COMPORTAMIENTO Y MITIGACIÓN DE LAS VIBRACIONES EN TUBERÍAS.

COMPORTAMIENTO Y MITIGACIÓN DE LAS VIBRACIONES EN TUBERÍAS.

1. INTRODUCCIÓN

“Control de vibraciones producidas en tuberías” establece unos criterios de prevención de daños en estructuras próximas al lugar donde se produce el daño y en las mismas tuberías.

Los tipos de estructuras considerados son:

GRUPO I: Edificios y naves industriales ligeras con estructuras de hormigón armado o metálicas.

GRUPO II: Edificios de viviendas, oficinas, centros comerciales y de recreo, cumpliendo la normativa legal vigente. Edificios y estructuras de valor arqueológico, arquitectónico o histórico que por su fortaleza no presenten especial sensibilidad a las vibraciones.

GRUPO III: Estructuras de valor arqueológico, arquitectónico o histórico que presenten una especial sensibilidad a las vibraciones por ellas mismas o por elementos que pudieran contener.

Los límites del criterio de prevención de daños se recogen en la siguiente tabla:

VALORES FRECUENCIA (Hz)

LÍMITES DEL 2 - 15 15 - 75 >75

CRITERIO VELOCIDAD (mm/s) DESPLAZ. (m) VELOCIDAD (mm/s)

GRUPO I 20 0.212 100

GRUPO II 9 0.095 45

GRUPO III 4 0.042 20

En los tramos de frecuencia comprendida entre 15 y 75 Hz, se podrá calcular la velocidad equivalente, v, a través de la ecuación:

v = 2  f d,

siendo;

f: frecuencia

d: desplazamiento indicado en la tabla

Pero dicha norma UNE añade una NOTA en la que hace referencia al resto de estructuras no incluidas en la misma y que dice textualmente: “Para el resto de estructuras el estudio de vibraciones se ajustará a los criterios de la Administración encargada de velar por la seguridad de las personas y las instalaciones, en función del objetivo del proyecto y del tipo de estructuras que previsiblemente puedan estar afectadas”.

Este es el caso, por ejemplo, de las tuberías enterradas, caso que vamos a estudiar a continuación.

2. DEFORMACIÓN DE UNA TUBERÍA BAJO TIERRA COMO CONSECUENCIA DE LAS VIBRACIONES GENERADAS POR LAS VOLADURAS.

Si registramos la velocidad de vibración en una tubería enterrada y la comparamos con la velocidad de vibración obtenida en la superficie del terreno donde está enterrada dicha tubería y después representamos estas velocidades en función del tiempo, observamos que la duración y la frecuencia son similares en ambos casos.

FIGURA 1: GENERACION DE VIBRACIONES EN UNA TUBERÍA ENTERRADA

Generalmente las tensiones originadas en una tubería enterrada serán las mismas que se originan en el terreno que rodea la tubería.

Una tubería enterrada en las inmediaciones de una voladura se ve sometida a diferentes tipos de tensiones.

Uno de estos tipos de tensiones (figura 2) son las producidas según el eje de la tubería cuando las ondas P se propagan paralelamente a dicho eje. Estas tensiones hacen que la tubería se vea sometida a deformaciones por compresión y tracción.

Otro tipo de tensiones (figura 3) son las producidas perpendicularmente al eje de la tubería cuando las ondas S se propagan paralelamente a dicho eje. También se producen tensiones verticales y paralelas al eje de la tubería (figura 3) cuando las ondas Rayleigh se propagan paralelamente a dicho eje. La tubería entonces se ve sometida a deformaciones por fuerzas actuando a compresión y por fuerzas de tracción añadidas.

Finalmente, también se pueden producir tensiones en la tubería cuando las ondas P, S o Rayleigh se propagan perpendicularmente a la dirección del eje de la misma. En este caso la tubería se ve sometida a deformaciones circunferenciales (figura 4).

Las deformaciones producidas en la tubería cuando las ondas se propagan paralelamente al eje de la misma se presentan en una dirección perpendicular a las producidas cuando las ondas se propagan perpendicularmente al eje de la tubería.

El desarrollo posterior se basa en la consideración de que la tubería enterrada es flexible y que se deforma conjuntamente con el medio que la rodea lo que induce en ella unas tensiones que son función de dicha deformación. Por tanto suponemos que la tubería enterrada no posee grados de libertad y no existe fenómeno de resonancia en la tubería.

Hay una gran variedad de tuberías dentro de este tipo (tuberías de hormigón para traídas de aguas y alcantarillado, tuberías de acero soldadas para gaseoductos y oleoductos,....). En cada caso habrá que considerar además de la tubería principal, los elementos secundarios tales como válvulas, juntas aislantes, vainas, respiraderos, purgas, elementos para protección catódica, .....

Las deformaciones producidas por las ondas S y R que se propagan paralelamente al eje de la tubería se calculan a partir de la deformada y las producidas por las ondas P que se

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