Vibraciones inducidas en la Construcción

Vibraciones inducidas en la construcción

1.1 Generalidades

La mecanización de los procesos constructivos ha sustituido las herramientas manuales por maquinarias, y si bien algunas tareas se han optimizado, mejorado y facilitado, también se han introducido nuevos riesgos que amplifican la posibilidad de algún daño estructural en las construcciones vecinas.

Compresores de refrigeración y aire acondicionado entre otros, emiten intensidades que hasta cierto punto se consideran normales, en ocasiones estas oscilaciones varían y se vuelven más intensas y frecuentes, generando vibraciones en todo el sistema.

Existen casos en que maquinarias industriales han llegado a dañar estructuras, pudiendo provocar consecuencias graves. Estos problemas se volverán más frecuentes e importantes en el futuro debido a que las construcciones serán estructuras más flexibles y livianas, entonces más propensas a entrar en vibraciones.

1.2 Efecto de las vibraciones en faenas de construcción

Toda actividad constructiva provoca vibraciones y en muchos casos, éstas generan fallas en el suelo, fallas en estructuras vecinas o bien, provocan malestar o incomodidad en las personas que son testigos de estos trabajos. Dentro de las actividades del área que producen los mayores inconvenientes están la que tienen uso de explosivos, las demoliciones, procesos de hinca de pilotes y los trabajos con contacto directo al suelo como la compactación de vías.

Se han realizado estudios sobre las faenas más comunes en la construcción y que producen efectos no deseables: la hinca de pilotes y la compactación.

1.2.1 Vibraciones producto de la hinca de pilotes

Según San Martín. G y Boroschek. R (2000) es el suelo quien reacciona de acuerdo al método utilizado para hincar pilotes. La vibración que produce esta faena, mediante martinetes de impacto o vibratorio, está dominada por las ondas de cuerpo (compresión y corte) que se propagan de manera cilíndrica a lo largo del pilote y de manera esférica a la punta del mismo, hasta que se encuentran con otra capa de suelo, o bien, con la superficie.

La figura 1.2 muestra una representación esquemática de distintos tipos de onda propagándose de izquierda a derecha.

Los estudios realizados por San Martin y Boroschek contemplaron parámetros para describir el movimiento del suelo en este proceso, colocando sensores en distintos puntos del sistema y del suelo tal de observar la velocidad de partículas, método que sirve como indicador de la energía entregada al suelo o al sistema. Se concluyó que la hinca de pilotes produce vibraciones con frecuencias entre los 4 [Hz] y 50 [Hz], sin embargo, estas frecuencias dependen mucho de las condiciones en que se trabaja. Con ello se pudo identificar dos fases de vibración para este trabajo en particular, una sobre los 50[Hz] y otra bajo este valor. Se verificó con ello, que la primera fase estaría ligada a la vibración del pilote y mientras que la fase bajo los 50[Hz] lo estaría al suelo.

Figura 1.2 – Ondas de cuerpo (Onda P y Onda S). Ondas de superficie (Onda Love y Onda Rayleigh). Sentido de propagación de izquierda a derecha. Bolt B, Terremotos (1987).

1.2.2 Vibraciones producto de la compactación de las vías

El mantenimiento y el desarrollo vial son unas de las actividades con mayor demanda de las zonas en desarrollo de nuestro país. En toda la extensión del territorio se proyectan nuevas obras de este tipo que satisfacen la demanda de movilidad y transporte, generación de vías de comunicación entre zonas casi olvidadas y garantizar una adecuada condición de transitabilidad en las vías existentes.

Duque. José (2013) realizó un estudio respecto a este trabajo, considerando las vibraciones causadas en tres estructuras cercanas a lugares donde se realizara la faena de compactación. El método utilizado fue realizar mediciones en terreno y dependiente de un sistema de instrumentación para obtener la respuesta de una edificación a cualquier tipo excitación cercana. Dentro de los equipos utilizados se mencionan los acelerómetros, la fuente de adquisición y el computador, lo que en conjunto permitieron visualizar los resultados y procesamiento posterior de los datos.

Con el fin de mejorar las propiedades geotécnicas del suelo se utilizó en esta faena, compactadoras que cuentan con un cilindro metálico liso de gran masa que tiene en su interior masas giratorias que generan una vibración controlada.

El rodillo transmite al suelo una serie de esfuerzos de manera cíclica tipo sinusoidal. Estas vibraciones se transmiten al terreno principalmente en forma de ondas de compresión, que tienen como origen la zona de contacto rodillo-suelo.

Cuando el suelo es sometido a vibración, se producen tres diferentes ondas, un frente de ondas de compresión (ondas P) que se desplaza a mayor velocidad por la fase liquida del suelo, mientras que las ondas de corte (ondas S y las ondas tipo Rayleigh) producen tensiones tangenciales cíclicas que generan un crecimiento de las presiones intersticiales.

En un análisis de la influencia de la distancia como factor importante, se concluye que para las estructuras muestreadas, la distancia donde no se ven afectadas estas construcciones por la faena de compactación de las vías es a no menos de 16[m].

1.3 Casos con problemas de Resonancia

Se entiende la resonancia cuando una fuerza externa a un sistema tiene la misma frecuencia que éste y se encuentran en fase, por lo que se origina una vibración con una mayor amplitud.

El efecto producido de este fenómeno ha llegado a ser destructivo en distintos tipos de edificaciones; colegios, casas particulares, hospitales, puentes entre otros, comprometiendo pérdida considerable de material e incluso pérdidas humanas.

1.3.1 Puente Millenium

El puente Millenium que cruza el rio Támesis en Londres, fue construido en el año 2000, se trata de un puente colgante exclusivamente de uso peatonal, con 325 [m] de longitud hecho en acero que, debido a las restricciones de peso y visión desde el puente, requería cables de apoyo bajo el nivel de la cubierta.

El día de su inauguración cerca de 2.000 personas transitaron al mismo tiempo sobre el puente el cual, en un principio parecía actuar bien hasta que inició una oscilación ligera que se acentuó de un momento a otro. El movimiento se intensificó tal, que quienes estaban sobre él debían intentar no perder el equilibrio. Así y de manera involuntaria, este caminar fue el responsable del balanceo lateral que continuó generándose.

Más adelante se estudió que el número crítico de transeúntes que debía estar en sincronía

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