CIMENTACION

Son las bases que sirven de sustentación al edificio; se calculan y proyectan teniendo en consideración varios factores tales como la composición y resistencia del terreno, las cargas propias del edificio y otras cargas que inciden, tales como el efecto del viento o el peso de la nieve sobre las superficies expuestas a los mismos.

A diferencia de las cimentaciones de edificación, que generalmente están sometidas a cargas estáticas o casi estáticas. Las cimentaciones de maquinaria están sometidas frecuentemente a cargas cíclicas. La existencia de cargas cíclicas obliga a considerar el estado límite de servicio de vibraciones y el estado límite último de fatiga.

Algunos tipos de cimentación usados para maquinaria son:

a) Tipo bloque

b) Tipo celdas

c) De muros

d) Porticadas

e) Con pilotes

f) Sobre apoyos elásticos

g) De soporte

Definiciones:

Anclas: Piezas estructurales que constituyen la conexión entre un elemento estructural de acero o concreto (columna) con la cimentación.

Pilotes: Son elementos estructurales de cimentación que se hincan en el terreno cuando no se encuentra superficialmente un manto resistente que soporte las cargas que serán transmitidas al terreno.

Zapatas: Estructuras de concreto armado que constituyen la cimentación de los soportes, cuya función es transmitir las cargas al terreno.

Balasto: Piedras que se colocan debajo de la superficie de cimentación con el objetivo de asentarla y sujetarla al suelo.

Datos necesarios (cimentación de maquinas vibrantes)

La diferencia principal que nos encontramos a la hora de cimentar máquinas vibrantes respecto a una cimentación estática está en que es necesario que hagamos una serie de comprobaciones adicionales que tienen en cuenta el carácter dinámico de la carga.

Para hacer el estudio dinámico necesitamos tener una serie de valores referentes al suelo. Con estos valores y las cargas, la aplicación de las ecuaciones que nos dan los esfuerzos y desplazamientos máximos es sencilla.

La mayor dificultad está en obtener las características del terreno que necesitamos para el análisis dinámico.

En este tipo de análisis será necesario solicitar expresamente al estudio geotécnico las características del suelo que necesitamos (y que se verán más adelante). Pero además, dada la poca exactitud de estos parámetros del suelo, habrá que realizar diferentes comprobaciones con diferentes rangos de valores.

Datos de Cargas de la Máquina

Velocidad de giro: Revoluciones por minuto (rpm) generalmente.

Fz: Fuerza vertical.

Fx: Fuerza horizontal.

Momentos: (no los trataremos de momento).El diseño debe satisfacer los siguientes requisitos:

a. La cimentación debe ser capaz de soportar cargas sin falla a corte o aplastamiento.b. Los asentamientos deben estar dentro de los límites permisibles.c. La combinación del centro de gravedad de la máquina o equipo y el centro de

gravedad de la cimentación deben estar más cerca como sea posible en la misma línea vertical.

d. No debe presentar resonancia. La frecuencia natural del sistema suelo-cimentación 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.

e. 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.

f. 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.

Desde el punto de vista práctico se deben cumplir los siguientes requisitos:

a. 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.

b. La cimentación debe estar separada de los componentes adyacentes de edificaciones mediante juntas de expansión.

c. Cualquier tubería de vapor o aire caliente empotrado en la cimentación debe ser apropiadamente aislada.

d. La cimentación debe ser protegida de los lubricantes de la máquina o equipo dinámico por apropiados tratamientos químicos o revestimientos.

e. La cimentación para equipo dinámico debe estar a un nivel más bajo que el nivel de cimentación de edificaciones colindantes.

La sensibilidad de los equipos, las pruebas de calibración, la precisión deben ser establecidas por los usuarios y diseñadores del equipo dinámico. Para instalaciones en las cuales el equipo por sí mismo no es la fuente de vibración, es necesario evaluar el ambiente de vibración en el sitio y proveer apropiado aislamiento para contener las amplitudes del movimiento dentro de los límites aceptables.

Tipos de equipo:

Equipo Giratorio: Incluye turbinas a gas, turbinas a vapor, bombas, compresores, ventiladores y centrifugadoras. Se caracteriza por el movimiento de rotación de los impulsores o rotores.

Las fuerzas desbalanceadas en este tipo de Equipo son originadas cuando el centro de masas de las partes que giran no coincide con el centro de rotación. La fuerza dinámica está en función del eje de masas, la velocidad de rotación y la magnitud del desplazamiento. El desplazamiento debería ser menor a las condiciones de construcción cuando el Equipo está bien equilibrado o balanceado, y sin desgaste o corrosión. Los cambios en el alineamiento, operación próxima a la resonancia, y otras condiciones indeseables pueden grandemente incrementar la fuerza aplicada al rotor. La operación del Equipo normalmente llega hasta los límites de vibración permitidos, por lo cual la acción dinámica en la cimentación resulta muy importante.

Equipo Recíproco: Son los compresores y motores a diesel. Consiste en un pistón moviéndose en un cilindro que interactúa con un fluido a través de la rotación de un cigüeñal.

El Equipo Recíproco con más de un pistón requiere un alineamiento particular del cigüeñal para minimizar las fuerzas y momentos desbalanceados. Deberá prevalecer un diseño mecánico que satisfaga los requerimientos de operación, cuando no se cumple este objetivo, se producen cargas desbalanceadas, las cuales deben ser resistidas por la cimentación.

La fuerza del fluido de cada cilindro actúa en la cabeza del cilindro y en el interior del cigüeñal. En un cilindro rígido y el armazón, esta fuerza está internamente balanceada, pero en grandes máquinas una parte significante de esta fuerza es transmitida a la cimentación. Particularmente en grandes compresores con cilindros horizontales es inapropiado y poco conservador asumir que la armadura del compresor y cilindro son suficientemente rígidas para internamente balancear todas las fuerzas.

Equipo de Generación: Son martillos forjadores y prensas de forjado de metal, los cuales operan con impactos regulados o golpes en diferentes partes del equipo. La carga del golpe es

frecuentemente transmitida al sistema de cimentación del equipo y este es un factor importante en el diseño de la cimentación.

Los martillos forjadores, típicamente operan al apisonar una carga en el metal caliente, forjándolo a una predeterminada forma. Durante los golpes finales, el material forjado es enfriado y toma forma. De esta manera, la energía cinética de pre-impacto se transforma en energía cinética de post-impacto. Mientras desciende el martillo, este llega a ser una masa dinámica simple oscilando por sí sola. El sistema debería estar bien amortiguado para que las oscilaciones desciendan antes de cada siguiente golpe. El tiempo de golpeteo está en el rango de 40-100 golpes/min. El peso de cada pistón varía desde unas cuantas libras hasta 35000 libras (156kN). La velocidad de impacto está en un rango común de 25 ft/s ó 7,6 m/s. Algunos martillos que a menudo están constituidos por dos piezas consisten en una armadura para el matillo y un yunque.

La presión de forjado es similar a la presión de construcción las cuales son comúnmente manejadas mecánicamente o hidráulicamente. Las presiones actúan sobre la materia a baja velocidad pero con gran fuerza. El sistema de manejo mecánico genera acciones dinámicas horizontales que el ingeniero debería considerar en el diseño del sistema de soporte. La estabilización oscilatoria del soporte es muy importante.

Al elegir el tipo de cimentación, el ingeniero debe dar los siguientes 5 pasos sucesivos:

1. Obtener cuando menos, información aproximada con respecto a la naturaleza de la superestructura y de las cargas que se van a transmitir a las cimentaciones.

2. Determinar las condiciones del subsuelo en forma general.3. Considerar brevemente cada uno de los tipos acostumbrados de cimentación, para juzgar

si pueden construirse en las condiciones prevalecientes; si serían capaces, de soportar las cargas necesarias, y si pudieran experimentar asentamientos perjudiciales. En esa etapa preliminar se eliminan los tipos evidentemente inadecuados.

4. Hacer estudios más detallados y aún anteproyectos de las alternativas más prometedoras. Para hacer estos estudios puede ser necesario tener información adicional con respecto a las cargas y condiciones del subsuelo, y generalmente, deberán extenderse lo suficiente para determinar el tamaño aproximado de las zapatas o pilas, o la longitud aproximada y número de pilotes necesarios. También puede ser necesario hacer estimaciones más refinadas de los asentamientos, para predecir el comportamiento de la estructura.

5. Preparar una estimación del costo de cada alternativa viable de cimentación, y elegir el tipo que represente la transacción más aceptable entre el funcionamiento y el costo.

En los pasos 3 y 4, se requiere el conocimiento del comportamiento probable de cada tipo de cimentación para cada tipo de condiciones del subsuelo.

Cimentaciones Tipo Bloque. Se localizan preferentemente cerca de la rasante para minimizar la diferencia de elevación entre la máquina, las fuerzas dinámicas y el centro de gravedad del sistema de

la máquina-fundación con la finalidad de obtener el centro de masas cercano a la rasante. El uso de este tipo de cimentación depende principalmente de la calidad del suelo. Estas cimentaciones se diseñan casi siempre como estructuras rígidas. La respuesta dinámica de una cimentación tipo bloque depende de la carga dinámica, la cimentación, la masa, las dimensiones, y características del suelo.

Cimentaciones Tipo Bloque Combinado. Son utilizadas para soportar equipo combinado. Los bloques combinados, son difícil de diseñar a causa de la combinación de fuerzas de dos o más equipos y la posible carencia de rigidez de una gran losa de cimentación. Se recomienda obtener el centro de masas cercano a la rasante.

Cimentación Tipo Marco Son soportes elevados, y comúnmente se utilizan para equipos con grandes turbinas y que generan electricidad. La elevación permite acceder a ductos, tuberías y elementos auxiliares que están localizados bajo el quipo. La losa de la estructura se la diseña para ser flexible. Su respuesta a las acciones dinámicas es compleja y depende del movimiento de los elementos (columnas, vigas y cimentación), y del suelo en el cual se cimenta.

Cimentación 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 dinámicas. La eficiencia de los aisladores depende de la velocidad del equipo y la frecuencia natural de la cimentación.

Pilar sobre Pilotes. Algunas de las cimentaciones previamente mencionadas pueden estar asentadas directamente sobre el suelo o en pilotes. Los pilotes son utilizados donde las condiciones del suelo resultan muy bajas

(Figura 2.8.) para soportar presiones y presentan significativos asentamientos. Los pilotes utilizan la presión final, la adhesión friccional o una combinación de ambas para transferir las cargas axiales al suelo soportante. Las cargas transversales son resistidas por la presión del suelo generada en la punta del pilote o por los lados del pilote. Algunos tipos de pilotes utilizados son: pilotes tipo taladro, pilotes barrenados.

Hay que tener la cimentación ideal desde el principio, hay que considerar lo siguiente:

- Costo- Agua cercana- Características del subsuelo- Goteras y juntas - Refuerzos y control de fisuras- Obtención de resistencia- Mantenimiento de piso- Reparación- Selladores y acabados- Capas de resistencia a la corroción.

Hay que utilizar concreto especial porque:

- Es mas durarero que el normal- Tiene menos juntas, resultando en menos mantenimiento y menos fisuras- Mas liso y plano acelerando el proceso de acarreo de material, reduciendo

posibles daños del producto y alargando la vida útil de montecargas.- Mas resistencia al polvo.- Selladores de piso son innecesarios- Es auto-púlido- La durabilidad y la apariencia aumenta el valor del edificio- Es costo-eficiente debido a la reducción del mantenimiento.

Consideraciones antes de realizar un montaje:

- Recabación de información de equipo(s) a montar- Análisis de la información recabada- Definición de requerimiento de cimentación, montaje y alineación- Designación de espacios- Costo- Personal técnico capacitado.

en los edificios con industria moderna el piso es lo que tiene mucho esfuerzo y un uso muy rudo.

El correcto funcionamiento y diseño de éstos puede afectar la completa operación de la planta. Operaciones que nos pueden parecer tan sencillas y banales como manejo de materiales y estándares de limpieza son afectados por la calidad y el desempeño del piso.

RESUMEN CIMENTACION

CIMENTACION:

LA CIMENTACION ES UN Conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificación al suelo.

Son las bases que sirven de sustentación al edificio, se calculan y se proyectan teniendo en consideración factores como la composición y resistencia del terreno, las cargas propias del edificio y otras cargas que inciden, como el viento o peso de la nieve.

CIMENTACION PARA LAS MAQUINAS:

A diferencia de las cimentaciones de edificación, que están sometidas a cargas estáticas, las cimentaciones de maquinaria están sometidas frecuentemente a cargas cíclicas, la existencia de estas, obligan a considerar el estado limite de servicio de vibraciones y el estado limite ultimo de fatiga

CONSIDERACIONES PARA LA CIMENTACION

- Costo de cimentación- Agua cercana- Características del subsuelo- Goteras y juntas- Refuerzos y control de fisuras- Obtención de resistencias- Mantenimiento de piso- Reparación- Selladores y acabados- Capas de resistencia a la corrosión-

TIPOS DE CIMENTACION:

- Tipo bloque- Tipo celda- De muros- Porticales

- Con pilotes- Sobre apoyos elásticos- De soporte

ANCLAS

Las anclas son piezas estructurales que constituyen la conexión entre un elemento estructural de acero o concreto (columna) con la cimentación

PILOTES

Los pilotes son elementos estructurales de cimentación que se hincan en el terreno cuando no se encuentra superficialmente un manto resistente que soporte las cargas que serán transmitidas al terreno

ZAPATA

Una zapata es una Estructura de concreto armado que constituye la cimentación de los soportes, cuya función es transmitir las cargas al suelo

BALASTO

Es Piedra que se coloca debajo de la superficie de cimentación con el fin de asentarla y sujetarla al suelo

CIMENTACION PARA MAQUINAS VIBRANTES

La diferencia principal que nos encontramos a la hora de cimentar maquinas vibrantes respecto a una cimentación estática, está en que es necesario que hagamos una serie de comprobaciones adicionales que tienen en cuenta el carácter dinámico de la carga

Datos de carga de la maquina:

- Velocidad de giro en RPM- Fuerza vertical Fz- Fuerza horizontal Fx- Momentos-

Estático: tensión máxima para una deformación admisible y carga de hundimiento

Dinámico:

- X desplazamiento

- C coeficiente de amortiguación- K modulo de compresibilidad- M masa del equipo + la cimentación

MONTAJE:

- Recabar la información de equipos a montar- Análisis de la información- Definición de requerimientos de cimentación, montaje y alineación- Designación de espacios- Costo- Personal técnico capacitado

DESIGNACION DE ESPACIOS

- Espacio para colocación de ductos, control, electico- Espacios para apertura de puertas y dar mantenimiento- Espacios requeridos x fabrica para correctivos- Espacios para la instalación de drenes de condensado y su libre flujo por gravedad- Espacio para el paso de otras ingenierías como tuberías de drenaje- Otros

RELACION AGUA CEMENTO

La relación entre agua y cemento representa el principio que rige la fuerza y durabilidad del concreto. La proporción aproximada es por cada saco de cemento de 94 lbs, 3 galones de agua. Entre menor sea la relación agua-cemento podrá resistir mayores esfuerzos.

COMPACTACION

JUNTAS POR DILATACION Y FLEXION

En algunos casos debido a que la temperatura dentro de la planta es menor a cuando se fraguo el concreto, las lozas de concreto experimentan compresión, para evitar fracturas se utiliza un sistema de corte en el concreto aproximadamente de 1/3 parte la profundidad del concreto para evitar estos problemas en cada cuadro o panel de concreto de aproximadamente 3.5 x 3.5 m. Estas se rellenan con selladores para evitar que impurezas se filtren en el concreto.

REFUERZOS Y CONTROL DE FISURAS

Los refuerzos extras al concreto de acabados en la cimentación no son necesarios por razones estructurales si la profundidad de la loza de concreto es igual si se cumple con los requerimientos de carga calculados con anterioridad.

La compresión de la loza de concreto también puede ser controlada utilizando una mezcla de aditivos al concreto.

RESISTENCIA A LA ABRASION

Una superficie de concreto durable no puede ser producida simplemente puliendo la loza de concreto. Un manera de lograr esto es mediante el principio de agua-cemento, para lograr mayor abrasión se dice que entre menos agua, mejor resistencia a la abrasión, o mediante una recubrimiento de aditivos

PISOS MONOLITICOS

A los pisos monolíticos también llamados pisos de una sola pieza, no son muy utilizados en edificios industriales porque no presenta la resistencia requerida, aunque es posible agregársela incorporando un agregado (polvo) de piedra dura, mezclado con cemento con un bajo nivel de agua al concreto fresco. A estos también se les llama endurecedores.

MANTENIMIENTO DE PISOS INDUSTRIALES

Una loza de concreto bien construida requerirá muy poco mantenimiento además de limpieza. Limpieza periódica es esencial para su durabilidad, debido a la acumulación de contaminantes y el tráfico continuo los cuales acelerarán el deterioro del concreto. Debido a que el concreto es altamente alcalino y tiene un alto pH, el agua acídica utilizada para limpiar el piso atacará la superficie del piso, a menos que este se encuentre sellado

CIMENTACION DE UNA PLANTA NUEVA

TERRACERIA

Las plataformas donde se construirá la obra civil exigen u ordenan que tenga un 100% de compactación en grado PROCTOR (Reglamento para Terracerías en Compactaciones). La compactación se mide mediante pruebas de cala (procedimiento de extraído de una porción de tierra para ser pesada y revisar que cumpla el peso con lo requerido) y mediante equipos de medición de compactación llamados densímetros.

LOZA DE CONCRETO

Los refuerzos de aceros o diámetros de los mismos así como la resistencia de los concretos dependen del peso de los equipos a montarse sobre ellos. Estos datos se obtienen de los

manuales de ingeniería de los equipos a ser montados, para ser utilizados por el calculista. Encargado de pasar los requerimientos de la mezcla de concreto y aditivos, acero de refuerzo, espesor y metros cuadrados de loza, así como el recubrimiento adecuado y selladores de juntas de dilatación y compresión requeridas.

SELLADOR

La dilatación, compresión y flexión puede ocasionar que se rompa el concreto, los selladores en las juntas entre los bloques de concreto evitan que el concreto se rompa. La dilatación se ataca por cortes cada 3.5 m aproximadamente con un tipo de cartón llamado CELOTEX.

ACABADO

El acabado de los concretos o finish depende de los productos o procesos que se vayan a utilizar para evitar que se dañen los mismos. El acabado es diferente al pulido, el pulido se lo dan los albañiles; el acabado se lo dan especialistas y representa el recubrimiento que como aditivo le brinda propiedades extras al concreto. A estos acabados se les da mantenimiento cada 5 años aproximadamente.

PLACAS PARA ACNLAJE

Las placas de anclaje son como su nombre lo indican las placas embebidas en el concreto, que soportarán y brindarán el anclaje o el sostén de los equipos a montarse. Estas se diseñan con anterioridad dependiendo de los esfuerzos a soportar y son instaladas a la hora de hacer el colado de concreto con varillas soldadas a la placa por la parte inferior con su respectivo anclaje al concreto y tornillo soldado con rosca en la parte superior.