVALENTE
ExcitacinVertical
Bloque rgido conmasa equivalenteq
Amortiguador Resorte
-
MODELOS ANALGICOS EQUIVALENTESMODELOS ANALGICOS EQUIVALENTES
CIMENTACIN REAL SISTEMA EQUIVALENTE
ExcitacinHorizontal
Bloque con masa y momentode inercia equivalenteq
AmortiguadorHorizontal
ResorteHorizontal
ResorteRotacional
AmortiguadorRotacinal
-
MODELOS ANALGICOS EQUIVALENTESMODELOS ANALGICOS EQUIVALENTES
CIMENTACIN REAL SISTEMA EQUIVALENTE
Bloque con momento de inerciaTorsional equivalente
ExcitacinTorsional q
VISTA EN PLANTAResorteTorsional Amortiguador
T i lTorsional
-
SISTEMA MQUINA BLOQUE SUELOSISTEMA: MQUINA - BLOQUE - SUELO
Z
MY
CG m1FX
Zm
Xm2Y Z
2
mx + Dx + kx = Po sen t .
-
SISTEMA MQUINA BLOQUE SUELOSISTEMA: MQUINA - BLOQUE - SUELO
m = m1 + m2 (masa del suelo se desprecia)
mx + Dx + kx = Po sen t .
1 2 ( asa de sue o se desp ec a)
D = amortiguamiento del sistema para cada modo devibracinb ac
k = rigidez del sistema para cada modo de vibracin
id = conocido = frecuencia natural del sistema (m-b-s) =
mk
Z = distancia del C.G de la mquina a la base delbloque de cimentacin
m
-
SISTEMA MQUINA BLOQUE SUELOSISTEMA: MQUINA - BLOQUE - SUELO
Resumen de Parmetros
Direccin
Vertical
Xo
zPo
Fz
K
Kz
D
Dz
Horizontal
C b
x
Fx
M F
Kx
K
Dx
DCabeceo
Torsional
RT
My + Fx z
Mz
KR
KT
DR
DTT
-
SISTEMA MQUINA BLOQUE SUELOSISTEMA: MQUINA - BLOQUE - SUELO
FKF= DLF
DLF EspectroDLF Espectro
-
AMPLITUD DIMENSIONAL DEL MOVIMIENTO
-
SISTEMA MQUINA BLOQUE SUELOSISTEMA: MQUINA - BLOQUE - SUELO
Parmetros del sistema
W = peso del bloque + mquinaW peso del bloque mquina
ro = radio de la cimentacin circular
radio equivalente de la cimentacinrectangular
Ix = Momento de inercia de la masa, modo decabeceo
I = Momento de inercia de masa, modo torsional
-
SISTEMA MQUINA BLOQUE SUELOSISTEMA: MQUINA - BLOQUE - SUELO
Parmetros del suelo
G = mdulo de corteG mdulo de corte
= peso especfico = densidad = coef. de Poisson coef. de Poisson
-
SISTEMA MQUINA BLOQUE SUELOSISTEMA: MQUINA - BLOQUE - SUELOCurva Normalizada del Mdulo
1.0
e
,
0 6
0.8
f
.
c
o
r
t
a
n
t
e
x
i
m
o
Rango de valores0.4
0.6
a
n
t
e
a
d
e
f
o
r
t
a
n
t
e
m
0.2
o
d
u
l
o
c
o
r
t
a
M
o
d
u
l
o
c
o
10-4 10-3 10-2 10-1 1
0Mo
Deformacin Cortante, (%)
-
SISTEMA MQUINA BLOQUE SUELOSISTEMA: MQUINA - BLOQUE - SUELO
Profundidad de empotramiento
h = 0h
aislamiento
h = 0
-
CONSTANTES DE RESORTE EQUIVALENTES PARACONSTANTES DE RESORTE EQUIVALENTES PARA CIMENTACIONES RGIDAS (Whitman y Richart, 1967)
Modo deVibracin
CimentacinCircular
CimentacinRectangular
Vertical zoz nGrk = 1
4zzz n.BL
Gk = 1
Horizontal xo
x nGr)(k
=87
132xxx n.BLG)(k += 12
Cabeceo = n)(Grk o138 3 = n.BL
Gk 21
Torsional No existe (use ro)
)(13
316 3oGrk =
-
CONSTANTES DE FORMA PARA CIMENTACIONESCONSTANTES DE FORMA PARA CIMENTACIONESRECTANGULARES (Richart et al, 1970)
3 1.5
2 1.0
z
z
1 0 5
h
o
r r1
0
0.5
0
h00.1 0.5 1 5 10
0
L/B
-
COEFICIENTES DE EMPOTRAMIENTO PARA CONSTANTES DE RESORTES (Whitman 1972)DE RESORTES (Whitman, 1972)
Modo deVib i
ro para CimentacinR t l
CoeficienteVibracin Rectangular
Vertical /BL )r/h)((.n oz += 1601
Horizontal
/BL
/BL
)r/h)((.n oz + 1601
)r/h)((n += 25501
Cabeceo
/BL
4 3 3/BL
)r/h)((.n ox += 25501
1211 )r/h)((.n o ++=Cabeceo
Torsional No existe
3/BL
4 22 6/)LB(BL
3220 )r/h)((. o
4 22 6+ /)LB(BLNota: h = altura o profundidad de empotramiento
L = dimensin horizontal perpendicular al eje de cabeceojB = la otra dimensin horizontalro= radio equivalente
-
RELACIN DE AMORTIGUAMIENTO EQUIVALENTE PARARELACIN DE AMORTIGUAMIENTO EQUIVALENTE PARA CIMENTACIONES RGIDAS (Richart, Hall y Woods, 1970)
Modo deVibracin
Relacin de Masa(o de Inercia)
Relacin deAmortiguamiento (D)
Vertical 31
oz r
W)(B =
4 zzz B
.D = 4250
Horizontal 313287
ox r
W)()(B
=x
xx B
.D = 2880
Cabeceo 5813
orI)(B
=
x
+=
Bn)Bn(.
D1
150
Torsional
or
5or
IB =
)(
+= B
.D21500
-
EFECTO DE LA PROFUNDIDAD DE EMPOTRAMIENTO ENEFECTO DE LA PROFUNDIDAD DE EMPOTRAMIENTO EN LA RELACIN DE AMORTIGUAMIENTO (Whitman, 1972)
Modo deVibracin
Factor de Empotramiento en D
Vertical oz n
rh)(. +
=1911
zz n
rh)(. + 2911
Horizontalx
ox n
r=
( ) ( )/h)(/h)( 3Cabeceo
( ) ( )
++=
nr/h)(.r/h)(. oo
32601701
-
RESUMENRESUMENh = z
CG
FX
Z
v = xX
-
RESUMENRESUMEN
zF DLFk
zFR
x=
x = zz = x
-
RESUMENRESUMEN
Vibracin Vertical
Kz, Bz, Dz, wnz
Primera Frecuencia Segunda Frecuencia
DLF1 DLF2z1 = Fz1.DLF1 z2 = Fz2.DLF2
Kz Kz
Total z = z1 + z2
-
RESUMENRESUMEN
Vibracin Horizontal
Kx, Bx, Dx, wnx
Primera Frecuencia Segunda Frecuencia
DLF1 DLF2x1 = Fx1.DLF1 x2 = Fx2.DLF2
Kx Kx
Total x = x1 + x2
-
RESUMENRESUMEN
Vibracin por Cabeceo
K, B, D, wn, I
Primera Frecuencia Segunda Frecuencia
DLF1 DLF2 = Fx1 z DLF1 z1 = Fx2 z DLF2 z2{ {K x1 K x2{ {Total z = z1 + z2 x = x1 + x2
-
RESUMENRESUMEN
Finalmente
V = z + zVerificar si estn dentro del} Verificar si estn dentro del rango permisible
H = + }
H = x + x
-
+ Reither y Meister (1931) (vibraciones peridicas)- Rausch (1943) (vibraciones peridicas)
0.1
0.05
Rausch (1943) (vibraciones peridicas) Crandell (1949) (vibraciones por explosiones)
0.02
,
I
n
0.01
0.005
n
t
o
0.002
0.001
d
e
d
e
s
p
l
a
z
a
m
i
e
0.0005
A
m
p
l
i
t
u
d
d
0.0002
0.0001100 200 500 2000 5000 10000
F iFrecuencia rpm
-
ANLISIS DE CIMENTACIN DE MAQUINARIASANLISIS DE CIMENTACIN DE MAQUINARIAS
1 Estimar la magnitud y caractersticas de la carga1. Estimar la magnitud y caractersticas de la cargadinmica
- Maquinarias rotativas: turbinas, compresores, q pbombas,etc.
- Maquinarias reciprocantes: compresores i t t di l t dreciprocantes, motores diesel, motores de
combustin interna, etc.
- Maquinarias con fuerzas rotativas e impulsivas:Maquinarias con fuerzas rotativas e impulsivas: chancadores, prensas, etc.
2. Determinar el perfil estratigrfico del terreno ypropiedades de los suelos (G, )
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ANLISIS DE CIMENTACIN DE MAQUINARIASANLISIS DE CIMENTACIN DE MAQUINARIAS
3. Seleccionar el tipo y dimensiones de la cimentacin y el criterio de amplitud permisible
4. Realizar el anlisis de respuesta dinmica de la cimentacin
5. Verificar si los valores calculados de movimiento5. Verificar si los valores calculados de movimientocumplen los criterios adoptados en caso contrariorepetir el proceso hasta que cumplan
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INFORMACIN BSICA PARA EL ANLIS Y DISEOINFORMACIN BSICA PARA EL ANLIS Y DISEO
1. Caractersticas de la Maquinaria
- Elevacin y secciones de la maquinaria y elementosauxiliaresauxiliares
- Funciones
P bi i d l t d d d- Peso y ubicacin del centro de gravedad
- Velocidad de operacin
M it d di i d l f di i- Magnitud y direccin de las fuerzas dinmicas
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INFORMACIN BSICA PARA EL ANLIS Y DISEOINFORMACIN BSICA PARA EL ANLIS Y DISEO
2. Caractersticas del Suelo
- Perfil del suelo
- Profundidad del nivel fretico
- Propiedades dinmicas del suelo y capacidad defi b t icarga, con fines comprobatorios
3 C di i E t3. Condiciones Externas
- Cercana a fuentes exteriores de vibracin intensa,entorno ssmico etcentorno ssmico, etc.
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Produccin de Motores Diesel
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Produccin de Motores Diesel
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Montaje de Motores Diesel
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Extensores de Gas de Proceso
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Extensores de Gas de Proceso
-
Extensores de Gas de Proceso
-
Compresores de Gas de Proceso
-
Compresores de Gas de Proceso
-
Turbinas Industriales de Vapor
-
Turbinas Industriales de Vapor
-
Turbinas Industriales de Vapor
-
Turbinas Industriales de Vapor
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Turbinas Industriales de Gas
-
Turbinas Industriales de Gas
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Compresores Entubados + Turbina de Propulsin a Gas
-
Turbina Industrial de Gas
-
Turbina Industrial de Gas
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ANLISIS DINMICO DE VIBRACIN
DE MAQUINARIAS
CENTRAL TRMICA VENTANILLA
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ANLISIS DINMICO CENTRAL TRMICA VENTANILLAANLISIS DINMICO-CENTRAL TRMICA VENTANILLA
Investigaciones Geotcnicas
- Calicatas
- Ensayos SPT
- Ensayos de Placa Cclicos
- Refraccin Ssmica
-
PERFIL ESTRATIGRFICOPERFIL ESTRATIGRFICO
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RESULTADOS DEL ENSAYO DE CARGARESULTADOS DEL ENSAYO DE CARGA
-
RESULTADOS DEL ENSAYO DE CARGARESULTADOS DEL ENSAYO DE CARGA
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ANLISIS DINMICO CENTRAL TRMICA VENTANILLAANLISIS DINMICO-CENTRAL TRMICA VENTANILLA
Datos del Suelo
- Arena pobremente graduada, arena limosa
- Clasificacin: SP, SM
- Compacidad: Densa
- Peso especfico: 1.6 T/m3 (16 kN/m3)
- Mdulo de corte: 20,000 T/m2 (200 MN/m2)
- Coeficiente de Poisson: 0.35
- Presencia de Sales Solubles en altas proporcionescon efecto cementante en la arena
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ANLISIS DINMICO-CENTRAL TRMICA VENTANILLAANLISIS DINMICO CENTRAL TRMICA VENTANILLA
Datos de la Mquina
- Tipo: Centrfuga
- Peso: 331.37 T
- Altura del CG a base: 4.22 m
- Frecuencia primaria: 3600 rpm
- Fuerza vertical: 86.23 T
- Fuerza horiz. transv.: 86.23 T
- Momento cabeceo: 363.89 T-m
- Frecuencias crticas (encendido)( )
- f1: 1126 rpm
- f2: 1335 rpmf2: 1335 rpm
-
ANLISIS DINMICO-CENTRAL TRMICA VENTANILLA
Propiedades de Energa Mquina-Cimentacin
ANLISIS DINMICO CENTRAL TRMICA VENTANILLA
- Peso total: 1395.29 T
- Inercia rotacional eje longitudinal: 4099,808 T-mj g ,
- Dimensiones base equivalentes: 8.7 x 27 m
- Profundidad de empotramiento: 1.3 mProfundidad de empotramiento: 1.3 m
RESULTADOSRESULTADOS
- Movimiento mximo desacoplado: 0.46 x 10-5 m
- Movimiento mximo acoplado: 0 82 x 10-5 m- Movimiento mximo acoplado: 0.82 x 10 m
- Movimiento permisible: 7.60 x 10-5 m
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