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Fundacion-en-Maquinas-Vibratorias-2017-1

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UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN
FUNDACIÓN
DE MAQUINAS
VIBRATORIAS
INGENIERÍA CIVIL
BERNABE PAUCAR TIAGO
FUNDACIONES
La fundación es la parte más importante de una construcción.
La fundación es aquella parte de la estructura que tiene como
función transmitir en forma adecuada las cargas (estáticas y
dinámicas) de la estructura al suelo y brindar a la misma un
sistema de apoyo estable.
Los inconvenientes de realizar una mala fundación se traducen en síntomas que pueden ser
observados a simple vista por los usuarios de las estructuras. Las patologías son varias y de
distintos tipos, siendo las más comunes fisuras en paredes, pérdidas de verticalidad o
inclinación de muros, etc.
Se recomienda realizar un estudio de suelos por un profesional idóneo, ya que con los
resultados de los mismos pueden realizarse fundaciones óptimas, con sus consecuentes
ahorros económicos y además evitar algunos problemas que solo pueden ser
detectados por estos estudios.
Prohibido fundar estructuras sobre terreno vegetal.
Los rellenos son creados por el hombre, por ende no es recomendable como suelo de
fundación.
CLASIFICACIÓN
De acuerdo a la profundidad de desplante (profundidad de contacto entre la estructura
y suelo) se dividen en superficiales y profundas.
FUNDACIONES SUPERFICIALES
Las cargas son transmitidas al suelo mediante elementos apoyados en zonas cercanas a la
superficie (razón por la que se denominan superficiales).
Generalmente la profundidad de fundación(D) es menor o igual que el ancho(B) de la fundación.
ZAPATAS AISLADAS
Son de carácter puntual, generalmente están constituidas por dados de hormigón de
planta cuadrada. Las fundaciones de zapata en general constituyen los tipos más usados
tanto por su economía como por su sencillez de construcción.
ZAPATAS CORRIDAS
Cuando se trate de pilares alineados muy próximos a muros, o de equilibrar cargas
excéntricas sobre las zapatas contiguas, se considera directamente el empleo de una
zapata continua o zapata corrida.
ZAPATAS COMBINADAS
Son aquellas fundaciones que soportan más de una columna. Se opta por esta solución
cuando se tienen dos columnas muy juntas y al calcular el área necesaria de zapata para
suplir los esfuerzos admisibles sobre el suelo nos da que sus áreas se montan.
VIGAS DE FUNDACIÓN
Las vigas de fundación son los elementos
estructurales que se emplean para amarrar estructuras
de cimentación tales como zapatas, dados de pilotes,
pilas o caissons, etc.
Las vigas de fundación tradicionalmente se les han
asignado las funciones:
• La reducción de los asentamientos diferenciales.
• El mejoramiento del comportamiento sísmico de
la estructura.
• La disminución de la esbeltez de columnas.
• El aporte a la estabilización de zapatas medianeras.
LOSAS DE CIMENTACIÓN
Las losas son un tipo de cimentación superficial que tiene muy buen comportamiento en
terrenos poco homogéneos que con otro tipo de cimentación podrían sufrir asentamientos
diferenciales.
También se utiliza en terrenos con muy poca capacidad portante.
FUNDACIONES PROFUNDAS
Cuando los estratos superficiales del suelo de fundación no son lo suficientemente
resistentes para soportar las cargas impuestas por las bases directas de la
superestructura, se pueden producir:
• Asentamientos locales excesivos e inadmisibles.
• Falla del suelo, al superar su capacidad portante.
Para solucionar este problema, se deben buscar estratos profundos más firmes, de modo de
transmitir a ellos las cargas actuantes, mediante fundaciones indirectas o profundas, las cuales
se pueden clasificar en:
• Pilotines
• Pilotes
• Pilas
10 cm ≤ D ≤ 20cm
20 cm < D ≤ 80 cm
80 cm < D ≤ 220 cm
Donde D es el diámetro de la sección transversal.
PILOTINES
Los pilotines son pilotes cortos y de pequeño diámetro que se usan generalmente para
estabilizar taludes, o en recalce y refuerzo de edificios que han comenzado a sufrir
asentamientos, por estar sustentados en suelos blandos y compresibles.
PILOTES
Se denomina pilote a un elemento constructivo utilizado para cimentación de obras, que
permite trasladar las cargas hasta un estrato resistente del suelo, cuando este se encuentra a una
profundidad tal que hace inviable, técnica o económicamente, una cimentación más
convencional mediante zapatas o losas.
PILAS
Las pilas son elementos de cimentación profunda con secciones mayores que los pilotes, las
cuales también transmiten al subsuelo las cargas provenientes de una estructura y de la misma
cimentación con el propósito de lograr la estabilidad del conjunto.
CAISSON
Son elementos estructurales para cimentación de grandes obras, de gran longitud, pues
pueden llegar a profundidades hasta de 25 metros.
Estos elementos se construyen cuando van a soportar mucho peso o cuando el terreno
donde se va a construir tiene poca capacidad portante.
FUNDACIONES MASIVAS
Se utilizan para maquinaria que produce vibraciones. Se busca
que el peso de la fundación sea 1.5 veces el peso de la
maquinaria. También se usan en torres de energía.
SILVA PACORA MARLON
TIPOS
FUNDACIONES
DE MAQUINAS
VIBRATORIAS
Introducción
• Esta es una fundación especial que tiene diversas aplicaciones que se acopla a la
máquina y dependiendo que efecto ejerce sobre el suelo. Existe una fundación de
máquina apropiada para cada tipo de necesidad, todo depende de lo que se vaya a
realizar.
• Diferentes máquinas son montadas normalmente en el suelo pero tiene un sistema
especial que les permite aislar las vibraciones que éstas puedan producir, además de
permitirles el buen manejo que estas deberían tener.
• Gracias a la fundación de máquinas se podría decir que el suelo tiene muchas
ventajas que ya permite una gran área de terreno para que el suelo no sufra múltiples
daños, aparte que, le permite a estas máquinas mantener el equilibrio necesario.
¿Que son las fundaciones de maquinarias?
• Las fundaciones de maquinaria tanto estáticas y dinámicas requieren una atención
especial, ya que la operación del equipo genera fuerzas y momentos dinámicos
desbalanceados. La fundación es una parte de la estructura que tiene como misión
transmitir adecuadamente el peso de la edificación al terreno.
• El comportamiento del suelo de desplante es considerado generalmente elástico, esto
es razonable para el intervalo de niveles de vibración asociados con un buen diseño de
fundación. Los 2 parámetros mas importantes que deben ser determinados, en
cualquier diseño dinámico de una fundación son:
a. La frecuencia natural,
b. La amplitud de vibración del sistema maquinaria-cimiento-suelo, en condiciones
normales de operación.
CONDICIONES DE LAS FUNDACIONES
• Estas cimentaciones están sometidas tanto a los esfuerzos estáticos debidos a la
carga muerta total como a los esfuerzos dinámicos o de impacto producidos por las
fuerzas de inercia segunda la segunda ley de newton, debido a las partes de una
maquina en movimiento que dan lugar a vibraciones.
• En este tipo de cimentaciones donde el concreto reforzado tiene tanta aplicación,
las cargas estáticas tienen relativamente poca importancia comparadas con los
efectos de las masas vibratorias. Aunque los fabricantes de maquinas proporcionan
estas más o menos equilibradas, siempre quedan acciones dinámicas remanentes no
compensadas que tienen que ser tomadas en cuenta
CONDICIONES DE LAS FUNDACIONES
•
•
•
•
Este tipo de cimentaciones deben cumplir y satisfacer las siguientes condiciones:
Capaz de soportar cargas sin falla a corte o aplastamiento.
Los asentamientos deben estar dentro de los límites permisibles.
La combinación del centro de gravedad de la máquina o equipo que genera la
vibración y el centro de gravedad de la cimentación deben estar en la misma línea
vertical.
• No debe presentar resonancia. La frecuencia natural del sistema suelocimentación debe ser muy grande o muy pequeño comparado con la frecuencia
de operación de la máquina o equipo. Para máquinas de baja velocidad, la
frecuencia natural debe ser alta, y viceversa.
• Las amplitudes de las condiciones de servicio, deben estar dentro de los límites
permisibles. Los límites permisibles son generalmente prescritos por los
fabricantes de las máquinas.
CONDICIONES DE LAS FUNDACIONES
• Todas las partes de la máquina que giran y se muevan deben estar bien
balanceadas para minimizar desbalances por fuerzas o momentos, este
requerimiento es responsabilidad del ingeniero mecánico.
• La cimentación debe estar separada de los componentes adyacentes de
edificaciones mediante juntas de expansión.
• Cualquier tubería de vapor o aire caliente empotrado en la cimentación
debe ser apropiadamente aislada.
• La cimentación debe ser protegida de los lubricantes de la máquina o
equipo dinámico por apropiados tratamientos químicos o revestimientos.
• La cimentación para equipo dinámico debe estar a un nivel más bajo que el
nivel de cimentación de edificaciones colindantes.
CONDICIONES DEL SUELO DE FUNDACIÓN
• El índice de humedad debe ser lo más bajo posible, y el nivel freático debe estar al
menos a una cuarta parte del ancho inferior de la cimentación. Este límite de
propagación de vibración, agua-suelo, es un buen conductor de las ondas de
vibración.
• La frecuencia natural del suelo se obtiene mediante ensayos de deformación
forzada impuestas por vibradores de doble masa. El que consiste en dos ejes
acoplados que giran en sentidos contrarios con masas excéntricas. La
interpretación se realiza en base a hipótesis de que el suelo es una masa semiinfinita, elástica e isotrópica.
El estudio de las fundaciones para maquinaria
debe resolver 3 principales problemas:
• Que los movimientos de la maquinaria y la fundación no sean excesivos, ya
que originarían fallas y desperfectos en la operación propia del equipo.,
• Que los asentamientos debidos a los efectos dinámicos estén dentro de los
límites permisibles.
• Que se disminuyan o, en su caso, se eliminen las vibraciones transmitidas a
través del suelo, que pudiera afectar a personas, edificios u otra maquinaria.
Diseño y construcción de fundaciones
para maquinaria
• La práctica común fue la de proporcionar grandes masas de concreto para controlar las
amplitudes de vibración. Aunque esto resulto satisfactorio durante algún tiempo, actualmente se
buscan las soluciones más eficientes y económicas.
• actualmente se buscan las soluciones más eficientes y económicas.
• Uno de esos medios puede ser la colocación de aisladores de vibración, teniendo en mente que
si la maquina es atornillada rígidamente a su cimentación, el movimiento vibratorio en el mismo
puede ser reducido, pero la vibración transmitida a la cimentación puede ser mayor.
• De otra manera si se coloca un soporte flexible bajo la maquinaria o en la cimentación la
vibración transmitida será considerablemente reducida, pero esto puede causar un movimiento
significativo en la maquinaria durante su operación normal o durante el encendido y el apagado
del equipo; por lo tanto es necesario lograr un equilibrio entre estos dos requerimientos.
DATOS PARA EL PROYECTO DE
FUNDACIÓN DE MÁQUINAS
• Los datos específicos requeridos para diseño varían dependiendo del tipo de máquina.
• Los requisitos generales de datos para el diseño de cimentaciones de máquinas son, sin
embargo, como sigue:
•
•
•
•
•
Velocidad y potencia de cada máquina.
Magnitud y posición de las cargas dinámicas.
Situación y detalles de los anclajes.
Límites de amplitud requeridos por la maquinaria.
Datos del suelo bajo el cimiento, en particular, rigideces en dirección vertical y horizontal
y nivel freático.
MORALES CHILET KEVIN
CLASIFICACIÓN DE
LOS EQUIPOS DE
VIBRACIÓN
EQUIPOS CENTRÍFUGOS
La filtración y la sedimentación centrifuga constituyen los principios básicos de los
principales quipos de centrifugación que se emplean para separar líquidos o líquidos
sólidos.
La principal clasificación de los equipos de centrifugación se basa en el diseño de su
tazón o tina, y en la forma como se descargan de los sólidos sedimentos, entonces lo
clasificaremos en 2 grupos:
1. Equipos de Centrifugación - Filtración
2. Equipos de Sedimentación Centrifuga: Centrifugas tubulares, de cámara múltiple,
de tazón sólido, decantadores y discos
Equipos de Centrifugación - Filtración
• Los equipos de filtración centrifuga constan de una tina o
canasta perforada la cual está recubierta con un medio filtrante
(una tela o membrana). La suspensión de solidos es
alimentada a la tina que al girar a altas velocidades provoca el
depósito de solidos sobre el medio filtrante, solo que la fuerza
impulsadora del filtrado es la centrifuga y no una diferencia de
presión.
Equipos de Sedimentación - Centrifuga
En los equipos de sedimentación centrifuga también llamados de tazón solidos o
canasta no perforada (para distinguirlos de los de canasta perforada), la suspensión
se alimenta de un tazón que se hace girar provocando que los sólidos se colecten
sobre una pared y el sobrante se recupere por rebosamiento o por acción de un
colector líquido.
En relación a la forma de descargar los sólidos las centrifugas sedimentadores
pueden operar en forma interminente, semintermitente o continua.
Centrifuga Tubular
• Las Centrífugas Tubulares (CT) consisten básicamente de un tubo
vertical esbelto que giras a altas velocidades por la acción de un
motor eléctrico, o una turbina de aire o vapor.
• Este tipo de centrifuga es uno de los más eficientes y sencillos,
capaz de separar partículas hasta de 0.1 rpm. Las CT pueden
contar con un sistema de enfriamiento por lo que son empleados
en el manejo de caldos con enzimas o proteínas.
Centrífugas Decantadores o de Tornillo
• Las centrifugas decantadoras se caracterizan por un tazón
horizontal con una sección cilíndrica y una sección cónica, con una
relación de longitud a diámetro entre 1.5 y 3.5. El tazón contiene
un tornillo transportador que gira en la misma dirección, pero a una
velocidad ligeramente superior o inferior que el tazón (entre 5 –
100 rpm de diferencia). Las velocidades de rotación son de 1600 a
6000 rpm por los que los campos centrífugos son menores que los
de los otros equipos.
Centrifuga de Discos
• La centrifuga de discos consta de un eje vertical sobre el cual se montan
un conjunto de discos en forma de conos truncados, uno sobre otro. El
motor de la centrifuga provoca el giro tanto de los discos como del tazón
de la centrifuga.
• Las centrifugas de discos son las más utilizadas en BSL. Los discos
constan de bordes internos que permiten mantener pequeñas
separaciones entre ellos, del orden de 0.5 a 2.0 mm. El ángulo que
forman los conos con la vertical varía entre 35 y 50° dependiendo de la
aplicación particular. Entre la pila de discos y el tazón existe un espacio
que permite la acumulación de los sólidos.
EQUIPOS RECIPROCANTES
• El movimiento reciprocante es aquel que se usa donde una parte
mecánica va y viene, sube o baja de tal forma que este movimiento
se usa para desempeñar algún trabajo útil.
• Nosotros le llamamos máquina reciprocante a una máquina que
hace un movimiento hacia la izquierda y hacia la derecha de
manera continua.
Motor de combustión interna
Compresor de aire de pistones.
MÁQUINAS DE IMPACTO
Dentro de esta categoría se
encuentan las máquinas que
generan cargas de impactos, como
los martillos de forja. Su velocidad
de operación está entre 60 a 150
golpes por minuto. Estas cargas
dinámicas alcanzan su “peak” en
intervalos pequeños de tiempo
RODRIGUEZ GARCIA MARTIN
ANÁLISIS DINÁMICO Y
ESTÁTICO
Análisis dinámico
Se presentan los fundamentos de dinámica estructural aplicables
posteriormente al cálculo de los parámetros de análisis de las fundaciones.
Se subdivide así:
•
•
•
•
•
•
•
•
Dinámica.
Grados de libertad.
Vibración mecánica.
Rigidez.
Amortiguamiento.
Momentos de inercia de formas comunes.
Sistemas de un grado de libertad.
Sistemas de varios grados de libertad.
Parámetros De Diseño
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Requisitos generales.
Cargas actuantes.
Condiciones y combinaciones de carga.
Materiales y características de los elementos de la fundación.
Parámetros dinámicos del suelo.
Excentricidad de la fundación.
Sintonización de la fundación.
Separación a estructuras adyacentes.
Efectos adicionales a considerar.
Consideraciones De Análisis y Diseño
• Este capítulo muestra los requerimientos generales de diseño de las cimentaciones, y la
formulación principal a usar:
•
•
•
•
•
Métodos de análisis.
Impedancia del medio de soporte.
Análisis dinámico de fundaciones.
Límites de vibración en el análisis de fundaciones de equipos vibratorios.
Diseño estructural de fundaciones.
Principios básicos del diseño de cimentaciones.
• Las cimentaciones o bases de máquinas proporcionan la rigidez y la
inercia para que el equipo permanezca en funcionamiento controlado. La
energía generada por una máquina en forma de vibraciones es
transmitida, reflejada o retenida por la cimentación
Determinación de los parámetros dinámicos de una cimentación.
• En el caso de una cimentación, las propiedades de rigidez y amortiguamiento son
controladas por la base del sistema (suelo), donde éste se apoya. Si la cimentación es
directa, la rigidez y el amortiguamiento del sistema la forman la rigidez y el
amortiguamiento de base, que se ven afectados por la presencia del cuerpo vibrante
cimentado sobre ella.
• En lo que respecta a los parámetros básicos de los estratos del suelo, éstos se refieren
a los parámetros geotécnicos que poseen los suelos y a sus propiedades físicas y
mecánicas
Parámetros Dinámicos
• Para el análisis dinámicos de las cimentaciones vibratorias es necesario conocer los
parámetros dinámicos del suelo donde se va a cimentar totales como la densidad de
masa (DM), el módulo de corte (G) el coeficiente de Poisson(𝜇𝜇) y el
amortiguamiento, cuyos valores se determinan a continuación con el inicio del cálculo
del coeficiente de esfuerzo lateral geostático.
Densidad de Masa
• La densidad de masa es la relación del peso total del suelo en su estado natural
entre la aceleración de la gravedad, es importante considerar el peso de la fase
líquida y sólida del suelo.
Módulo de Corte
• El mecanismo que gobierna el comportamiento esfuerzo de formación de los
suelos para niveles de deformación bajos, está relacionada con las características de
esfuerzo desplazamiento entre los contactos de las partículas constituyentes del
suelo
•
•
•
•
- La amplitud de la deformación dinámica
- La presión de confinamiento efectivo y tiempo de aplicación
- La relación de vacíos
- Características de las partículas y de la estructura del suelo
Coeficiente de Poisson
• Todo material incluyendo al suelo, cuando es sometido a esfuerzos sufren
deformaciones. Si se sigue aumentando los esfuerzos se llegará a alcanzar un punto
en el cual el material falla al no poder resistir un nuevo incremento de esfuerzos.
Amortiguamiento
• En un sistema conformado por el suelo y la cimentación ante cargas dinámicas que
inducen movimientos vibratorios, a dicho sistema, el efecto principal del
amortiguamiento es ocasionar que las vibraciones se atenúen.
• La energía concentrada es disipada en los suelos y las estructuras por varios
mecanismos, que incluyan fricción, generación de calor y fluencia plástica
Efectos de la Superficie de Contacto
• La presión de contacto es aquella que actúa entre la superficie inferior de la cimentación
y el área de contacto del suelo que la soporta Los análisis planteados por Terzaghi y
Meyerhof respecto a la ecuación general para el cálculo de la capacidad de carga de un
suelo, fue considerado a la cimentación de un largo infinito, en donde los factores de
carga son funciones del ángulo de fricción interna φ , pero cuando la cimentación tiene
una longitud limitada, es cuadrada, circular o rectangular, el comportamiento de la
presión de contacto es diferente, se producen esfuerzos cortantes en superficies que
forman ángulo recto con las previamente descritas y los factores de capacidad de carga
Nc y Nγ cambian en la ecuación que nos proporciona los factores de corrección por los
que deben multiplicarse los factores de capacidad de carga; siendo L el largo y B el
ancho de la cimentación.
GALLEGOS DIAZ PAOLO
CÁLCULO PARA EL
DISEÑO DE
FUNDACIONES EN
MÁQUINAS
Estáticas
Debe ser seguro contra falla de corte
Cargas
No debe instalarse en exceso
Dinámicas
No debería haber ninguna resonancia
Las amplitudes de movimiento en las frecuencias de
operación no deben exceder la limitación
Modelo Matemático
Tipo de fundación
Tipo de Equipo Vibratorio
Sistema Real
Sistema Físico Idealizado
Resonancia
MEDICIONES DE LAS PROPIEDADES
DINÁMICAS DEL SUELO
ENSAYOS DE CAMPO
ENSAYOS DE CAMPO
Refracción sísmica
Generan bajas deformaciones.
Ensayo de Cross-Hole
Ensayo de penetración estándar (SPT)
Generan altas deformaciones.
Ensayo de penetración del cono (CPT)
CHECYA ARIZA DENNIS
MODELO
SEMIESPACIO
ELÁSTICO
MODELO SEMIESPACIO ELÁSTICO
El diseño de una cimentación superficial conlleva que ésta transmita una presión igual o inferior a la
admisible del terreno y que bajo esa presión, se produzcan asientos tolerables para la estructura.
Para la evaluación de estos asientos existen métodos muy sofisticados que permiten simular el
comportamiento del suelo de una forma mucho más precisa que los métodos basados en la teoría de
la elasticidad. No obstante, la totalidad de la normativa geotécnica en vigor actualmente recomienda
el empleo de los métodos basados en la teoría de la elasticidad para la determinación del asiento de
una cimentación. Probablemente, esto se deba a que llevan más de un siglo utilizándose de forma
satisfactoria, ofreciendo las comparaciones existentes entre asientos medidos y calculados según
esta teoría, un grado de acuerdo aceptable. Su fácil aplicación y la claridad y sencillez en la
determinación de los parámetros intervinientes, son otras características que hacen que, en la
actualidad, estas fórmulas se sigan utilizando profusamente en la mayor parte de los problemas
geotécnicos, por lo que su mejora sigue siendo necesaria.
El modelo se ha utilizado para estudiar el comportamiento de puentes bajo la acción de terremotos,
analizándose primero la vibración solo del terreno y después la del suelo-pilote con los movimientos
obtenidos en la primera fase del análisis
SEMIESPACIO ELÁSTICO HETEROGÉNEO
El modelo de suelo heterogéneo más simple que se puede proponer es el de un semiespacio
elástico infinito, en que el módulo de Young
E varíe linealmente con la
profundidad z según la expresión:
Carga circular.
Carga rectangular.
•
La ley de variación del módulo de rigidez
transversal se expresa como en el caso
anterior por:
La ley de variación de la deformabilidad, referida al módulo de Young es:
•
El asiento en el centro del círculo puede
expresarse por:
Ejemplo
β = 10 m
•
Siendo p la carga a que está sometida el área
circular, a el radio del círculo e I el coeficiente
de influencia definido en la gráfica 3.100.
υ = 1/3
E0 = 104 kPa
•
El asiento en superficie para distintos
coeficientes de Poisson viene recogido en la
El asiento bajo la esquina del rectángulo viene recogido en la gráfica 3.103, en función del
coeficiente de influencia:
q = 100 kPa
S0 = 4 · Sc
S0 = 0.0263 m
En el caso de una carga rectangular sobre una capa elástica con heterogeneidad lineal
apoyada en una base rígida se puede extrapolar el método de Steinbrenner, considerando un
sistema multicapa en que los módulos de elasticidad de las distintas capas varían linealmente
con la profundidad.
Con ello, el asiento en la esquina del rectángulo, para diversas formas del rectángulo y
coeficientes de Poisson, se recoge en la gráfica 3.105.
Ejemplo
q = 100 kPa
E0 = 104 kPa
S0 = 0.008 m
v = 0.5
S0 = 4 · Sc
υ = 1/2
CARGAS RÍGIDAS SOBRE EL SEMIESPACIO ELÁSTICO HOMOGÉNEO
• En los casos en que las fuerzas se aplican a Carga en faja.
través de cimentaciones de mayor o menor
rigidez, las acciones recíprocas del terreno y de la • El giro producido por un momento M vale:
cimentación conducen a una distribución de las • Este modelo sólo es válido para cargas con una
presiones en la cara de contacto, que debe
cumplir la condición de compatibilidad de
deformaciones entre uno y otro elemento, y que, a
su vez, depende de sus características de
deformabilidad. Es por ello, que de forma general,
no puede determinarse de un modo inmediato,
sino a través del cálculo de las deformaciones de
uno y otro.
excentricidad menor a la mitad del lado de la zapata: e < a/2.
•
Placa circular.
• El asiento del círculo es:
• P=p·π·a
• Si sobre el semiespacio de Boussinesq se coloca • Siendo a el radio del círculo.
un bloque absolutamente rígido de planta circular
y se aplica una fuerza, todos los puntos situados • El giro es en este caso de excentricidad pequeña:
bajo el bloque sufrirán
• e ≤ a/3
• el mismo asiento, obligados por la rigidez del Placa rectangular.
bloque, de modo que la presión en la cara de
contacto no puede ser uniforme, sino que ha de •
ser mayor en los bordes. Esta solución teórica no
puede ser real, puesto que no existe un terreno
capaz de resistir una presión infinita en ninguno •
de sus puntos.
El asiento se obtiene a partir del gráfico 3.122, tomando
como a el lado mayor del rectángulo.
El giro se obtiene a partir del gráfico 3.123, tomando
como b el lado perpendicular al eje del momento.
Método de Boussinesq (Cálculo de incremento de esfuerzos)
•
La solución de Boussinesq determina el incremento de esfuerzos como resultado
de la aplicación de una carga puntual sobre la superficie de un semi-espacio
infinitamente grande; considerando que el punto en el que se desea hallar los
esfuerzos se encuentra en un medio homogéneo, elástico e isotrópico. A
continuación se detalla el significado de las hipótesis realizadas por Boussinesq.
Estas definiciones son realizadas para el contexto específico de incremento de
esfuerzos.
•
· · Material homogéneo. Un material se considera homogéneo cuando presenta
las mismas propiedades a lo largo de todos sus ejes o direcciones. Cuando se
trabaja con suelos, esta hipótesis se refiere solamente a que el módulo de
elasticidad, módulo cortante y el coeficiente de Poisson deben ser constantes; lo
que implica la no existencia de lugares duros y lugares blandos que afecten
considerablemente la distribución de esfuerzos. Sin embargo, es posible admitir la
variación
del
peso
unitario
de
un
lugar
a
otro.
Debido a que el suelo no es un material completamente homogéneo, el tomar en
cuenta esta hipótesis introduce siempre algún porcentaje de error.
· Material isotrópico. Significa que tanto el módulo de elasticidad, módulo
cortante y el coeficiente de Poisson son los mismos en todas las direcciones. La
mayoría de los suelos cumplen con este criterio, pero existen materiales, tales
como
los
lechos
rocosos
sedimentarios
que
no
lo
cumplen.
· Material con
Significa que a
correspondiente
deformación es
propiedades lineales elásticas de esfuerzo-deformación.
cada incremento de esfuerzos está asociado un incremento
de deformación. Esta hipótesis implica que la curva esfuerzouna línea recta que no ha alcanzado el punto de fluencia.
La solución original de Boussinesq (1885) para la determinación del incremento
de esfuerzos en el punto A de la Figura, debido a una carga puntual Paplicada en
la superficie; fue realizada Inicialmente para el sistema de coordenadas polares
Teorías derivadas del semiespacio elástico
Un modelo similar a los anteriores, pero en que los efectos de interacción
suelo-pilote se tiene en cuenta suponiendo que el suelo es un semiespacio
elástico, es el desarrollado por Parmelee y Penzien (1964).
El método supone también masas concentradas, las cuales están
conectadas a amortiguadores y muelles en serie y paralelo.
Para calcular la constante de muelle es cuando se supone la consideración
de semiespacio elástico, utilizándose las soluciones de Mindlin. Sin
embargo, es prácticamente un sistema de determinar un coeficiente de
balasto, pues solo se considera el movimiento original por cada reacción en
sus inmediaciones y no en otros puntos del terreno.
El modelo se ha utilizado para estudiar el comportamiento de puentes bajo
la acción de terremotos, analizándose primero la vibración solo del terreno
y después la del suelo-pilote con los movimientos obtenidos en la primera
fase del análisis.
Sin embargo, más recientemente se ha analizado el problema
considerando realmente el comportamiento del suelo como el de un
semiespacio elástico, homogéneo e isótropo(zaballo, 1974).
El pilote se considera discretizado en una serie de anillos, sobre los que
actúan las reacciones del medio, las fuerzas de inercia y las de
amortiguamiento.
DISEÑO DE MODELO SEMIESPACIO ELÁSTICO
•
•
El diseño de una cimentación superficial conlleva que ésta
transmita una presión igual o inferior a la admisible del terreno y
que bajo esa presión, se produzcan asientos tolerables para la
estructura. Para la evaluación de estos asientos existen métodos
muy sofisticados que permiten simular el comportamiento del
suelo de una forma mucho más precisa que los métodos
basados en la teoría de la elasticidad. No obstante, la totalidad
de la normativa geotécnica en vigor actualmente recomienda el
empleo de los métodos basados en la teoría de la elasticidad
para la determinación del asiento de una cimentación.
Probablemente, esto se deba a que llevan más de un siglo
utilizándose de forma satisfactoria, ofreciendo las comparaciones
existentes entre asientos medidos y calculados según esta
teoría, un grado de acuerdo aceptable. Su fácil aplicación y la
claridad y sencillez en la determinación de los parámetros
intervinientes, son otras características que hacen que, en la
actualidad, estas fórmulas se sigan utilizando profusamente en la
mayor parte de los problemas geotécnicos, por lo que su mejora
sigue siendo necesaria.
Todas las fórmulas basadas en la teoría de la elasticidad poseen
un esquema común, siendo la expresión general para el cálculo
de asientos elásticos de una cimentación superficial sometida
una presión uniforme neta de contacto (qnet) sobre un
semiespacio elástico homogéneo e isótropo (9):
𝑆 = 𝑞𝑛𝑒𝑡 𝐵𝑒
(1 − 𝑉 2 )
𝐼
𝐸
• Para simular el rozamiento en el contacto entre la
cimentación y el suelo se han empleado elementos de
interfaz o de contacto. Concretamente, se han empleado
los elementos TARGE170 y CONTA174 para simular un
contacto superficiesuperficie. La rugosidad de la
cimentación es simulada usando la ley de Mohr-Coulomb
en el contacto entre la cimentación y el suelo, de modo
que se considera una interfaz rugosa, como en la mayor
parte de las cimentaciones que se construyen en la
actualidad. En este caso, se ha adoptado un ángulo de
rozamiento interno para dicho contacto igual a dos tercios
del ángulo de rozamiento del suelo, como suele ser
comúnmente aceptado para el contacto suelo-hormigón
(18) y considerado en numerosas normativas técnicas.
Para la resolución del problema no lineal planteado, se ha
utilizado el método de Newton-Raphson que ANSYS tiene
implementado. A la cimentación se le carga con una
fuerza axil centrada. Los parámetros bases utilizadas en
el modelo se muestran en la Tabla 1.
CHAVEZ ALEJOS RUDY
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
•
Es importante de estudiar el efecto del agua, en los problemas de fundaciones de bloque
con solicitación de una máquina vibratoria, y como afecta la carga dinámica a una arena
saturada. Por lo tanto, se recomienda en futuras investigaciones revisar el efecto del
agua, con el fin de representar el efecto de la licuación de arenas.
•
En el sistema suelo-fundación-máquina vibratoria, el comportamiento respecto al
desplazamiento no siempre mejora al poner un suelo con una mayor densidad, sino que
depende de una condición puntual en donde también es importante la frecuencia de
excitación de la máquina vibratoria. Con el manejo de estas dos variables, es decir, la
frecuencia de la carga y el nivel de compactación del suelo, es posible estimar el nivel de
desplazamiento generado en el sistema por medio de la solicitación dinámica.
CONCLUSIONES
•
Cabe señalar que el diseño de maquinarias siguiendo las recomendaciones
habituales permite obtener diseños conservadores en general. En general el diseño
no considera la respuesta transciente del sistema.
•
EL uso de modelos de elementos finitos, permite obtener resultados más precisos de
la respuesta no obstante, la gran limitante es conocer los parámetros del suelo. Si
bien se puede estimar las rigideces de los resortes equivalentes la distribución de
estos no es un problema de trivial solución pues deben ser capaces de reproducir la
rigidez de otros modos. Así, se usa la constante de los resortes verticales y se los
distribuye de manera tal que reproduzcan la rigidez asocida al cabeceo.
CONCLUSIONES
•
Dependiendo de la configuración del sistema se puede considerar modelos más o
menos simplificados.
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Si bien la teoría permite obtener buenos resultados en muchas ocasiones un análisis
muy acabado no se justifica, pues por lo general se tiene grandes incertezas
respecto de la excitación (información que debería ser entregada por el proveedor).
•
Si bien existen teorías para predecir y/o estimar el comportamiento del suelo sujeto
a excitaciones dinámicas, estas son muy limitadas, lo que también no justifica
análisis muy sofisticados.
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