ESTRUCTURAS SOMETIDAS A VIBRACIONES IMPORTANTES.pptx

elementos que son sometidos a vibraciones junto con normativa aplicable para su diseño y revisión

1. ESTRUCTURAS SOMETIDAS A VIBRACIONES IMPORTANTES ING. EMMANUEL SAN JUAN CRUZ

2. Qué son las Vibraciones mecánicas? Son movimiento oscilatorio de un cuerpo o estructura alrededor de una referencia o punto de equilibrio. En el contexto industrial, la vibración mecánica es la que se produce cuando una máquina se ve afectada por factores como el desequilibrio de piezas móviles, la falta de alineación, el desgaste en rodamientos, entre otros.

3. Normativa aplicable En este apartado veremos el uso de algunas Normas aplicable para el diseño de elementos sometidos a vibraciones importantes. NOM-024-STPS-2001VIBRACIONES-CONDICIONES DE SEGURIDAD E HIGIENE EN LOS CENTROS DE TRABAJO. NORMA AMBIENTAL PARA EL DISTRITO FEDERAL NADF-004-AMBT-2004 DIN 4150: Structural Vibration – Part 3: Effects on Structures .

4. NOM-024-STPS-2001 La anterior norma establece los límites máximos permisibles de exposición y las condiciones mínimas de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se generen vibraciones que, por sus características y tiempo de exposición, sean capaces de alterar la salud de los trabajadores.

5. Cuando se conoce la frecuencia de un mecanismo que genera vibración y se relaciona con la aceleración en m/s2 ya sea en el eje de aceleración longitudinal az, o en los ejes de aceleración transversal ax y ay, se obtiene el tiempo de exposición que puede variar de un minuto a veinticuatro horas. Los límites de exposición a vibraciones en el eje longitudinal az y en los ejes transversales ax y ay, se establecen en las Tablas 1 y 2, respectivamente.

6. Tabla 2

7. En la Gráfica 1 se muestran las curvas del tiempo de exposición a vibraciones por día en un intervalo de 1a 80 Hz de frecuencia en el eje longitudinal az; en la Gráfica 2 se muestra el tiempo de exposición por día para los ejes de aceleración transversal ax y ay, en un intervalo de frecuencia de 1 a 80 Hz. El tiempo de exposición se obtiene relacionando la frecuencia con la aceleración.

8. NADF-004-AMBT-2004 Establecer los límites máximos permisibles que deben cumplir los responsables de las fuentes emisoras de vibraciones mecánicas y su método de medición.

9. EQUIPO DE MEDICIÓN Y ACCESORIOS Los equipos y accesorios mínimos para la medición de vibraciones mecánicas serán: a) Analizador de señal; b) Acelerómetro o transductor de vibración; c) Cables y accesorios de montaje y acoplamiento en diversas superficies; d) Cronómetro integrado al instrumento o bien un reloj; e) Medidor de longitud; f) Calibrador de aceleración.

10. DIN 4150-3 La norma DIN 4150-3 es un estándar alemán que se traduce como "Vibraciones en edificios, Parte 3: Efectos en las estructuras". Esta norma permite medir las vibraciones en estructuras que no tienen requisitos específicos de diseño en cuanto a carga dinámica. 

11. Características de la norma DIN 4150-3  Utiliza el método de velocidad máxima de partículas (PPV) y FFT para definir la frecuencia dominante. Se puede aplicar para estructuras que no necesitan requisitos de diseño específicos con referencia a carga dinámica. Define los valores que deben cumplirse para evitar daños e impactos en las estructuras.

12. Ejemplo

13. Solución

14. Revisión para una losa de cimentación que soportara un equipo de 35 ton.

15. Planteamiento de la problemática. La empresa Rigid Packaging de Mexico , nos ha solicitado revisar la viabilidad del piso industrial existente que se encuentra dentro del Edificio Utilities en el Parque Industrial Nave 10 AXIS, Tonalá, Jalisco, para soportar la maquinaria de equipamiento de compresores los cuales tienen cargas gravitacionales del orden de 10, 15 y 35 toneladas, según se muestra en la siguiente imagen

16. Mecánica de suelos. Se nos presenta la Mecánica de Suelos original al momento del proyecto y una actual posterior a la construcción de la nave. En la primera se indica una capacidad de carga con losa de cimentación de 3.69 ton/m2, mientras que en la segunda no se indican capacidades solamente la compactación de las capas de mejoramiento. En los estudios compartidos no se indican las propiedades dinámicas de los suelos, por lo que valores tales como la rigidez y amortiguamiento del suelo las estableceremos de forma estimada tomando en consideración el tipo de terreno, el cual se indica es clasificación SM y CS (arenas mal graduadas y arcillas de baja plasticidad) al nivel de desplante de las capas de mejoramiento.

17. Características del piso de cimentación sobre terreno De acuerdo con la inspección del piso y ensayos de laboratorio, la estructura de cimentación se encuentra sobre unas capas de mejoramiento del terreno (2 capas de tepetate de 0.20 y 0.30 m y 1 capa de grava controlada 0.10m) con estratos del terreno natural a una profundidad mayor a 60 cm de MS, CS y SM (limo-arenoso, arcilla-arenosa y arena-limosa) con una capacidad de carga de 2.5 ton/m2 (0.25 kg/cm2). Sobre este terreno se encuentra un piso de 0.25 m de espesor de concreto con resistencia de 400 kg/cm2 reforzado por temperatura con una cama de parrilla de varillas de acero de diámetro ½” (1.2 cm) espaciadas a cada 44 cm en ambos sentidos.  Las juntas de dilatación fueron ranuradas con dimensiones aproximadas de 3.12 m en sentido longitudinal y 3.16 m en sentido transversal. Las juntas de construcción de acuerdo con la información proporcionada tienen un tramo de al menos 12.50 m, por lo que consideraremos para fines prácticos que la losa se comporta como elemento interconectado al edificio por la acción del emparrillado de acero al menos en el tramo indicado.

18. Figura 6. Imágenes de la exploración del piso industrial en el Edificio Utilities .

19. Análisis estructural de la losa de cimentación de la máquina 35T Para realizar los cálculos estructurales de los esfuerzos sobre la losa de cimentación se emplearon los criterios establecidos en el American Concrete Institute ACI-351 así como el ACI-360 para cimentaciones someras.

20. REVISIÓN PARA EQUIPO H35000ABC Para el caso del equipo H3500ABC, el cual indica una carga de compresor de 35,000 kg, pero se asume que las cargas de la bomba de agua y sistema de enfriamiento de 10,300 kg, se instalaran fuera de la misma área de influencia. La máquina no tiene aisladores.

21. Se observa que la demanda por punzamiento excede la capacidad de carga con 134%, mientras que la falla por tensión es evidente alcanzando el 364% de su capacidad. Por tanto, el piso para esta maquinaria no es adecuado y requiere de un reforzamiento para alcanzar la inercia necesaria. Ahora bien, considerando que existe la posibilidad de instalar aisladores, los cuales bajarían los efectos dinámicos al 50% y que el mejoramiento del suelo aumente al menos a 0.5 kg/cm2, es posible obtener un sobrepiso de al menos 350 mm de peralte.

22. Como se observa, si se aíslan las bases de la cimentación y se incrementa el espesor de la losa, es posible que el piso soporte con su reforzamiento y alcance una demanda con valores dentro de los permisibles del orden de 46% en punzamiento y 96% en tensión.

23. Recomendaciones Para la maquina H3500ABC será necesario obtener la capacidad de carga del suelo bajo la losa de cimentación además de la viabilidad de la colocación de aisladores para en ese sentido poder rediseñar la losa de cimentación, la cual requiere de un tratamiento especial. Para evitar que exista transferencia de efectos dinámicos a la estructura del edificio, es conveniente que la losa completa del edificio de Utilities (cuarto de máquinas), sea aislado estructuralmente mediante una junta de aislamiento de aserrado de profundidad completa. Las juntas que se realicen deberán ser rellenadas con un epóxico semi-rigido o poliuretano que proporcione soporte lateral de las orillas verticales al corte con sierra de la junta, además el rellenador debe tener una resistencia a la tensión de rango bajo y adhesión al concreto de modo que llegue al punto de fluencia antes de que lo haga el concreto si la losa se mueve.