VIBRACIONES AMBIENTALES Al igual que cualquier estructura, los edificios vibran de acuerdo a sus propiedades dinámicas. Es importante poder caracterizar estos movimientos vibratorios con miras a modelar de manera acertada el comportamiento de la estructura bajo cargas que cambian instantáneamente con el tiempo, como por ejemplo las producidas por sismos o viento. Los patrones de vibración de un edificio son complejos, por lo que se descomponen en modos de vibración más sencillos, que superpuestos conforman la forma final en que vibrará la estructura. Cada uno de estos modos está definido por medio de tres parámetros: periodo natural (T), amortiguamiento (β) y forma modal (Esquivel L., Schmidt V., 2016). Para el caso de estructuras como los edificios, es obvio que su tamaño no permitiría realizar este tipo de pruebas para medir sus propiedades dinámicas. Es por esto que en años recientes se idearon otro tipo de pruebas, donde se pudieran determinar los parámetros dinámicos sin necesidad de aislar o medir las cargas aplicadas, sino solamente la respuesta. A esto se le llama Análisis Modal Operacional (AMO), otros nombres que se utilizan para denominar este método son: mediciones de vibraciones ambientales (MVA), análisis modal de solo respuesta, análisis de respuesta ambiental o análisis de ruido (Esquivel L., Schmidt V., 2016). La vibración ambiental es la señal sísmica en ausencia de las señales producidas por los terremotos, y a las ondas que lo integran se las llama en inglés, “microtremors”; en castellano se usan con el mismo significado las palabras microtemblores, microvibraciones o ruido cultural (Vizconde A., Cortez M., 2017). Fundamentalmente, estas vibraciones son de muy pequeña amplitud y períodos comprendidos entre 0.10s y 10s. Estas vibraciones en los edificios se suponen en dos categorías: Aquellas que surgen de unas fuentes internas y aquellas que surgen de unas fuentes externas. La mayoría de vibraciones generadas en dentro de un edificio (fuentes internas) son originadas por máquinas (grúas, ascensores, ventiladores, bombas, etc.) y de las actividades de las personas (caminar, saltar, bailar, correr). Externamente o por fuentes externas, las vibraciones son generadas comúnmente por el tráfico en la carretera o de trenes, subterráneos, actividades en construcción (explosión, excavación y compactación de suelos, perforación de tuberías, etc), estruendos de sonido, vientos fuertes, y terremotos (Vizconde A., Cortez M., 2017). Sin embargo, la excitación debida al ambiente normalmente no es controlada lo que produce una falta de estacionariedad o un problema de estabilidad del estado de vibraciones. Esto puede conducir a problemas debido a la no linealidad que presentan la mayoría de las estructuras en la Ingeniería Civil. En cuanto a la amplitud de la excitación producida por el ambiente ésta es significativamente diferente para cada toma de datos, por consiguiente, en los resultados puede existir cierta dispersión, es decir, se pueden introducir pequeños cambios en las frecuencias naturales de la estructura. Las pruebas de AMO se caracterizan por realizarse in situ, no interrumpen el uso normal de la edificación y son del tipo no destructivas. Las cargas aplicadas a la estructura para que esta vibre se originan en el ambiente e incluyen el viento, los microsismos y las actividades humanas, tanto de operación del edificio como externas a él. La respuesta se mide por medio de sensores, comúnmente acelerógrafos, colocados en puntos estratégicos del edificio. Descripción de las Mediciones de Vibraciones Ambientales Se utilizan dos tipos de equipo sincronizados en el tiempo por medio de GPS. Uno que se traslada a los edificios exclusivamente para realizar las pruebas, el cual se denominará equipo portátil y otro instalado permanentemente en uno de los edificios, al cual se referirá como equipo permanente. En las pruebas de vibración ambiental, a través de acelerómetros de alta resolución, se registran las vibraciones producidas en las estructuras debido a condiciones ambientales, por lo que es un método simple y rápido en la obtención de datos, con la ventaja de no interferir en las actividades normales que se realizan en los inmuebles. Las señales captadas por los acelerómetros son transmitidas a unos acondicionadores donde se amplifican y se filtran con el fin de obtener registros claros y adecuados. Empleando diferentes arreglos de acelerómetros que se localizan en puntos de medición seleccionados, es posible determinar las principales propiedades dinámicas de una estructura, entre ellas, sus periodos de vibración (Carrillo W., 2009). Tabla 1: Acelerógrafos utilizados en la Medición de Vibraciones Ambientales. Fuente: (Esquivel L., Schmidt V., 2016) Mediciones y Ubicación con el Equipo Portátil En el caso de las mediciones con el equipo portátil, los acelerógrafos se colocan en un mismo eje vertical, en los puntos inferior, superior y más cercano a la mitad de la altura del edificio. Para cada prueba se utilizaron un total de tres ejes verticales, desplazando la totalidad de los acelerógrafos a cada eje. Imagen 1: Esquema de ubicación de Acelerógrafos en la MVA. Fuente: (Esquivel L., Schmidt V., 2016) Procedimiento (Vibraciones Ambientales) Con el objetivo de determinar los primeros periodos naturales de vibración de la estructura, se registró la vibración ambiental en diversos sitios del mismo. El equipo utilizado para registrar la vibración consistió en una grabadora digital Kinemetrics SSR1, con resolución de 16 bits y seis canales de registro simultaneo. Se utilizaron además seis sensores acelerométricos Kinemetrics FBA-11, con 1G de escala máxima de aceleración (Vizconde A., Cortez M., 2017) los cuales se ubican en la parte más alta de la estructura, es recomendable colocar el sensor con cuidado y sobre una superficie uniforme, la orientación del norte del sensor debe coincidir con la dirección longitudinal de la estructura (Chango D., 2016). Imagen 2: Ubicación del sensor sísmico Fuente: (Chango D., 2016) DECRETO EJECUTIVO 3516 Bibliografía Carrillo W. (2009). Estimación de los Períodos Naturales de Vibración de Viviendas de baja altura con muros de concreto. México. http://www.scielo.org.co/pdf/cein/v19n1/v19n1a03.pdf Chango D. (2016). Análisis Teorico Experimental de la Variación del Perñiodo Fundamental. Quito. https://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/16813/1/CD-7396.pdf Esquivel L., Schmidt V. (2016). Mediciones de Vibraciones Ambientales en tres edificios de concreto reforzado. México. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0185092X2016000200081 Vizconde A., Cortez M. (2017). Estudios de vibración ambiental en edificaciones existentes. Guayaquil. http://edificacionesdecalidad.com/content/estudios-de-vibraci%C3%B3nambiental-en-edificaciones-existentes
