Estudio paramétrico en el análisis dinámico de cimentaciones para equipos vibratorios: aplicación en cimentaciones de máquinas de papel

Abstract

El propósito de la presente investigación es estudiar la influencia de la variación de los parámetros dinámicos del suelo frente a la respuesta de una cimentación que soporta una máquina vibratoria rotatoria, de tal manera que pueda resistir fuerzas dinámicas y las vibraciones resultantes durante su operación, aplicando modelos numéricos de elementos finitos para el análisis de la interacción suelo estructura y usando los ensayos de refracción sísmica, MASW (de sus siglas en inglés Multichannel Analysis of Surface Waves) y MAM (de sus siglas en ingles Microtremor Arrays Measurement), para determinar los parámetros dinámicos del suelo de apoyo de la cimentación que son usados en los modelos numéricos como un caso de estudio real. En esta investigación se desarrolló una serie de análisis de modelos numéricos de elementos finitos para la estimación de los parámetros dinámicos, así como selección de parámetros dinámicos de estudios existentes e información recopilada de la zona de estudio para el ingreso de las constantes de rigidez y amortiguamiento en el modelo de elementos finitos utilizando el programa SAP2000 que determinaron los períodos y amplitudes de vibración de la estructura de soporte y cimentación tipo mesa superior de una máquina para procesamiento de papel. Con estos valores se ha verificado las condiciones de vibración del equipo de acuerdo con el estándar ACl.351.3R-04. Los resultados de la investigación permiten identificar fuentes de información para recopilación de parámetros dinámicos que se usan en el modelo numérico, también se ha podido caracterizar parámetros dinámicos de los estudios geotécnicos y geofísicos. Del análisis realizado se ha verificado que la estructura del caso de estudio con los datos del estudio geotécnico se encuentra fuera del rango de resonancia rx 0.75 a 1.25 para la condición Operación normal que es la condición más crítica; la reacción del suelo resultante es menor a la condición máxima de 7.5 kg/cm2; en el modelamiento numérico con parámetros dinámicos reales se identificó 2 casos cuyos resultados están cercanos al rango de resonancia rx con valores de módulo de corte menor a 14,000 t/m2; el análisis realizado con la variación de la densidad en el rango de 2.00 a 2.42 t/m3 y coeficiente de Poisson 0.33 a 0.38 permite verificar que la estructura se encuentran fuera del rango de resonancia rx; también se verifica que los valores de vibración de los casos analizados para las maquinas están en el rango de falla menor y no existe falla; y para la personas se considera apenas perceptible. El rango de variación del módulo de corte es de 21% para un módulo de Poisson de 0.33 y 0.38. El rango de variación de la reacción del suelo es de 10% y 8% para un módulo de Poisson de 0.33 y 0.38 respectivamente.

The purpose of the present investigation is to study the influence of the variation of the dynamic parameters of the soil against the response of a foundation that supports a rotating vibrating machine, in such a way that it can resist dynamic forces and the resulting vibrations during its operation, applying numericaI modeIs of finite elements for the analysis of soil structure interaction and using seismic refraction tests, MASW (for its acronym in English Multichannel Analysis of Surface Waves) and MAM (for its acronym in English Microtremor Arrays Measurement), to determine the dynamic parameters of the foundation support soil that are used m me numerical models as a real case study. In this research, a series of analyzes of numerical models of finite elements were developed for the estimation of dynamic parameters, as well as selection of dynamic parameters from existing studies and information collected from the study area for the entry of stiffness and damping constants. in the finite element model using the SAP2000 program, with which the vibration periods and amplitudes of the upper table-type support structure and foundation of a paper processing machine were determined. With these values, the vibration conditions of the equipment have been verified in accordance with the ACl.351.3R-04 standard. The results of the investigation allow identifying sources of information for the compilation of dynamic parameters that are used in the numerical model, it has also been possible to characterize dynamic parameters of geotechnical and geophysical studies. From the analysis carried out, it has been verified that the structure of the case study with the data from the geotechnical study is outside the resonance range of 0.75 to 1.25 for the normal operation condition, which is the most critical condition; the resulting soil reaction is less than the maximum condition of 7.5 kg/cm2; In the numerical modeling with real dynamic parameters, 2 cases were identified whose results are close to the resonance range with shear modulus values less than 14,000 t/m2; the analysis carried out with the density variation in the range of 2.00 to 2.42 t/m3 and Poisson's ratio 0.33 to 0.38 allows verifying that the structure is outside the resonance range; it is also verified that the vibration values of the cases analyzed for the machines are in the range of minor failure and there is no failure; and for people it is considered barely perceptible. The shear modulus variation range is 21 % for a Poisson's modulus of 0.33 and 0.38. The range of variation of the soil reaction is 10% and 8% for a Poisson's modulus of 0.33 and 0.38, respectively.