Análise de vibrações em fundações de máquinas em concreto ancoradas ao solo com tirantes metálicos

Abstract

Máquinas rotativas de grande porte, como motores elétricos e turbinas a vapor, podem gerar intensos esforços dinâmicos por conta de folgas e desbalanceamento do equipa- mento ou partes dele. Tanto a estrutura quanto o solo absorvem esses esforços e os deslocamentos de cada subsistema tornam-se dependentes entre si por possuírem inércia e rigidezes distintas. Por conta deste mecanismo, problemas de interação solo-estrutura (soil-structure interaction - SSI) são amplamente estudados e diversos modelos analíticos, semi-analíticos e numéricos são desenvolvidos a fim de investigar o real comportamento do sistema. A fim de estudar os deslocamentos impostos pela vibração de motor em uma base de concreto armado, foi realizada uma análise experimental de uma fundação submetida a excitações provenientes de uma máquina rotativa. A metodologia empregada no estudo consistiu da análise comparativa entre dois modelos físicos submetidos às mesmas condições de carregamento dinâmico e apoiados em solo com características semelhantes. O primeiro modelo foi formado por um bloco rígido em concreto armado, diretamente apoiado ao solo, caracterizando uma fundação superficial. O segundo consistiu da mesma base acoplada a um sistema de ancoragem vertical com barras de aço entre o solo e a superfície do bloco. Um modelo analítico com base nas funções de impedância dinâmica e outro computacional em elementos finitos foram implementados para comparação dos resultados. A utilização do sistema de ancoragem com tirantes provocou redução das amplitudes de vibrações nos três modelos avaliados, havendo uma melhor concordância entre o modelo numérico e experimental.

Large rotating machines, such as electric motors and steam turbines, can generate intense dynamic forces due to play and unbalance of equipment or parts of it. Both the structure and the ground absorb these forces and the displacements of each subsystem become dependent on each other because they have distinct inertia and rigidity. Because of this mechanism, soil-structure interaction (SSI) problems are widely studied and several analytical, semi-analytical and numerical models are developed in order to investigate the actual behavior of the system. In order to study the displacements imposed by the motor vibration on a reinforced concrete base, an experimental analysis of a foundation subjected to excitations from a rotating machine was performed. The methodology employed in the study consisted of comparative analysis between two physical models submitted to the same dynamic loading conditions and supported on soil with similar characteristics. The first model was formed by a rigid reinforced concrete block, directly supported by the ground, featuring a superficial foundation. The second consisted of the same base coupled to a steel bar vertical anchorage system between the ground and the block surface. An analytical model based on dynamic impedance functions and another computational finite element function were implemented to compare the results. The use of the tie-down anchorage system reduced the vibration amplitudes in the three evaluated models, with a better agreement between the numerical and experimental model.