Monitorización de vibraciones en una estructura

 

Representacion onda sísimica

Muchas actividades diarias que ocurren en una sociedad industrializada generan vibraciones: tráfico de toda clase de vehículos, cercanía a vías de tren, proximidad de maquinaria de construcción, zonas de gran actividad industrial e incluso proximidad a canteras donde se producen frecuenten voladuras como parte de su actividad de explotación.

Estas vibraciones pueden generar molestias a las personas y daño estructural. El potencial de efectos perjudiciales depende de diversas características de estas vibraciones: por un lado amplitud, frecuencia, duración y por otro de las propiedades de comportamiento dinámico de los sistemas que excitan (frecuencia de resonancia y resistencia de la estructura).

Resumiendo, es el sistema que compone fuente emisora-suelo transmisor-estructura el que determina en conjunto el efecto del fenómeno vibratorio.

A nivel operativo, para los técnicos generalmente no nos es factible –por tiempos y costes– realizar evaluaciones detalladas de las componentes a predecir, y así poder controlar los efectos de las vibraciones en la estructura. Se recurre entonces a leyes empíricas generalizadas, recomendaciones genéricas y normas para evaluar si las vibraciones generadas por actividad humana pueden tener efectos dañinos sobre las estructuras y las personas.

inca
Ejemplo real de hinca de tablestacas en zona urbana (Gijón) donde las vibraciones producidas fueron monitorizadas en tiempo real vía web utilizando Plataforma kBuilding.es

Si nos centramos en países europeos, cada uno aboga por tener su propia normativa:

  • Alemania – DIN 4150 ha publicado varios criterios de niveles máximos de vibración, el primero en 1975, el cual fue desglosado (3 partes) y actualizado en 1999 y 2001. Los valores indicativos recomendados por la DIN 4150:1975 dependen del tipo de edificación. Una de las características importantes en esta norma es la inclusión de valores máximos (de partícula y pico vertical) para edificaciones históricas
    Las actualizaciones de la norma DIN mencionadas son:

    • Predicción de los parámetros de medición (DIN, 2001-b)
    • Efectos en las personas dentro de edificaciones (DIN, 2001-c) y
    • Efectos en estructuras (DIN, 2001-a).
  • Escocia – PAN50 desarrollada y publicada en febrero de 2000, se basa en los estándares: BSI (British Standard Institute) BS-6472 de 1992 y BS-7385 partes 1 (sobre la medición). y 2 (sobre los efectos) de 1993. Los puntos principales tratados en esta norma en cuanto se refiere a vibraciones producidas por voladuras son:
    • Lugar donde se debe realizar las mediciones.
    • Los niveles de amplificación en estructuras, se definen en un rango de frecuencias entre 5 y 40 Hz donde las estructuras pueden amplificar los movimientos del suelo y es probable que se presente daño cosmético.
    • Los umbrales y tipos de daños en las viviendas producidos por vibraciones.
    • Los efectos de la geología en las vibraciones inducidas por voladuras.
  • España – UNE 22-381-93 La norma española “Control de vibraciones producidas por voladuras” (AENOR, 1993), tiene como objetivo principal establecer un procedimiento de estudio y control de las vibraciones producidas por voladuras en trabajos de explotación de minas, canteras, obras civiles, demoliciones y otras técnicas que requieran el uso de explosivos.
  • Suiza SN 640 315a La norma de Suiza fue elaborada para ser aplicada a las vibraciones causadas por: voladuras, maquinaria y tráfico y que pueden causar daño cosmético en la edificación. Al igual que la mayoría de las normas de control de vibraciones, no tiene en cuenta: la percepción humana, los daños en equipos delicados, y los efectos en suelos blandos de las vibraciones causadas por las fuentes antes mencionadas.
  • Suecia SS 460 48 66 La norma sueca tampoco considera las molestias causadas a humanos, ni el riesgo de equipos sensibles a vibración, pues solo contempla el efecto de las vibraciones producidas por voladuras sobre las edificaciones.
    Esta norma esta sustentada en cientos o miles de observaciones en el lecho rocoso escandinavo, donde se han podido estimar con buena certeza niveles de daño en las estructuras. Esto ha hecho que la norma tenga en cuenta varios tipos de estructuras geológicas, que otras normas no han tenido en cuenta; sin embargo, el no incluir información de frecuencias y de otras componentes diferentes a la vertical hace que sea desactualizada respecto a los estándares actuales.

Resumiendo, en algunos casos la normas existentes están orientadas exclusivamente a la valoración de vibraciones provocadas por voladuras y en otros además se tiene en cuenta  las vibraciones ocasionadas por tráfico, vías de ferrocarril, obras de construcción, etc. y su impacto en las personas afectas por su área de influencia.

Tipo de sensor y que magnitud debemos monitorizar.

En general el tipo de sensor que se debe utilizar depende de la aplicación particular. En el área de vibraciones de estructuras –dinámica estructural– lo habitual es medir las aceleraciones, las cuales están relacionadas directamente con las fuerzas inerciales en las estructuras; sin embargo, en vibraciones causadas por actividad humana, como voladuras en canteras, tráfico de vehículos, maquinaria de obra civil, etc., el objetivo es la realizar una comparación de los datos obtenidos con normas, las cuales plantean en todos los casos el uso de sensores de velocidad (Vpp).

maletin
Equipo portátil de Monitorización de Vibraciones. Plataforma kBuilding.

La explicación para medir velocidad parte de la relación entre velocidad de vibración –velocidad de partícula o resultante– y esfuerzos, en el caso idealizado de una onda plana en un medio elástico infinito, está dada por σ = εE, ε = û·/c, σ = ûE/c, siendo σ el esfuerzo, ε la deformación, E el módulo de elasticidad, û la velocidad de partícula y c la velocidad de propagación de la onda sísmica. En resumen, para un substrato geológico determinado y un tipo de edificación (lo que implica velocidad de propagación y módulo de elasticidad constante), la velocidad de vibración de partícula es la variable decisiva, es decir es la que determina los esfuerzos, los que pueden ser los causantes de daños.

Un comentario en “Monitorización de vibraciones en una estructura

  1. Muy buen artículo, sobre todo porque es de gran aplicación a todas las obras de excavación en entornos urbanos, que según el Código Técnico, deben tener controlados los niveles máximos de vibraciones.

Responder

Por favor, inicia sesión con uno de estos métodos para publicar tu comentario:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s