Las vibraciones en las construcciones

Introducción

Las fuentes de la vibración de la construcción, tales como la trilla, la compactación dinámica, explosión y el funcionamiento del equipo pesado de construcción, pudieran afectar negativamente los edificios circundantes y sus rangos de efecto de las perturbaciones graves de las condiciones de trabajo para los dispositivos sensibles y las personas con daño estructural visible.

Considerables datos han sido recogidos, analizados y publicados con respecto a las vibraciones de fuentes industriales y de construcción.

Introducción (Cont.)

Las ecuaciones empíricas empleadas para la evaluación de las vibraciones del suelo  proveniente de fuentes industriales y de construcción, por lo general sólo permiten el cálculo de una amplitud máxima de las vibraciones verticales y no siempre con suficiente precisión.  Estas ecuaciones no se pueden incorporar a las diferencias específicas de las condiciones del suelo en cada sitio debido a la heterogeneidad y la variación espacial de las propiedades del suelo que afectan en gran medida las características de las ondas propagadas en el suelo de las fuentes de vibración de la construcción e industriales.

Introducción (Cont.)

Svinkin (1996a, 1997) ha originado el método funcional de de predicción (IRFP) para la determinación de completar los registros de dominio de tiempo en los suelos, las estructuras y equipos antes de la instalación de fuentes de vibración de la construcción e industriales.  El método IRFP tiene ventajas significativas en comparación con las ecuaciones empíricas y procedimientos analíticos.

El propósito de este trabajo es discutir los distintos enfoques y su precisión para predecir y calcular las vibraciones del suelo y la estructura antes del inicio de las actividades de construcción.

Introducción (Cont.)

En el mismo analizaremos  las vibraciones inducidas por  construcción que pueden ser perjudiciales para las estructuras adyacentes y la electrónica sensible operando cerca, la construcción de fuentes de vibración con una amplia gama de energía y  velocidad, en función del tiempo, transmitido en el suelo, el análisis de los métodos existentes para la predicción de vibraciones de la tierra y la estructura, muestra que las ecuaciones empíricas para cálculos sólo de las amplitudes de las vibraciones del suelo vertical no son suficientemente precisas.

Introducción (Cont.)

Este estudio además presenta la aplicación del concepto de función de impulso de respuesta para resolver el problema geotécnico del terreno y la predicción de vibraciones de la estructura antes de la instalación de fuentes de vibración, las funciones de impulso-respuesta reflejan el comportamiento real de los suelos y estructuras sin la investigación de las propiedades del suelo y la estructura.  Un procedimiento se presenta para calcular suelo previsto y vibraciones de la estructura.  Se halló un buen acuerdo entre los registros previstos y los medidos.

Las Fuentes de las Vibraciones

Los martillos de impacto son las fuentes más comunes de las vibraciones de la construcción. La energía nominal máxima de los martillos más utilizados para hincar pilotes varía de 5 a 200 kJ por golpe.  Existen dos tipos de frecuencias que se observan en la aceleración de la pila y los registros de velocidad.  Las vibraciones de alta frecuencia de unos 300 a 700 Hz son generados por el sistema de martillo sobre un colchón.  

Los martillos vibratorios para colocar pilotes sin desplazamiento por lo general tienen baja a moderada amplitud de la fuerza y las frecuencias de operación por encima de 20 Hz.  

Las Fuentes de las Vibraciones

Los pilotes de desplazamiento son conducidos por martillos vibratorios con frecuencias de alrededor de 10 Hz y la frecuencia con amplitudes de fuerza mucho mayor.  

La resistencia del suelo a la pila de la penetración y el efecto de la vibración sísmica pilotes hincados dependen sustancialmente de las condiciones del suelo, el tipo de pila y el modelo de martillo vibratorio.

Las Vibraciones del Suelo

Las fuentes de las vibraciones de la construcción generan la compresión, cizalla y las ondas de Rayleigh. Las ondas de Rayleigh tienen el mayor interés práctico para los ingenieros de diseño, ya que la construcción de bases se coloca cerca de la superficie del suelo y las ondas Rayleigh son ondas superficiales en las que las partículas se mueven transversales a la dirección de la onda.  Además, las ondas de Rayleigh contienen aproximadamente el 70% de la energía total de la vibración y se convertirse en predominante frente a otros tipos de ondas  a una distancia relativamente pequeña de la fuente de vibración por lo que causan mayores daños en las estructuras.

Las Vibraciones del Suelo

Las vibraciones del suelo son en su mayoría vertical cerca de la fuente de las cargas de impacto vertical, pero a medida que aumenta la distancia, las vibraciones del suelo vertical y horizontal convertido en magnitudes similares, y en algunos lugares en la superficie del suelo, la amplitud de las vibraciones horizontales podría ser hasta tres veces mayor que el de las vibraciones verticales.  Las ondas viajan en todas direcciones desde la fuente de las vibraciones que forman una serie de olas bastante armónica con la frecuencia dominante igual o cercana a la frecuencia de la fuente.  

Las Vibraciones del Suelo

La proximidad de la frecuencia de las vibraciones del suelo horizontal a una de las frecuencias naturales del edificio puede generar las condiciones de resonancia en ese edificio.  Por otra parte, las vibraciones verticales de tierra pueden causar peligrosos asentamientos estructurales. Todo esto puede conducir a la falla o colapso definitivo de las estructuras. Considerables datos han sido recopilados y publicados con respecto a las vibraciones intolerables y los asentamientos industriales y de construcción de fuentes.

Para evitar el efecto inaceptable de vibraciones de la construcción, es importante  predecir con precisión las vibraciones que llegan a través del suelo, generada por fuentes adyacentes a dicha estructura.

Ecuaciones de Golitsin

En 1912, Golitsin propuso la siguiente ecuación para calcular la reducción de la amplitud de las ondas de Rayleigh, generado por un terremoto, entre dos puntos a distancias r 1 y r 2 de la fuente como

                                                (1)

 Cuando

  A 1 = amplitud de las vibraciones a una distancia r 1 de la fuente

...