Evaluación teórica y experimental sobre el efecto de infiltraciones de agua en el suelo en el comportamiento dinámico de máquinas.

Abstract

Se desarrolla un trabajo de investigación sobre fundaciones para máquinas sometidas a vibraciones cuya principal motivación es un caso real de un compresor montado en una fundación tipo bloque en que las vibraciones del sistema son excesivas, siendo que de acuerdo con la memoria de cálculo realizada por la empresa la fundación debiera ser la adecuada para tal caso. Para el desarrollo de este trabajo se diseña y construye un banco de ensayos de un sistema máquina/fundación/suelo que cumple con las recomendaciones necesarias para que los resultados obtenidos de él sean representativos del caso de estudio. El objetivo general del estudio es establecer la influencia del suelo en la respuesta dinámica del sistema máquina/fundación. Mediante cálculos teóricos y mediciones experimentales obtenidas del mencionado banco, se verifica la validez de la teoría utilizada en el diseño de fundaciones. Finalmente, se estudia la influencia del suelo a través de infiltraciones de agua en el banco de ensayos para simular las napas de agua presentes en el caso que motivó este estudio. Para poder llevar a cabo este trabajo de investigación se construye un modelo a escala de un sistema máquina/fundación/suelo que entregue resultados representativos del caso de estudio. Para lo anterior se escogió un motor eléctrico trifásico con un disco desbalanceado encargado de generar las fuerzas dinámicas, además de un variador de frecuencias para controlar la velocidad de rotación. Como relleno de suelo se escogió arena debido a que posee buenas propiedades para el caso y se diseñó un cajón de acero capaz de soportar el sistema. La segunda parte corresponde a la realización de mediciones para un suelo seco y para un suelo con infiltraciones de agua. Se utilizaron geófonos triaxiales para determinar el módulo de corte del suelo, mientras que para la respuesta dinámica se utilizaron acelerómetros. El procesamiento de las mediciones se realiza mediante los softwares LabView y Matlab. Finalmente se analizan los resultados obtenidos para establecer la influencia del suelo en el sistema y cumplir con el objetivo general. De las mediciones realizadas se obtiene que, a pesar de las idealizaciones utilizadas para considerar el suelo, los resultados teóricos son cercanos a los experimentales principalmente para un suelo seco, lo cual valida la teoría utilizada para el diseño de fundaciones. Por otro lado, se comprueba una influencia significativa de las infiltraciones de agua en el comportamiento dinámico del sistema (hasta 10 veces entre un suelo seco y uno completamente saturado), para el caso del banco dicha influencia es debido a la variación en las frecuencias naturales del suelo a medida que ingresa agua al sistema, las cuales coinciden con la frecuencia de operación.