1. UNIVERSIDAD AUTONOMA DE SAN LUIS POTOSI FACULTAD DEL HABITAT CIMENTACIONES._ UNIDAD 2 EXPOSICION: TEMA: CIMENTACIONES DE MAQUINAS VIBRANTES ALUMNOS: JUAN SANCHEZ ALVARADO ALEJANDRO CHAVEZ MATA IVN MARTNEZ ARIAS VICTOR RIVERA GONGORA JACOB ISAAC ROCHA MENDOZA CARRERA: EDIFICACION Y ADMINISTRACION DE OBRAS. HORARIO: 10:00 11:00 2.4. FECHA: 20 MARZO DE 2014.

2. Introduccin La diferencia principal que nos encontramos a la hora de cimentar mquinas vibrantes respecto a una cimentacin esttica est en que es necesario que hagamos una serie de comprobaciones adicionales que tienen en cuenta el carcter dinmico de la carga. Para hacer el estudio dinmico necesitamos tener una serie de valores referentes al suelo. Con estos valores y las cargas, la aplicacin de las ecuaciones que nos dan los esfuerzos y desplazamientos mximos es sencilla. 3. La mayor dificultad est en obtener las caractersticas del terreno que necesitamos para el anlisis dinmico. En este tipo de anlisis ser necesario solicitar expresamente al estudio geotcnico las caractersticas del suelo que necesitamos (y que se vern ms adelante). Pero adems, dada la poca exactitud de estos parmetros del suelo, habr que realizar diferentes comprobaciones con diferentes rangos de valores. 4. Pre-diseo Dimensiones de la cimentacin El eje de la mquina debe de coincidir con el de la cimentacin lo mximo posible para que el asiento sea uniforme. La masa debe de estar: Entre dos y tres veces la masa de la mquina si es centrfuga. Entre tres y cinco veces la masa de la mquina si es oscilante (con bielas como los motores de combustin interna o las bombas de pistn). 5. El espesor debe de ser mayor que: 1/5 de la dimensin menor de la planta de la cimentacin. 1/10 de la dimensin mayor de la planta de la cimentacin. Es conveniente que el 80% del espesor est empotrado en el terreno. El ancho de la cimentacin para aumentar el amortiguamiento en modo rocking debe de estar comprendido entre: H < ancho de la cimentacin < 1.5 H Siendo H la distancia desde la base de la cimentacin hasta el cdg de la mquina. 6. Recomendaciones para compresores alternativos A continuacin, dos recomendaciones de la empresa Alphatec aplicadas a un caso concreto: Segn un criterio de potencia: la masa mnima requerida de cimentacin para un compresor alternativo debe cumplir el criterio 100 Kg./Kw. La potencia de la unidad es de 4 MW lo que supondran: 4000 KW x 100 Kg 400 Tm de cimentacin. Segn un criterio de masas: la masa mnima requerida de cimentacin para un compresor alternativo debe cumplir el criterio 6 Kg (de cimentacin)/Kg(mquina). 7. TIPOS DE ANALISIS Anlisis esttico Se realiza como una estructura esttica normal. Es recomendable que la tensin mxima sobre el terreno en el anlisis esttico sea la mitad de la admisible. Anlisis dinmico Hay tres tipos principales de excitacin dinmica que se deben de estudiar: Excitacin vertical Excitacin horizontal: sobre todo si la cimentacin no est muy enterrada y por tanto no hay mucha posibilidad de reaccin horizontal por parte del terreno. Excitacin Rocking: de giro respecto al eje de la mquina. Anlisis de Frecuencias e reprendan los desplazamientos en el tiempo debido a una oscilacin forzada. 8. ANLISIS ESTTICO Este tipo de anlisis consiste en aplicar cargas estticas horizontales, es decir cargas sin movimiento en el eje X e Y que simulan las fuerzas ssmicas por nivel (fuerzas ssmicas en altura). Las fuerzas ssmicas en altura se determinan aplicando las frmulas dadas en la NTE E-030 (DISEO SISMO RESISTENTE), y en el caso de una edificacin con losa rgida, se puede ubicar en el centro de masas de cada nivel. Generalmente este tipo de anlisis es usado para edificaciones de baja altura y de configuracin estructural regular. 9. ANLISIS DINAMICOEl anlisis modal espectral consiste bsicamente en determinar primero el periodo de vibracin de la estructura, luego se determina un espectro de respuesta basados en los parmetros ssmicos que nos da la NTE E- 030 (DISEO SISMO RESISTENTE). Este espectro de respuesta consiste en una grfica de aceleraciones vs. Periodos de vibracin en funcin de la aceleracin de la gravedad considerando un valor de amortiguamiento de 5% del valor crtico. Si se quiere disear una estructura elevada y de configuracin. 10. Factor de amplificacin Para conocer las deformaciones y cargas utilizaremos el factor de amplificacin que relaciona la carga aplicada por la maquinaria con la deformacin mxima. Este factor es el coeficiente de la solucin particular que se obtiene al resolver la ecuacin diferencial y tiene esta forma: Este factor debe ser menor que 1.5. De esta manera, para obtener el mximo desplazamiento multiplicaremos este factor por la carga ejercida por la mquina (no se incluye el peso, solo la ejercida debida a la rotacin), y lo dividiremos por la k. 11. Cimentacin para maquinas Cimentaciones de maquinas: A diferencia de las cimentaciones de edificacin, que generalmente estn sometidas a cargas estticas o casi estticas, las cimentaciones de maquinaria estn sometidas frecuentemente a cargas cclicas. La existencia de cargas cclicas obligan a considerar el estado lmite de servicio de vibraciones y el estado lmite ltimo de fatiga. 12. Cimentacin tipo bloque 13. Cimentacin tipo celda 14. Cimentacin Tipo Marco o de muro Son soportes elevados, y comnmente se utilizan para equipos con grandes turbinas y que generan electricidad. La elevacin permite acceder a ductos, tuberas y elementos auxiliares que estn localizados bajo el quipo. La losa de la estructura se la disea para ser flexible. Su respuesta a las acciones dinmicas es compleja y depende del movimiento de los elementos (columnas, vigas y cimentacin), y del suelo en el cual se cimenta. Cimentacin Tipo Marco con Aisladores. Los aisladores (resorte y amortiguadores) se localizan en la parte superior de la columna para minimizar el efecto de las acciones dinmicas. La eficiencia de los aisladores depende de la velocidad del equipo y la frecuencia natural de la cimentacin. 15. De muro Las cucharas hidrulicas de muro pantalla son adecuadas para todo tipo de terrenos, tanto blandos como duros. Se caracterizan por el funcionamiento preciso y los movimientos controlados, siendo posible instrumentarlas para monitorizar la verticalidad de la perforacin en 3 ejes (x,y,z), y correccin de la misma en tiempo real. MODEL&CO desarroll en 1992 el sistema de giro 360 en continuo, antes que cualquier otro fabricante del mercado. Y desde entonces una larga experiencia avala el desarrollo de los nuevos diseos. Las cucharas mecnicas de muro pantalla son adecuadas para todo tipo de terrenos, especialmente las ms pesadas, que pueden perforar terrenos incluso rocosos con rendimientos iguales o superiores a las cucharas hidrulicas. El diseo de la las cucharas mecnicas es muy robusto y simple de mantenimiento, por lo que su uso es muy rentable. Todas las cucharas mecnicas MODEL&CO tienen poleas con ejes baados en aceite, y cerrados mediante sellos mecnicos, lo cual garantiza la duracin stas incluso en la condiciones ms difciles de perforaciones con lodos. Los extractores de tubos de junta se usan para extraer las juntas redondas o planas usadas en la ejecucin del muro pantalla. La perforacin de paneles de elevada profundidad conlleva el uso de juntas de gran longitud, y esto supone elevadas fuerzas de extraccin. Los extractores MODEL&CO estn diseados y experimentados para vencer las resistencias de extraccin de las juntas ms profundas. La caracterstica principal de los extractores MODEL&CO es el diseo muy compacto, y la capacidad de poder extraer tubos muy cercanos a muros medianeros. 16. Porticada Lo caracterstico de estas estructuras es que en ellas estn separadas las funciones estructural y de cerramiento. La funcin estructural (soporte de las cargas gravitatorias) la realizan los pilares (elementos verticales), la funcin de cerramiento (aislamiento e impermeabilidad) la realizan los muros de fbrica. Los pilares soportan los forjados y transmiten las cargas a la cimentacin, formando el conjunto la estructura del edificio. Una vez explicado el proceso constructivo, puede verse que los muros de fbrica no tienen ninguna funcin estructural. Por ello no es necesario un clculo mecnico de los mismos. En este tipo de estructuras, los muros construidos con bloque Termoarcilla, tienen la funcin de separar habitaciones, y realizar el cerramiento del edificio. Los muros Termoarcilla se construyen cuando ya existe el forjado. Por tanto, en una estructura porticada, si derrumbamos un muro de la fachada, no se vendra abajo el edificio. Estos muros, soportan como cargas verticales, nicamente su peso propio. Los muros situados en la fachada, denominados de cerramiento, estn sometidos adems de a su propio peso, a las cargas horizontales de viento. Por este motivo, el espesor de los muros de cerramiento puede ser menor que el de los muros de carga, teniendo en cuenta que soportan menos cargas verticales. La limitacin en cuanto a espesor en este tipo de muros, se debe a condicionantes de aislamiento acstico y trmico (en el caso de muros exteriores). 17. MATERIALES DE CONSTRUCCIN PARA LAS CIMENTACIONES DE MQUINAS. Los materiales de construccin para fundaciones de la mquina pueden estar divididos en dos grupos principales: Los materiales estructurales, usados principalmente para llevar y transmitir cargas. Los materiales amortiguadores de vibracin y sonido LOS MATERIALES ESTRUCTURALES, USADOS PRINCIPALMENTE PARA LLEVAR Y TRANSMITIR CARGAS (PIEDRA, CONCRETO SIMPLE, CONCRETO ARMADO, ACERO Y MADERA). 18. LOS MATERIALES AMORTIGUADORES DE VIBRACIN Y SONIDO. Las mquinas producen vibraciones, estas deberan ser aisladas de su subestructura o su cimentacin por un estrato que amortigua la vibracin, lo cual provee al mismo tiempo un soporte elstico para la mquina. Estos recubrimientos de amortiguacin absorben vibraciones en virtud de sus propiedades elsticas. Los rellenos que amortiguan vibracin estn insertados entre la mquina y su cimentacin o estructura de respaldo, pero tambin pueden ser colocados entre la fundacin de la mquina y el suelo. 19. REQUISITOS GENERALES PARA LA CIMENTACIN DE MQUINAS LOS SIGUIENTES REQUISITOS DEBERAN DE SER CUMPLIDOS DESDE EL PUNTO DE VISTA DEL DISEO: a. La cimentacin debe poder satisfacer a los esfuerzos de corte debido a las cargas superpuestas (maquinas), ni causar la falla por aplastamiento. b. Los asentamientos deben estar dentro de los lmites permisibles. c. El centro de gravedad de la mquina y el centro de gravedad de la cimentacin deberan estar en la medida de lo posible en la misma lnea vertical, esto para minimizar la excentricidad. d. Ninguna resonancia debera ocurrir, por lo tanto la frecuencia natural del sistema del suelo de fundacin debera ser ya sea parte demasiado pequea o demasiado grande comparada a la frecuencia de funcionamiento de la mquina. Para mquinas de baja velocidad, la frecuencia natural debera ser alta, y viceversa. e. Las amplitudes en condiciones de cargas de servicio deberan estar dentro de lmites permisibles. Los lmites permisibles son generalmente prescritos por los fabricantes de la mquina. f. Todas las partes rotativas de una mquina deberan estar distribuidas simtricamente para minimizar los momentos o fuerzas desequilibradas. sta es generalmente la responsabilidad de los ingenieros mecnicos. 20. DATOS PARA EL PROYECTO DE CIMENTACIONES DE MQUINAS: Los datos especficos requeridos para diseo varan dependiendo del tipo de mquina. Los requisitos generales de datos para el diseo de cimentaciones de mquinas son, sin embargo, como sigue: Velocidad y potencia de cada mquina. Magnitud y posicin de las cargas dinmicas. Situacin y detalles de los anclajes. Lmites de amplitud requeridos por la maquinaria. Datos del suelo bajo el cimiento, en particular, rigideces en direccin vertical y horizontal y nivel fretico.