Transmisibilidad de Losas Aisladas de Vibraciones y Sometidas a Trenes de Ondas Armónicas

Abstract

La instalación de equipos sensibles a las vibraciones en plantas industriales requiere a menudo del diseño de un sistema de aislamiento de la inmisión, que permita cumplir con las especificaciones de los fabricantes en cuanto al nivel de vibraciones máximo tolerado. Los diseños cubren una amplia gama que va desde los bloques inerciales rígidos, apoyados sobre medios elásticos, a las losas flotantes que abarcan superficies de gran tamaño. Cuando la cantidad de equipos a aislar es grande se opta generalmente por una sala provista de un piso sobre fundación elástica ó losa flotante. A la mayor flexibilidad de layout que provee esta alternativa, se suman las ventajas técnicas de construir una losa de grandes dimensiones y masa, lo que beneficia la estabilidad del sistema. El medio elástico consiste generalmente en una manta continua de elastómero o bloques discretos de menor tamaño, construidos del mismo material, o mediante resortes y amortiguadores viscosos. Con frecuencia son utilizados modelos simplificados de un grado de libertad para el diseño de losas flexibles y algunas conclusiones son extrapoladas desde estos modelos en cuanto a la eficiencia del aislamiento y la transmisibilidad fundación-losa. Como consecuencia se desprecia la influencia de la flexibilidad flexional de las losas y la contribución a la respuesta de los modos flexionales. La excitación de base rígida es, por otro lado, una simplificación frente a la excitación real consistente en trenes de ondas propagadas por la superficie de base donde apoyan los aisladores. Estas hipótesis resultan algo groseras en casos reales de cierta envergadura. En el presente trabajo se investiga la respuesta dinámica de losas aisladas de vibraciones montadas sobre fundaciones viscoelásticas y excitadas desde la base por ondas superficiales propagadas en el semiespacio homogéneo de suelo, teniendo además en cuenta la flexibilidad flexional de las losas. Asumiendo que las fuentes perturbadoras se encuentran a una distancia relativamente grande se considera como excitación a ondas viajeras superficiales con un frente de onda plano. La efectividad del aislamiento se cuantifica a partir de la respuesta dinámica máxima de la losa calculada en el dominio de la frecuencia para una excitación con ancho de banda dentro del rango de interés de los equipamientos comerciales típicos. En primera instancia, se estudia un tren de ondas que se propaga en una dirección coincidente con un lateral de losa –supuesta rectangular–, por lo que el modelo puede reducirse a una viga sobre fundación elástica con desplazamiento impuesto desde la base. En esta etapa, se identifican los parámetros generales que gobiernan la respuesta del sistema y se analiza su influencia sobre la transmisibilidad. A continuación se considera un ángulo genérico de incidencia del frente de onda y se estudia el acoplamiento de los modos flexionales de la losa en ambas direcciones. Se discute además la influencia de algunas singularidades geométricas en la topografía del terreno de apoyo de la losa. Datos experimentales, provenientes de mediciones llevadas a cabo sobre la losa flotante de la sala de metrología de una planta automotriz, permiten comparar las predicciones de la respuesta de los modelos utilizados y validar las hipótesis utilizadas. Finalmente, y como conclusiones del trabajo se destacan recomendaciones de diseño que surgen del análisis realizado.