272
Revista Científica Multidisciplinar
https://revistasaga.org/
e-ISSN
3073-1151
Octubre-Diciembre
, 2025
Vol.
2
, Núm.
4
,
272-284
https://doi.org/10.63415/saga.v2i4.289
Artículo de Investigación
.
Selección del diseño óptimo de una cimentación superficial para
equipos vibratorios en Portoviejo para tipos de suelos D y E
Selection of the Optimal Design of a Shallow Foundation for Vibrating Equipment
in Portoviejo for Soil Types D and E
Seleção do projeto ótimo de uma fundação rasa para equipamentos vibratórios em
Portoviejo para os tipos de solo D e E
Olver Josue Mero Veliz
1
, Jose Daniel Coveña Quishpi
1
,
Marcos Geovanny Zevallos Loor
2
1
Egresado de la carrera de Ingeniería Civil. Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. Universidad Técnica de Manabí,
Portoviejo, Ecuador.
2
Docente de la carrera de Ingeniería Civil. Universidad Técnica de Manabí, Portoviejo, Ecuador.
Recibido
: 2025-08-25 /
Aceptado
: 2025-10-02 /
Publicado
: 2025-10-20
RESUMEN
La presente investigación evalúa el comportamiento dinámico de una cimentación superficial para equipos vibratorios
apoyados sobre suelos tipo D y E de la ciudad de Portoviejo, Ecuador, con actividad sísmica alta. La investigación se
fundamenta en base a la normativa del ACI 351.3R-18 en donde se determinaron parámetros dinámicos como rigidez,
amortiguamiento y amplitud de vibración para el diseño óptimo de una cimentación que soporta generadores eléctricos
Cat© 3512B y 3516B, que serán modelados mediante el software SAP2000©. Los resultados de la investigación denotan
que las cimentaciones sobre suelos tipos D presentan un desempeño con mayor rigidez y menor amplitud de vibración lo
cual reduce la incidencia de resonancia y falla estructural frente al suelo tipo E, sin embargo, se comprobó que las
amplitudes de vibración en ambos diseños de cimentación se encuentran dentro de los límites permisibles del fabricante,
lo que garantiza una estabilidad del sistema, por ejemplo, para la amplitud máxima del generador Cat© 3512B apoyado
sobre un suelo tipo D es de 8,95 (μ) micrones, mientras que para el suelo tipo E la amplitud es de 21,21 (μ) micrones. Se
concluye que el tipo de suelo es determinante durante la etapa de diseño, por lo consiguiente es necesario contemplar
esfuerzos dinámicos de rotación, traslación y torsión que asegure la estabilidad en todos sus estados de movimiento, como
solución complementaria se recomienda una estabilización de suelo.
Palabras clave:
parámetros dinámicos; amplitud de vibración; resonancia; rigidez; amortiguamiento
ABSTRACT
This research evaluates the dynamic behavior of a shallow foundation for vibratory equipment supported on D and E type
soils in the city of Portoviejo, Ecuador, with high seismic activity. The research is based on ACI 351.3R-18 regulations,
where dynamic parameters such as stiffness, damping, and vibration amplitude were determined for the optimal design
of a foundation that supports Cat© 3512B and 3516B electric generators, which will be modeled using SAP2000©
software. The results of the investigation denote that foundations on type D soils present a performance with greater
rigidity and lower vibration amplitude which reduces the incidence of resonance and structural failure compared to type
E soil, however, it was verified that the vibration amplitudes in both foundation designs are within the permissible limits
of the manufacturer, which guarantees system stability, for example, for the maximum amplitude of the Cat© 3512B
generator supported on a type D soil is 8.95 (μ) microns, while for type E soil the amplitude is 21.21 (μ) microns. It is
concluded that the type of soil is decisive during the design stage, therefore it is necessary to consider dynamic efforts of
rotation, translation and torsion that ensure stability in all its states of movement, as a complementary solution, soil
stabilization is recommended.
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keywords
: dynamic parameters; vibration amplitude; resonance; stiffness; damping
RESUMO
A presente pesquisa avalia o comportamento dinâmico de uma fundação rasa para equipamentos vibratórios apoiados
sobre solos do tipo D e E na cidade de Portoviejo, Equador, com alta atividade sísmica. A investigação baseia-se na
normativa ACI 351.3R-18, na qual foram determinados parâmetros dinâmicos, como rigidez, amortecimento e amplitude
de vibração, para o projeto ótimo de uma fundação que suporta geradores elétricos Cat© 3512B e 3516B, que serão
modelados por meio do software SAP2000©. Os resultados da pesquisa indicam que as fundações sobre solos tipo D
apresentam desempenho com maior rigidez e menor amplitude de vibração, o que reduz a incidência de ressonância e
falha estrutural em comparação ao solo tipo E. No entanto, comprovou-se que as amplitudes de vibração em ambos os
projetos de fundação estão dentro dos limites permitidos pelo fabricante, garantindo a estabilidade do sistema. Por
exemplo, a amplitude máxima do gerador Cat© 3512B apoiado sobre solo tipo D é de 8,95 μm, enquanto que para o solo
tipo E a amplitude é de 21,21 μm. Conclui-se que o tipo de solo é determinante durante a fase de projeto; portanto, é
necessário considerar esforços dinâmicos de rotação, translação e torção que assegurem a estabilidade em todos os estados
de movimento. Como solução complementar, recomenda-se a estabilização do solo.
palavras-chave
: parâmetros dinâmicos; amplitude de vibração; ressonância; rigidez; amortecimento
Forma sugerida de citar (APA):
Mero Veliz, O. J., Coveña Quishpi, J. D., & Zevallos Loor, M. G. (2025). Selección del diseño óptimo de una cimentación superficial para equipos
vibratorios en Portoviejo para tipos de suelos D y E. Revista Científica Multidisciplinar SAGA, 2(4), 272-284.
https://doi.org/10.63415/saga.v2i4.289
Esta obra está bajo una licencia internacional
Creative Commons de Atribución No Comercial 4.0
INTRODUCCIÓN
Los países con zonas sísmicas activas en
Latinoamérica están condicionados por el
cinturón de fuego del Pacífico, Ecuador se
encuentra afectado por la subducción de la
placa Nazca y Sudamérica, el 16 de abril de
2016 en las costas de Manabí se suscitó una
eventualidad sísmica de 7,8 grados en la escala
de Richter evidenciando 22.315 edificaciones
catalogadas como inseguras por el Comité de
Reconstrucción y Reactivación (Menéndez et.
al, 2023). La afectación de un sismo representa
una vulnerabilidad a las estructuras producidas
por licuación de suelos saturados, subsidencia,
deformación de suelo, deslizamiento de
taludes, entre otras (Aguilar, 2021).
El estudio de suelo es un recurso útil para
cimentar cualquier tipo de obra en Ingeniería
de manera que se pueda evitar deformaciones
o fallas en la estructura que se va a construir
(Mejía et. al, 2020). En Portoviejo los suelos
presentan propiedades expansivas de medio y
alto grado, de acuerdo con la Norma
Ecuatoriana de la construcción en su edición de
Peligro Sísmico, Diseño Sismo Resistente
(NEC-SE-DS) establece que el sitio de
construcción de una vivienda regirá la
caracterización del peligro sísmico en función
a la aceleración máxima en la roca (Z), para
valores mayores a 0,50 g. la caracterización del
peligro sísmico es denominada zona VI con
riesgo muy alto (Ortiz et. al, 2019).
Los sectores industrial, eléctrico y petrolero
requieren con frecuencia obras de ingeniería
que sean capaz de disipar energía mediante
cimentaciones para generadores,
transformadores y equipos de bombeos que
garanticen un funcionamiento estable, seguro,
eficiente, continuo y estable (Fajardo et. al,
2025). El asentamiento de estas estructuras
está influenciado bajo la acción de cargas
estáticas y dinámicas, las cargas estáticas
definen la geometría, profundidad,
excentricidad e inclinación de la carga,
mientras que las cargas dinámicas establecen
el asentamiento producido por cargas cíclicas
en terrenos cohesivos (Panique, 2021).
La cimentación para maquinas o equipos
vibratorios se considera como un elemento
constructivo independiente que tiene la
finalidad de transmitir los esfuerzos dinámicos
y estáticos producido por su funcionamiento ya
que la transmisión de estos esfuerzos no
alcanza tan solo a la propia máquina o conjunto
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apoyados, sino también a una zona
circundante. Los problemas de los casos como,
cimentaciones de máquinas que producen
impacto, cimentaciones de máquinas para
fuerzas periódicas como generadores y
motores alternativos, así mismo cimentaciones
para máquinas de altas velocidades como
turbinas, se pueden resolver a través de tres
pasos, el primero es la determinación de los
movimientos de la máquina y su cimentación,
el segundo la estimación de las bases de la
cimentación y el tercero el análisis de los
movimientos de cimentaciones adyacentes,
producidos por las vibraciones transmitidas a
través del suelo (Viadero y Losada, 1986).
La interacción suelo-estructura a través de
software informáticos emula la respuesta de las
cimentaciones para equipos vibratorios frente
al comportamiento cinemático e inercial de las
solicitaciones dinámicas del suelo,
considerando las condiciones geológicas y
geotécnicas del mismo. El análisis de
interacción suelo-estructura permite analizar la
flexibilidad de la cimentación, su relación con
el periodo fundamental de vibración y el
amortiguamiento de la estructura mediante
resortes equivalentes a la rigidez del suelo
(Calderín et. al,2020).
Inicialmente para el diseño óptimo de una
cimentación superficial mediante interacción
suelo-estructura se analiza dos aspectos, uno
geotécnico y otro estructural, el primero se
idealiza al suelo a mayor escala y profundiza
sus propiedades mediante estudios de suelo.
Mientras que el segundo representa al suelo
mediante resortes lineales independientes entre
sí a través del módulo de reacción (k) o módulo
de Winkler. El módulo de Winkler es una
medida de rigidez expresada en unidades de
esfuerzo por unidad de longitud, lo que resulta
igual a la relación entre una carga aplicada (q)
y el desplazamiento que produce (δ)
(Barragán, 2022).
El movimiento del suelo durante una
eventualidad sísmica permite proyectar el tipo
de estructura que se va a cimentar, la dinámica
del suelo se centra en estudiar el
comportamiento de las masas del suelo ante las
cargas sísmicas, este comportamiento puede
ser la pérdida de resistencia del suelo, cambios
de volumen en el suelo, cambios en el estado
de esfuerzo de las masas del suelo,
amplificación dinámica y resonancia en los
suelos (Araca et. al, 2020). Para el análisis de
frecuencias naturales de los suelos la
información de vibraciones ambientales de
microzonificaciones resulta útil, debido a que
se puede aplicar en cualquier momento, sin
necesidad de aplicar otras técnicas que
requieren esperar un evento sísmico (Vargas y
Del Carpio, 2021).
Conforme a lo previamente descrito, resulta
relevante analizar el comportamiento de una
base de cimentación que soportará un equipo
vibratorio y su relación con el suelo de
fundación, de esta manera comparar los
resultados frente a otro tipo de suelo y otro tipo
de equipo vibratorio. Para esto se determinaron
cargas muertas de dos equipos de generadores
eléctricos con características diferentes y
combinaciones de cargas de acuerdo a la
normativa NEC-15 y ACI-318-19, mientras
que, para el análisis de las bases destinadas
para equipos dinámicos la norma que rige el
diseño es el ACI-351.3R-18. Para analizar el
desempeño óptimo de una base para equipo
vibratorios se definió un modelado estructural
emulado en el software SAP2000© en donde
la frecuencia de la cimentación resulte
diferente a la frecuencia natural del equipo
vibratorio, permaneciendo dentro de los
límites permisibles especificados por el
fabricante del equipo.
METODOLOGÍA
Para cumplir con el propósito de la
investigación, se modelaron dos equipos de
generadores eléctricos: el primero es un motor
diésel Cat© 3512B y el segundo es del mismo
grupo electrógeno SCAC (Sistema de post-
enfriamiento de circuito separado) pero de
diferente modelo, un motor diésel Cat© 3516B.
Para el análisis estructural se planteó un sistema
de un grado de libertad representado por cuatro
puntos de interés como se muestra en la figura 1,
la relación suelo-cimentación, cimentación-
equipo, centro de gravedad del equipo y centro
de masas del conjunto conformado por el equipo
y la cimentación.
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Figura 1
Sistema de un grado de libertad para análisis estructural
Las condiciones estáticas están regidas por
la Norma Ecuatoriana de la construcción NEC-
15 y por el ACI-318-19, mientras que las
condiciones dinámicas se refieren a la
aplicación de la metodología del ACI-351.3R-
18 fundamentada en determinar la frecuencia
de vibración y amplitud de desplazamiento del
conjunto formado por equipo-cimentación-
suelo.
El diseño óptimo de una cimentación para
equipos dinámicos se estructuró partiendo de
un análisis estático, las características estáticas
se detallan a continuación:
1.
Resistencia del concreto reforzado: Para el
hormigón se consideró una resistencia a la
compresión de 35 MPa, peso específico de
24 KN/m3 y módulo de elasticidad de
27806 MPa, mientras que para las varillas
de acero de grado 60 la densidad es 78,50
KN/m3, el módulo de fluencia es 420 MPa
y el módulo de elasticidad 210000 MPa.
2.
Características del suelo: Los datos
referentes al suelo se obtuvieron mediante
el uso de microzonificación sísmica para la
ciudad de Portoviejo, para ambos
modelados es cohesivos lo que
corresponde a un coeficiente de Poisson de
0,4, de tipo “D” y tipo “E”, para el tipo D,
el peso unitario del suelo (γs) es de 28,00
KN/m3 mientras que para el suelo tipo E el
peso unitario es de 26,00 KN/m3.
3.
Peso del equipo: El equipo es de tipo
reciprocante debido a las altas revoluciones
por minuto (rpm) que generan, las
características físicas y algunas
especificaciones técnicas más relevantes
del equipo Cat© 3512B y Cat© 3516B se
detallan en la tabla 1.
Tabla 1
Especificaciones técnicas de los motores electrógenos a diésel
Especificaciones
Cat® 3512B
Cat® 3516B
Dimensiones
Largo (L
kid
)
5,50 m
6,15 m
Ancho (A
kid
)
2,30 m
2,30 m
Altura (H
kid
)
2,42 m
2,50 m
Frecuencia de operación
ω
0
1800 rpm
1500 rpm
ω
0
60 Hz
50 Hz
Peso total
W
c
= 112,97 kN
W
c
= 137,73 kN
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4.
Pre dimensionado de la cimentación: Para
el bloque de la fundación se partió del largo
del equipo más 0,30 m, el ancho de la
cimentación se obtuvo del ancho del
equipo más 1,40 m, por otro lado, el
espesor mínimo de la cimentación se
calculó mediante la relación entre el largo
de la cimentación entre 30, más 0,60 m;
considerando que la altura total de la
cimentación consta de una proporción
sobre el terreno y otra embebida, el bloque
para ambos casos de estudio mantiene 0,10
m sobre el terreno.
MÉTODOS
Esfuerzos dinámicos en la cimentación para
equipos vibratorio
En primera instancia se obtuvo la respuesta
dinámica del suelo por medio de la
microzonificación sísmica de la ciudad de
Portoviejo, de tipo “D” y tipo “E”. La
velocidad de onda de corte (Vs) para el suelo
tipo D es de 320 m/s y para el tipo E es de 180
m/s, el 100% producto de esta velocidad por la
densidad del suelo nos proporcionó el módulo
de corte máximo (Gmáx) para el suelo de tipo
D es de 292,27 MPa, para suelo tipo E es de
92,48 MPa y una fracción de amortiguamiento
(β) del 5%.
Los esfuerzos dinámicos que se presentaron
en la cimentación tipo bloque para equipos
vibratorios están representados por la masa de
la cimentación, del equipo y del suelo, el cual
posee un resorte y un amortiguador,
considerando que la masa posee un solo grado
de libertad.
Para representar el resorte se considera que
constante elástica del suelo “k” y el
amortiguamiento que es la capacidad de
disipación de energía del suelo. El producto del
sistema de cimentación sobre el suelo se
representa como seis sistemas con resortes y
amortiguador en función de la frecuencia, tres
corresponden a movimientos de traslación y
los demás a movimientos angulares en sentido
“x”, “y” & “z”.
La norma ACI 351.3R-18 expresa que la
rigidez y el amortiguamiento resultante del
análisis dinámico, inicialmente se emplea
como modelo circular, sin embargo, el modelo
puede ser aplicado a través de la teoría de radio
equivalente controlando que la relación del
largo y ancho de la cimentación no sea menor
que dos [12]. Las direcciones del movimiento
traslacional “x”, “y”, “z” comparten un m
ismo
radio equivalente R, mientras que las tres
direcciones rotacionales (Balanceo “x”, “y” &
torsión en “z”) presentan radios distintos.
De la misma manera, en función a la norma
ACI 351.3R-18 se calculó la frecuencia
adimensional para poder obtener la impedancia
de la cimentación, la cual se encuentra en
función de la frecuencia de operación del
equipo, radio equivalente obtenido
anteriormente, velocidad de onda de corte de
suelo, densidad de suelo y módulo de corte
dinámico del suelo.
El siguiente paso fue obtener el coeficiente
de rigidez y amortiguamiento, así como sus
respectivos factores sin tomar en cuenta el
efecto de embebido y en su defecto
considerando el embebido de la cimentación,
el método utilizado es el de Veletsos para la
rigidez dinámica vertical, horizontal, balanceo
y torsional [13].
Para terminar el análisis dinámico se
obtuvieron las amplitudes del sistema en
función de las especificaciones dinámicas del
motor, peso, velocidad de operación y fuerza
dinámica esta última resulta del producto entre
el peso total y la frecuencia de operación del
equipo. Para verificar el fenómeno de
resonancia, la relación entre la frecuencia
natural del equipo y la frecuencia angular de
operación del equipo debe resultar entre 0,80 y
1,20, así mismo la amplitud de desplazamiento
debe ser menor que la del fabricante.
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Figura 2
Límites permisibles para evaluar los esfuerzos dinámicos en cimentación para equipos vibratorios
En la figura 2a se muestran los límites
permisibles de la amplitud de desplazamiento
y a su vez una clasificación que evalúa la
severidad de las vibraciones que va desde
“extremadamente suave” a “áspero”, mientras
que la figura 2b muestra amplitudes
horizontales en función a la velocidad de
operación del equipo y niveles de riesgos,
finalmente en la figura 2c se puede observar los
límites permisibles para evaluar la amplitud de
vibración vertical con la finalidad de
identificar cuando la máquina vibratoria puede
representar o no un riesgo para la cimentación.
Modelado estructural de un sistema de un
grado de libertad
El modelado se diseñó a través del software
especializado en estructuras Sap2000© partiendo
de la conceptualización de un sistema de un grado
de libertad, concentrando todos los esfuerzos en el
centro de masas del conjunto del elemento, es
decir, peso propio de la cimentación y peso del
equipo vibratorio. De la figura 1 podemos observar
que existe una diferencia de altura entre cada punto
de análisis, partiendo del hecho de que la base se
encuentra 0,10 m por encima del nivel del suelo y
su porción embebida dependerá de las
características del equipo y del suelo, a su vez la
altura del centro de masa y el centro de gravedad
está en función de las dimensiones del equipo, para
entender de mejor manera la figura 3 presenta más
detalles.
Figura 3
Coordenadas de dos distintos generadores sobre suelo tipo D
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En la figura 3 se puede observar que el
centro de gravedad varía de acuerdo a la altura
de cada equipo, considerando las
características detalladas en la tabla 1, el centro
de gravedad del equipo Cat© 3512B se
encuentra a 1,21 m, mientras que para el
equipo Cat© 3516B está ubicado a 1,26 m de
la parte superior de la base, en cuanto a la base,
tiene una altura total de 1,00 m con una porción
de embebido de 0,90 m. En ambos casos la
altura de la base se mantiene constante debido
a que las características del suelo tipo D son las
mismas, sin embargo, las dimensiones de
ancho y alto de la base si presentan distintas
dimensiones que corresponden a la diferencia
de peso entre ambos generadores. Por otro
lado, algo similar se presenta en las bases para
suelo tipo E con la diferencia de las alturas
detalladas en la figura 4, en donde la altura
total de la cimentación corresponde a 0,90 m
para ambos generadores.
Figura 4
Coordenadas de dos distintos generadores sobre suelo tipo E
De los esquemas tridimensionales
presentados en las figuras 3 y figuras 4 se
ejemplifica un modelo con un sistema de un
grado de libertad modelado en el software
Sap2000©, los detalles se presentan en la
figura 5.
Figura 5
Modelado de los generadores para suelos tipo D y E en Sap2000©
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La figura 5 también demuestra una
diferencia de altura con respecto al centro de
masa el cual se obtiene aplicando el teorema de
Steiner, dentro del mismo método se puede
obtener el momento de inercia de la estructura.
Una vez establecida las coordenadas de cada
base en el software para los distintos casos se
ingresan los demás datos al sistema, como se
enumera a continuación:
1.
Cargas. Situados en el centro de masa se
asigna la masa correspondiente del
generador especificada en la tabla 1
afectado por la fuerza de gravedad en la
dirección traslacional “x” y “z”, la rotación
en la direcc
ión “y” se asigna del resultado
del momento de inercia obtenido en el
teorema de Steiner.
2.
Patrones de carga. Los patrones de carga
son asignados en el centro de gravedad del
equipo sin considerar el peso propio del
mismo puesto que se encuentra ya
ingresado en el centro de masas, se genera
patrones de carga en sentido traslacional y
para la carga vertical.
3.
Funciones de impedancia. Para modelar
resorte en nuestro sistema estructural
definimos propiedades y agregamos “link
support”, a continuación, se crea un
link de
tipo lineal en las direcciones traslaciones
“U1”, “U2” y rotacionales “R3”. Los
valores de las funciones de impedancia
correspondientes a rigidez y
amortiguamiento son las obtenidas por el
método de Veletsos.
4.
Casos de carga. Inicialmente se debe crear
las funciones de carga tanto como las
funciones del espectro según las indicaciones
de la NEC-15 como las funciones de estado
estacionario llamado “Steady State”, esta
función lineal evalúa la energía de acuerdo a
la frecuencia del equipo, en este caso de
estudio se considera la frecuencia de los dos
generadores. Posteriormente agregamos los
casos de carga del estudio correspondiente al
espectro de la NEC-15 en función a los
distintos tipos de suelos estudiados y por
supuesto el caso de carga del steady state.
Los parámetros de la función lineal steady
state se ven afectados por un factor de escala
en las direcciones traslaciones “x” y “z”.
RESULTADOS
Descripción de la muestra
Los resultados del análisis dinámico de una
cimentación para generadores Cat© 3512B y
Cat© 3516B sobre un suelo tipo D, se ven
reflejado en las siguientes tablas y gráficos
establecidos por el ACI 361.3R-18. Se
presentan los parámetros dinámicos totales de
la cimentación en dónde los valores más
críticos están gobernados por los esfuerzos
verticales, horizontales, de balanceo con
respecto al largo de la fundación “L”, al ancho
“B” y a la torsión.
Análisis de los Resultados
La tabla 2 presenta la rigidez y el
amortiguamiento para las distintas frecuencias
de los equipos respectivos, en dónde
evidentemente la mayor rigidez la presenta el
generador Cat© 3516B en la dirección
torsional con 4,655E+7 kN/m frente a la
rigidez del generador Cat© 3512B con
3,450E+7, por otra parte, el mayor
amortiguamiento del sistema se presenta por
balanceo paralelo a la dirección B, en dónde el
generador Cat© 3516B es de 1,755E+5 kN.s/m
y el generador Cat© 3512B de 1,212E+5
kN.s/m.
Dentro de la frecuencia de los sistemas
establecidos, para evitar que el equipo entre en
resonancia con la cimentación, se precisa que
la relación entre ambas frecuencias se
encuentre alejado del rango entre 0,80 y 1,20
lo que indica que ambos generadores operan
fuera del rango de resonancia, lo cual es
favorable para la estabilidad dinámica del
sistema.
También, el análisis de amplitud de
desplazamiento analiza la razón de
amortiguamiento considerando el
amortiguamiento reducido al 50%, en donde la
mayor amplitud se presenta en dirección
traslacional horizontal del generador Cat©
3512B con 8,95 micrones (μ), mientras que el
generador Cat© 3516B tiene una amplitud de
6,72 micrones (μ) en la misma dirección.
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Tabla 2
Análisis dinámico de una cimentación para generadores sobre un suelo tipo D
Dirección
Rigidez Total (kN/m)
Amortiguamiento total
(kN·s/m)
Relación de
Frecuencia
Razón de Amortiguamiento
Amplitud (μ)
Cat®
3512B
Cat®
3516B
Cat® 3512B Cat® 3516B
Cat®
3512B
Cat®
3516B
Cat® 3512B Cat® 3516B
Cat®
3512B
Cat®
3516B
Vertical
(z)
4,93E+09 4,32E+09 5,66E+07 6,64E+07 0.708 0.697 0.763 0.867 5.77 6.08
Horizontal
(x,y)
4,82E+09 4,69E+09 3,15E+07 5,62E+07 0.717 0.669 0.430 0.703 8.95 6.72
Balanceo
paralelo a
L
2,21E+09 2,53E+09 5,97E+07 1,02E+08 0.334 0.228 0.380 0.547 4.23 3.94
Balanceo
paralelo a
B
3,18E+10 4,34E+10 1,21E+08 1,76E+08 0.279 0.220 0.644 0.722 3.27 2.66
Torsional
3,45E+10 4,66E+10 8,32E+07 1,19E+08 0.268 0.212 0.424 0.474 2.90 2.37
En la tabla 3, se presentan los resultados del
análisis dinámico para una cimentación sobre
un suelo tipo E a través de estos 5 modos de
vibración analizados en la tabla 2, tanto la
rigidez como el amortiguamiento denotan un
mayor esfuerzo del generador Cat© 3516B en
la dirección vertical frente al modelo Cat©
3512B. Por otro lado, en la dirección
horizontal se obtuvieron rigideces y
frecuencias similares, sin embargo, el
generador Cat© 3516B presenta ligeramente
mayor amortiguamiento y una amplitud
considerablemente mayor.
Tabla 3
Análisis dinámico de una cimentación para generadores sobre un suelo tipo E
Dirección
Rigidez Total (kN/m)
Amortiguamiento total
(kN·s/m)
Relación de
Frecuencia
Razón de Amortiguamiento
Amplitud (μ)
Cat®
3512B
Cat®
3516B
Cat® 3512B Cat® 3516B
Cat®
3512B
Cat®
3516B
Cat® 3512B Cat® 3516B
Cat®
3512B
Cat®
3516B
Vertical
(z)
1,528E+5 5,447E+5 2,514E+4 2,666E+4 4,280 1,957 1,811 0,976 9,54 13,22
Horizontal
(x
–
y)
1,013E+6 1,091E+6 1,371E+4 1,458E+4 1,662 1,387 0,384 0,378 15,37 22,58
Balanceo
paralelo a
L
5,045E+6 5,508E+6 4,204E+4 3,910E+4 0,745 0,617 0,527 0,452 21,21 21,09
Balanceo
paralelo a
B
5,431E+6 7,175E+6 6,864E+4 8,076E+4 0,718 0,541 0,830 0,817 15,63 14,26
Torsional
7,729E+6 8,908E+6 5,154E+4 5,556E+4 0,602 0,485 0,522 0,505 14,95 13,30
El balanceo paralelo al eje “L” no presenta
variaciones significantes salvo el
amortiguamiento del generador Cat© 3512B
(4,20E+4 kN.s/m) que es relativamente mayor
al modelo Cat© 3516B (3,910E+4 kN.s/m). El
que si presenta diferencias pronunciadas es el
aumento de rigidez y el amortiguamiento del
generador Cat© 3516B frente al modelo Cat©
3512B. Finalmente en la dirección torsional el
generador Cat© 3516B presenta valores
superiores de rigidez y amortiguamiento,
mientras que la frecuencia y amplitud
presentan comportamientos comparables.
Considerando que para un diseño óptimo de
cimentación para generadores el tipo de suelo
tipo D cumple con las especificaciones
normativas del ACI-351.3R-18, los resultados
expuestos anteriormente, en resumen, indican
que las rigideces en todos los modos de
vibración son significativamente mayores en
contraste con las rigideces del suelo tipo E,
esto es consistente con la clasificación de
suelos, debido a que el suelo tipo E se
caracteriza por su pobre disipación de energía.
Por otro lado, la amplitud de vibración para
los generadores de distintos tipos apoyados
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sobre suelos tipo E y D se clasifican en función
a la frecuencia del equipo, dentro de los límites
permisibles, la figura 6 indica que el generador
Cat© 3512B presenta un desplazamiento de
vibración con respecto al suelo tipo D bajo el
umbral de la región A cuya región no presenta
falla, mientras que para el suelo tipo E las
vibraciones generan fallas menores al
encontrarse en la región B.
Figura 6
Gráfico de criterio de vibración para equipos rotativos Cat© 3512B
Considerando las características del
generador Cat© 3516B, en la figura 7 las
amplitudes del sistema para un suelo tipo D
denotan un comportamiento sin falla al recaer
bajo el umbral de la región A, de la misma
manera que el generador anterior aunque
ligeramente más estable, mientras que para el
suelo tipo E la amplitud presenta fallas
menores al encontrarse en el área de la región
B, pero más cercano a defectuoso que el
generador anterior, las amplitudes de ambos
sistemas se encuentran bajo las mismas
condiciones debido a las similitudes entre
ambos tipos de generadores partiendo por la
frecuencia de operación similar que
comparten.
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
100
1000
10000
Amplitud de vibración (in)
Frecuencia (rpm)
Región A - Sin falla.
Región B - Falla menor.
Región C - Defectuoso
Región D - Falla cercana.'
Desplazamiento Suelo Tipo D
Desplazamiento Suelo Tipo E
Vel. 0.01
Vel. 0.1
Vel. 1
Acel. 0.1 g
Acel. 1g
D
A
C
B
E
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Figura 7
Gráfico de criterio de vibración para equipos rotativos Cat© 3516B
DISCUSIÓN
En Portoviejo se evidencia predominancia
de suelos tipos D y E caracterizados por su baja
rigidez y susceptibilidad a ser deformado ya
sea por carga estática como por carga
dinámica, por ende, para seleccionar el diseño
óptimo de una cimentación superficial que
soporte equipos vibratorios es necesario
relacionar el comportamiento dinámico del
suelo con la estructura. En general, los
aspectos más críticos se evidencian en la
relación que tiene la rigidez de la cimentación
con la amplitud de vibraciones transmitidas al
equipo, asegurar mayor rigidez y menor
amplitud permite el funcionamiento óptimo de
una cimentación superficial.
Sin embargo, los modelos teóricos
aplicados en esta investigación no son
suficientes para analizar el comportamiento del
suelo de alta plasticidad específicamente el
tipo E, estos modelos son utilizados
principalmente en suelos menos plásticos que
no se deforman tan fácilmente como los suelos
tipo D y no permiten verificar los esfuerzos
dinámicos adecuadamente, por lo cual
representa una limitación técnica indefinida.
Por otra parte, las características del equipo
vibratorio se ven limitadas por la procedencia
del equipo, es decir la correlación entre la
frecuencia de operación y las condiciones
estructurales de la cimentación están
planteadas de acuerdo al país de procedencia
del equipo, lo que denota diferencias
específicas y no aplican a países como Ecuador
que generalmente importan equipos
vibratorios de diferentes procedencias, por
ende se expone la necesidad de desarrollar
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
100
1000
10000
Amplitud de vibración (in)
Frecuencia (rpm)
Región A - Sin falla.
Región B - Falla menor.
Región C - Defectuoso
Región D - Falla cercana.'
Desplazamiento Suelo tipo D
Vel. 0.01
Vel. 0.1
Vel. 1
Acel. 0.1 g
Acel. 1g
Desplazamiento Suelo tipo E
D
A
C
B
E
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estudios técnicos para diferentes tipos de
equipos y condiciones específicas de varios
tipos de suelo en Ecuador.
Los resultados de la investigación
concuerdan con estudios previos sobre la
relación entre la dinámica del suelo con la
cimentación superficial propuesta por
Fernández y Tapia (2024) el cual indican que
la frecuencia de la cimentación desplantada en
suelos blandos esta influenciada por los
esfuerzos producidos por la dinámica del
suelo, específicamente los efectos de amplitud
de vibración. En otros resultados propuestos
por Yung (2024), afirma que el control de las
vibraciones para todos los cimientos de
equipos vibratorios depende de las propiedades
del suelo, las fuerzas desequilibradas inducidas
por las características específicas para cada
equipo y, sobre todo la interacción suelo-
estructura descrita como funciones de
impedancia.
Desde el punto de vista teórico, esta
investigación puede desencadenar una
actualización de un método que considere los
aspectos de tipos de suelos blandos
específicamente tipo E considerando una
análisis suelo-estructura a partir de datos de
una microzonificación sísmica, mientras que,
en términos prácticos, la investigación ofrece
aspectos técnicos que pueden ser aplicables en
proyectos reales dentro de la ciudad de
Portoviejo, como puede ser para cimentaciones
superficiales que soporten equipos dinámicos
de peso no mayor a 150kN en suelos tipo E.
Finalmente se puede concluir que las
cimentaciones superficiales dependen
directamente de las vibraciones de equipo y del
suelo de fundación, esto se puede respaldar
realizando ensayo de campo y de laboratorio
demostrando la capacidad portante del suelo y
el tipo de suelo.
Las limitantes del aspecto teórico denotan
una falta de actualización de acuerdo a las
condiciones específicas donde se realizará la
fundación, por ende, se puede sugerir
modelación dinámica en software
especializados en 2D y 3D. El análisis
dinámico del suelo-estructura-equipo debe de
formar parte del diseño estructural para
aprobación de construcción de obras como
estaciones de bombeo y plantas industriales en
la localidad.
CONCLUSIONES
Se concluye que para obtener un diseño
óptimo de una cimentación superficial de
equipos vibratorios fundados sobre suelos tipo
D y E es importante controlar las vibraciones
del equipo dinámico y su interacción con el
suelo-estructura, considerando un enfoque
especializado en esfuerzos dinámicos, apoyado
de software de modelado en dos dimensiones
que permita analizar aspectos técnicos como la
rigidez, amortiguamiento, relación de
frecuencia, razón de amortiguamiento y
amplitud de vibración.
Debido a las condiciones específicas del
suelo de la ciudad de Portoviejo algunos
modelos teóricos limitan o dificulta un análisis
más profundo por lo cual se puede recomendar
la utilización de modelo empíricos o
utilización de softwares especializados en tres
dimensiones como Plaxis3D.
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DECLARACIÓN DE CONFLICTO DE INTERESES
Los autores declaran no tener conflictos de intereses.
DERECHOS DE AUTOR
Mero Veliz, O. J., Coveña Quishpi, J. D., & Zevallos Loor, M. G. (2025)
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