análise de fundações de máquinas sujeitas a excitações verticais alfredo americano da costa tese ...

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ANÁLISE DE FUNDAÇÕES DE MÁQUINAS SUJEITAS
A EXCITAÇÕES VERTICAIS
ALFREDO AMERICANO DA COSTA
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE
Pós-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE
JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTEMÇÃO 00
GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS (M.Sc,) EM ENGENHARIA CIVIL,
APROVADA POR:
PROF, CLAUDIO FERNANDO MAHLER
(PRESIDENTE)
PROF, C!n/SANTOS GESTEIRA
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
MARCO DE 1988
i i
AMERICANO DA COSTA, ALFREDO
Anilise de Fundações de Miquinas Sujeitas a Excitações Ver
ticais (Rio de Janeiro) 1988.
xi, 184 p. 29 ,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc., Engenharia Civil,
1988)
Tese - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE.
1. Fundações de Miquinas I. COPPE/UFRJ II. Titulo (s~-
rie)
i i i
A minha mae pela sua dedicação.
A minha esposa Angela.
A meu filho que estã para nascer.
Aos meus irmãos, Eduardo e Beth.
i V
AGRADECIMENTOS
A Natron Consultoria e Projetos S/A na pessoa do seu di
retor regional, Sergio Carvalho, pelas facilidades proporciona
das para o término deste trabalho.
Ao professor Claudio Fernando Mahler pela amizade, inte
resse e preciosa orientação.
Ao professor Paulo Alcântara Gomes, pela amizade, suges
tão e apoio neste trabalho.
Ao professor Cid Santos Gesteira pela disposição em aju
dar a qualquer solicitação de minha parte.
Ao engQ José Salim Sahade, chefe da Divisão de Engenha
ria Civil da Natron, pelo incentivo e constante apoio.
Ao meu ''irmão'' José Adeodato de Souza Neto, pela motiva-
çao e pelos ensinamentos através do seu grande conhecimento e
experiência na ârea da pesquisa.
Aos companheiros e professores da COPPE/UFRJ por tudo
que me transmitiram ao longo de toda a convivência.
Um especial agradecimento ã minha mãe, Celina, pela sua
grande participação, em todos aspectos, na minha formação.
V
Resumo da Tese Apresentada ã COPPE/UFRJ como parte dos requisi-
tos necessãrios para a obtenção do grau de Mestre em Ciências
(M.Sc.)
ANALISE DE FUNDAÇOES DE MAQUINAS SUJEITAS
A EXCITAÇOES VERTICAIS
Alfredo Americano da Costa
Março de 1988
Orientador: Claudio Fernando Mahler
Programa: Engenharia Civil
Este trabalho tem por objetivo estudar e comparar, com
observações in ~itu,os resultados obtidos na anãlise dinãmica
de fundações de mãquinas, submetidas a excitações harmõnicas
verticais com amplitude função da freqüência, atravês do mêtodo
em que o solo ê considerado semi-espaço elãstico e do mêtodo em
que o solo ê substituido por molas lineares.
Para tanto, utilizou-se ensaios de campo realizados nos
EUA, em solos argilo siltoso de Vicksburg (WES) e arenoso de Eglin, e
ensaios realizados, no Brasil, em areia siltosa, de Volta Redon
da, tipica de um solo residual jovem de gnaisse.
Apresentou-se ainda, critêrios a serem considerados no
projeto, resumo dos mêtodos de câlculo, bem como os cuidados a
serem tomados na determinação dos parâmetros do solo.
vi
Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as partial
fulfillment of the requirements for the degree of Master
of Science (M.Sc.)
ANALYSIS OF MACHINE FOUNDATIONS UNDER
VERTICAL EXCITATIONS
Alfredo Americano da Costa
March, 1988
Chairman: Claudio Fernando Mahler
Department: Civil Engineering
The aim of this research was to compare test
{n 6{~u
results with theoretical results of dynamic analyses used for
machine foundation design. The tests were carried out on blocks
submitted to vertical harmonic excitation with amplitude as
function of frequence. ln the analyses the soil was considered
either as an elastic half space oras a set of linear springs.
In order to achieve the research purpose, test results
carried out on silty clay soil from Vicksburg (WES) (USA), sandy
soils of Eglin (USA) and silty sand from Volta Redonda (BRAZIL)
are analysed. The Brazilian soil was of young residual gneiss type.
Finally, this work, also, shows design criteria,
calculations methods and soil parameters to be used in dynamic
machine foundation design.
Vi i
INDICE
....................................
CAPITULO I - INTRODUÇAO
CAPITULO II - REVISAO DOS MtTODOS DE CALCULO ...•••••••...•• 6
I I.1. Introdução • . • • • • . . . . • • • • • . • . • . . . . • • • • . • • • . • • • • . • • . . . 6
II. 2. Tipos de Fundações • . • . • . • . • . • • • • . . . . . . . . . . • • • • . • • • • . 7
II.3. Critérios de Cãlculo •.••••.•••••..•......•••••.••... 10
II.4. í'iétodosde Câlculo •......••.••••.••••••.•••.•..•...•• 14
II.4.1. Degebo .....••••..•.•.•.••••....•..•.•.••.•.•.•• 15
II.4.2. Método que leva em conta a massa do solo .•••.•.. 17
Mool e Kinne ••.......••••••.•.•••••...••••••••.. 20
Crockett •.•..•••••••••...•••...•••••••.......•.• 20
Crockett e Hamr.iond •••••••••.••••.•••.•.••••••••. 20
Pauw ••............•..••••.••••.•••••••...••.••.. 20
Balakrishna •..•.••••.••••.....•......•..•••.••.. 21
........
II.4.3. Método empirico de Tschebota ri off e Wa rd 21
........................
II.4.4. Método empirico de Al pa n 23
II.4.5. i'iétodo que considera o sol o cor.10 ser.1i-espaço elãstico .. 25
1 - Vibração vertical ..........•...•.••••••..•.. 27
Rei ssner ..•••..•.••••.••..••••••••.•..•••.•• 27
Quinlan e Sung ...•.•••..........•..........• 29
Hsieh •.••..••••..•...........•••••.......•.. 31
Lysr,1er e Richart ..............••.•.•........ 37
i i i
V
Nagendra e Sridaran ......................... 46
2 - Vibração hori zonta 1, por rotação e por
torção para base circular rigida apoi~
da na superficie do solo (semi-espaço
elãstico) ................................... 47
Vibração hori zonta 1 ........................ 48
Vibração rotacional ......................... 49
Vibração por torção ......................... 50
3 - Vibração horizontal aco~lada com rotação .... 51
4 - Alguns conceitos complementares ............. 52
a) Amortecimento ..........................•. 52
b) Fundação de base retangular ..........•... 54
c) Fundação imersa no solo .•................ 57
11.4.6. Mêtodo em que o solo ê substituido por molas
1 ineares sem peso ............................... 61
- Vibração vertical ........................... 62
2 - Vibração horizontal, por rotação e por
torção ..................•................... 67
Vibração horizontal .....•................... 67
Vibração por torção ..............•.....•.... 67
Vibração por rotação ........................ 68
CAPITULO III - DETERMINAÇl'iü E OBTENÇl'iO DE PARl'iMETROS ..•.... 70
II 1.1. Introdução .....................•.................. 70
111.2. Coeficiente de Compressão Elãstica Uniforme ........ 71
111.2.1. Determinação dos parâmetros ............••..... 71
111.2.2. Ensaios de campo para obtenção do coef~
ciente de compressão elãstica uniforme ........ 74
Bloco de ressonância .......................... 74
Teste ciclico - placa - carga ................. 76
i X
III.3. Coeficiente de Compressão Elistica Não Uniforme ..... 76
III.3.1. Determinação do parimetro ..................... 76
III.4. Coeficiente de Corte Elistico Uniforme ............. 77
III.4.1. Determinação do parimetro ...................... 77
III.4.2. Ensaio de campo para obtenção do coeficiente
de corte elistico uniforme .................... 78
Bloco de ressonincia .......................... 78
III.5. Coeficiente de Corte Elistico Não Uniforme ......... 79
III.5.1. Determinação do parimetro .•................... 79
III.6. Coeficiente de Poisson •............................ 80
III.6.1. Determinação do parimetro ..................... 80
III.7. MÕdulo Cisalhante ..•........•....................... 81
III.7.1. Determinação do parimetro ..................... 81
III.7.2. Ensaios dinimicos para obtençio da velocidade
de propagação das ondas cisalhantes ........... 85
Teste da coluna ressonante .................... 85
Teste pelo mêtodo de propagação de ondas de
superficie .............................•...... 85
Teste pelos mêtodos de propagaçao de ondas
(c~o~~-hole, up-hole e down-hole) ............. 87
CAPITULO IV - ESTUDOS DE ENSAIOS DE CAMPO .................. 90
IV.1. Introdução .......................................... 90
IV.2. Testes Realizados pela WES .....•.............•...... 91
IV.2.1. Determinação dos componentes dos ensaios ...•.... 92
Solo .•..................•...................... 92
Base ........................................... 93
Eq u i pa me n tos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3
IV.2.2. Ensaios ......................................... 102
Modo vertical ....................•.............. 102
X
Modos torcional e rotacional .................... 103
Ensaios para determinação das propriedades do
...........................................
solo 103
IV.3. Testes Realizados por Ribeiro ....................... 113
IV.3.1. Determinação dos componentes dos ensaios ........ 113
...........................................
Solo 11 3
...........................................
Base 11 6
Equipamentos .................................... 116
IV.3.2. Ensaios ........................................ 118
CAPITULO V - DESCRIÇ~O DAS APLICAÇÕES DOS MtTODOS DE CALCULO 121
V.1. Introdução .......................................... 121
V.2. Ensaios Realizados pela WES ..............•..•........ 122
V.2.1. Escolha dos ensaios .................•............ 122
V.2.2. Determinação dos parãmetros ...................... 123
V.2.3. Aplicação dos mêtodos de cãlculo ...•............. 125
1 - Aplicação dos mêtodos para os ensaios em WES .. 126
2 Aplicação dos mêtodos para os ensaios em Eglin 126
V.3. Ensaios Realizados por Ribeiro .............•........ 142
V.3.1. Escolha dos ensaios ............•...•.......•..... 142
V.3.2. Determinação dos parâmetros ...................... 144
V.3.3. Aplicação dos mêtodos de câlculo ................. 145
CAP1TULO VI - ANALISE DOS RESULTADOS 159
................................ .
VI .1. Introdução ....... ·- 1 59
VI.2. Anãlise Quanto as Considerações para os Cálculos
dos Coeficientes de Rigidez e Amortecimento nos
Ensaios com Bases Retangulares 159
VI. 3. Anãlise Quanto âs Freqüências 1 6 O