Aplicaciones a Las Vibraciones Mecanicasdocx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

FACULTAD DE ING. CIVIL

ESCUELA PROFESIONAL DE ING. CIVIL

TRABAJO DE INVESTIGACION:CURSO: DINAMICADOCENTE: ING IVER PORTUGAL

TEMA:

INTEGRANTES:BAUTISTA MUÑOZ, CYNTHIA L.

SENCARA DE LA CRUZ JOSELYN

CARPIO OVIEDO, JAMIE D.

CULQUIPOMA RODRIGO, PEDRO M.

DIAZ CONDORI, JHON F.

“VIBRACIONES MECANICAS”APLICADAS EN LA ING. CIVIL

VIBRACIONES MECANICAS APLICADAS EN LA ING. CIVIL

INDICE1. INTRODUCCION2. VIBRACIONES MECANICAS

2.1 CLASIFICACIONES2.2 CAUSAS DE LAS VIBRACIONES MECANICAS

2.2.1 El desbalance dinámico2.2.2 La flojedad

2.3 PRINCIPIOS BASICO PARA EL ANALISIS DE VIBRACIONES2.4 SIMBOLOGIA

3. APLICACIONES A LA ING CIVIL.3.1 AMORTIGUAMIENTO DE UN MATERIAL

3.1.1 Estructuras sismos resistentes.3.1.2 Sistemas de amortiguamiento de sismos.3.1.3 Propuesta para el control de vibraciones de estructuras de gran altura.

3.2 ANALISIS MODAL DE UN EDIFICIO3.2.1 Vibraciones complejas en un edificio.3.2.2 Vibraciones del piso.3.2.3 Efecto de un terremoto sobre un edificio.3.2.4 Resumen.

3.3 ANALISIS SISMICO EN REPRESAS3.3.1 Modos de vibración.3.3.2 Formulación del problema dinámico.

3.4 ANALISIS SISMICO EN TANQUES DE AGUA.3.4.1 Vibraciones en los líquidos en tanques de almacenamiento.3.4.2 Análisis de oleaje en la superficie libre

3.5 TUNELES DE VIENTO (Análisis Computacional Bajo Cargas de Viento)3.6 ACCION DEL VIENTO EN LOS EDIFICIOS ALTOS3.7 CARGAS DE IMPACTO

3.7.1 Algunos escenarios frecuentes.3.7.1.1 Impacto accidental sobre edificios e instalaciones.3.7.1.2 Fenómenos a considerar.

3.7.2 Ejemplo de aplicación.3.8 ACCION DEL VIENTO EN LAS TORRES DE ALTA TENSION

3.8.1 Torres de alta tensión.3.8.2 Vibraciones eólicas en líneas de tensión.3.8.3 Amortiguamiento de las vibraciones.3.8.4 Características de diseño.3.8.5 Torres de anclaje.

Anexo3.9 VIBRACIONES MECANICAS EN TUBERIAS3.10 VIBRACIONES MECANICAS DEBIDAS AL TRAFICO VEHICULAR3.11 APLICACIONES A FENOMENOS DE REOSNACIA

4. BIBLIOGRAFIA

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1. INTRODUCCION:El tema de vibraciones mecánicas es un tema muy amplio al cual se han dedicado estudios completos, esta introducción expone de forma relativamente sencilla aspectos aplicativos de las vibraciones mecánicas en la ingeniería civil.

Se perfilan diversos tipos de análisis de vibraciones en un sistema, los sistemas que ayudarán a comprender los métodos de cálculo de la acción de los sismos sobre las estructuras basados en sus efectos dinámicos, aplicaciones que intervienen en el de ingeniería civil; Aquí aprenderemos que la mayoría de las máquinas y estructuras experimentan vibraciones hasta cierto grado por lo que su diseño requiere la consideración de este efecto dinámico debido a que ocasiona un aumento en los esfuerzos y tensiones.

Todas las estructuras mecánicas y estructurales, son susceptibles de experimentar problemas de vibraciones (resonancia).

Los esfuerzos dinámicos producidos por las vibraciones, además de ser alternativos (fatiga).

Pueden ser varias veces mayores que los esfuerzos estáticos (Amplificación dinámica)

Los problemas de vibración generalmente se traducen en altos costos de operación y mantenimiento debido al desgaste prematuro y/o la falla.

Un sistemaestructural bien diseñado puede vibrar en un rango específico sin producir mayores problemas.

Las mediciones de vibración pueden dar información sobre la condición de los equipos y pueden ayudar a diagnosticar o evitar una falla.

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2. VIBRACIONES MECANICAS.Una vibración mecánica es el movimiento de una partícula o cuerpo que oscila alrededor de una posición de equilibrio.Una vibración se produce cuando el sistema en cuestión es desplazado desde una posición de equilibrio estable, el sistema tiende a retornar a dicha posición, bajo la acción de fuerzas de restitución elástica o gravitacional, moviéndose de un lado a otro hasta alcanzar su posición de equilibrio. El intervalo de tiempo necesario para que el sistema efectúe un ciclo completo de movimiento se llama periodo de vibración, el número de ciclos por unidad de tiempo define la frecuencia y el desplazamiento máximo del sistema desde su posición de equilibrio se denomina amplitud de vibración.

2.1 CLASIFICACIONES:Las vibraciones mecanica se clasifican en:

Vibraciones libres: Si en un sistema intervienen las fuerzas inerciales, restauradoras y/o amortiguadoras, entonces se dice que este sistema posee una vibración libre. Cuando un sistema vibra debido a una excitación instantánea.

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VIBRACIONES MECANICAS

LIBRE

FORZADA

NO AMORTIGUADA

AMORTIGUADA


Ésta a su vez se puede dividir en No amortiguada y amortiguada, dependiendo de la presencia o no de la fuerza amortiguadora.

Vibraciones forzadas: Si en un sistema intervienen las fuerzas inerciales, restauradoras, y/o amortiguadoras y periódicas, entonces se dice que este sistema posee un vibración forzada. Cuando un sistema vibra debida a una excitación constante.

Ésta a su vez se puede dividir en No amortiguada y amortiguada, dependiendo de la presencia o no de la fuerza amortiguadora.

Fenómeno de resonancia:Es el fenómeno que sufre un cuerpo capaz de vibrar, cuando su frecuencia interna coincide con la frecuencia de la fuerza externa.

Este concepto de resonancia hace alusión a “volver a sonar” es decir amplificar el movimiento.

Cuando frecuencias son iguales se da una amplitud la cual podría destruir al cuerpo.

2.2 CAUSAS DE LAS VIBRACIONES MECANICAS:

2.2.1. El Desbalance Dinámico.Este tipo de vibración mecánica en las máquinas rotatorias produce fuerzas

centrífugas (dirección radial) que cambian de dirección en el espacio, conforme gira la máquina. El comportamiento de este tipo de fuerza es senoidal (cíclico) y depende de la frecuencia de vibración de la máquina. Otro elemento que puede provocar vibraciones es el des alineamiento en los elementos rotativos. Este caso se da por ejemplo, cuando no existe paralelismo entre un eje y sus chumaceras; lo que provoca un aumento en la magnitud de vibración de los apoyos o calentamiento en las chumaceras. Otra fuente importante que puede llegar a producir aumento en las vibraciones es:

2.2.2. La Flojedad. Este fenómeno se da cuando existen desajustes en los elementos de

transmisión, tales como: fajas, cadenas, ruedas dentadas y acoples. Estos desajustes provocan que los elementos se aflojen, iniciando un proceso de aumento de la magnitud de vibración en los elementos de apoyo

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(chumaceras).Una causa muy común de vibraciones consiste en las fallas en las Chumaceras.Debido a que estos elementos son los que soportan la carga de los ejes, están propensos a fallar por desgaste, calentamiento o por consecuencia de desalineamientos y desbalances en los ejes.

2.3 PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES.

El Análisis de Vibraciones requiere de toda la información necesaria del equipo que se desea monitorear. La información útil para el análisis es:

El tipo de rodamientos. Las velocidades de giro. Las condiciones de apoyo. Potencia del equipo. Condiciones de Carga

2.4 SIMBOLOGIA:

Т = periodo

K = coeficiente de fricción del resorte

Тn = periodo de vibración libre

W= frecuencia angular

m = masa

W = peso, carga

t = tiempo, espesor, dirección tangencial

a = aceleración

c = coeficiente de fricción del amortiguador

Fn = frecuencia natural

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3. APLICACIONES:

3.1. AMORTIGUAMIENTO DE UN MATERIAL.

3.1.1 ESTRUCTURAS SISMORESISTENTES.

La construcción de infraestructuras en zonas de sismicidad elevada conlleva la aparición de acciones sísmicas sobre sus estructuras. La consideración de estas cargas y la determinación de los esfuerzos que producen sobre las estructuras son fundamentales en el proyecto de cualquier estructura. En este sentido, realizamos cálculos sísmicos de estructuras importantes (puentes, túneles, pasarelas, edificios,…) que se encuentran en zonas de elevada sismicidadEn esencia, un sismo es una vibración del suelo (un conjunto de fuerzas horizontales que se aplican sobre la rasante de un edificio). Como tal, tiene una frecuencia y aceleración máxima características.

¿Cómo repercute esa vibración sobre una determinada estructura?

Está claro que la vibración del suelo se transmitirá a toda la estructura a través de sus soportes (pilares y muros), y, como consecuencia de ella, las principales masas de la misma (principalmente, los forjados), se moverán o desplazarán de forma relativa respecto al suelo (al que supondremos fijo). Es decir, podríamos simplificar todo el

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sistema suponiendo que un sismo “genera” fuerzas horizontales en los forjados o pórticos de la estructura de magnitud determinada y, además, variables en el tiempo.De una forma muy aproximativa, podría asimilarse cualquier estructura a un péndulo invertido, sometido a una vibración en la base. El péndulo describirá un movimiento oscilatorio que progresivamente se irá amortiguando hasta desaparecer, recuperando la posición de equilibrio inicial (obviamente cuando cesa la acción sísmica o de excitación). Se sabe que no todos los péndulos (y no todos los edificios), responden del mismo modo ante una vibración en la base. De hecho, cada estructura posee una frecuencia propia o natural, determinada fundamentalmente por su rigidez y altura, a la que vibrará (oscilará) frente a cualquier excitación a la que se someta.En concreto, la relación entre la aceleración de base (sísmica) y los desplazamientos que experimentan las masas de la estructura, depende únicamente de esa frecuencia propia y del amortiguamiento de la estructura.

Quizá esto le haya sorprendido. Si creía que su edificio estaba resuelto por gruesos pilares y vigas, indeformables (a priori es lo que parece), se equivoca. Todas las estructuras, incluso las de hormigón armado son elásticas, es decir, pueden deformarse y moverse recuperando después la posición inicial. Es bastante intuitivo suponer que “hace falta” mucha fuerza para deformar esa estructura, que es

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precisamente lo que induce un terremoto. Si creía que no se podía complicar más el asunto se equivocaba. Hasta ahora, se ha manejado la “simplificación” del sistema estructural a un solo grado de libertad (una sola posibilidad de movimiento del edificio u oscilador idealizado). En ese caso, hablábamos de la frecuencia propia o natural del edificio. En realidad, las estructuras son tridimensionales y pueden desplazarse o deformarse en las 3 direcciones del espacio (grados de libertad), además de poder girar respecto a sí mismas con varios ejes de rotación diferentes.3.1.2 SISTEMAS DE AMORTIGUAMIENTO DE SISMOS:El concepto principal en la aislación de la base es reducir la frecuencia fundamental de la vibración estructural a un valor más bajo que las frecuencias que contiene la energía predominante de los movimientos sísmicos. El otro objetivo de los sistemas de aislación es proporcionar un medio para la disipación de energía, reduciendo así la aceleración transmitida a la superestructura.Una de las desventajas de las aislaciones de base es que, en la mayoría de los casos, deben ejecutarse antes de la construcción del edificio, mientras que los sistemas de control de vibraciones se pueden colocar después si se dan.

3.1.3 PROPUESTA PARA EL CONTROL DE VIBRACIONES DE ESTRUCTURAS DE GRAN ALTURA:

El diseño de estructuras conlleva a considerar varios aspectos tales como efectos gravitatorios y cargas adicionales. En algunos casos se puede emplear sistemas de aislación y control de vibraciones para dar mayor protección a la estructura frente a aspectos como vientos, mareas, sismos.

Sistemas de aislación: Colocados en la base de la estructura, sirven como su nombre lo indica de aislante de los edificios.

Los apoyos de goma laminada, transmiten las cargas verticales del edificio y absorben la energía sísmica, además de evitar las vibraciones producidas por el viento. Las capas de acero acotan los desplazamientos verticales de la goma. De preferencia estos tienden a ser circulares.

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Amortiguadores compuestos, a diferencia de los anteriores poseen un material voscoelástico que acumula elásticamente la energía de deformación y lo demás lo disipa a través de fuerzas viscosas. Estos son adecuados para vibraciones producidas por el tránsito vehicular (Alta frecuencia)

Sistemas de fricción puros, que se basan esencialmente en los mecanismos de deslizamientos friccionales, ofrecen resistencia al movimiento y disipan la energía. El sistema de fricción pendular es similar, solo que la superficie esférica será la encargada de friccionar el movimiento.

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Sistemas de control de vibraciones: Que son colocados en la misma estructura, y no en la base como los sistemas de aislación.

Amortiguadores histeréticos, que utiliza las características de los anteriores modelos mencionados. Utiliza la propiedad de ser estructuras metálicas que presentan deformación inelástica en sus componentes. La idea de utilización es la disipación de energía sísmica se produzca en los amortiguadores mismos, disminuyendo la adsorción a la estructura. Pueden ser además condicionados a determinados factores como la frecuencia de excitación, temperatura de operación y nivel de deformación; esto se da en el caso de amortiguadores viscoelásticos. Los amortiguadores viscosos, la disipación de energía se da en el fluido mediante el deslizamiento de un pistón, tal y como podemos observar en las figuras siguientes.

Los amortiguadores de masa sintonizados son elementos consistentes en una masa, un resorte y un amortiguador viscoso, colocados en el sistema vibrante principal a fin de atenuar la vibración no deseada en la frecuencia determinada. Al sintonizar dicha frecuencia se logra que el sistema principal vibre en resonancia, disipando la energía absorbida por este mecanismo.

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Ejemplos del empleo de estos sistemas:

Torre Crystal: Ubicado en Osaka, Japón. Se caracteriza por sus bases de hormigón reforzado y la estructura sobre el nivel de piso de acero. El periodo fundamental oscila de 4,7 s dirección N-S y 4,3 s dirección E-O. El amortiguador instalado es un amortiguador de masa sintonizado de tipo pendular, con distintas masas en dos dirección.

Shin-Yokohama Prince Hotel: Este edificio tiene una altura de 149,35 m y su sección transversal es circular de diámetro 38,2 m. La frecuencia fundamental es 0,31 y 0,32 en las direcciones x e y respectivamente. El aislador está ubicado en el último piso y es un conjunto de 30 cilindros de 2 m de diámetro y 2 m de altura. Cada cilindro tiene 9 capas de 0,22 m con una altura de agua de 0,124 m. Cada capa esta dividida en 12 secciones por salientes radiales para aumentar la disipación de energía. La masa del líquido es el 1% de la masa generalizada fundamental de la estructura. Se alcanza una reducción del 50 % en la aceleración cuando la velocidad del viento es 25 m/s. Cuando la velocidad de viento aumenta, la reducción de la aceleración es mayor.

3.2. ANALISIS MODAL DE UN EDIFICIO.

Existen varios “modos” o “formas “en los que una estructura puede vibrar u oscilar frente a una excitación sísmica determinada. Cada modo tiene además una deformada característica y una frecuencia de vibración asociada diferente. En realidad, una estructura sometida a un sismo vibrará según una combinación de diferentes modos de vibración. La extinta norma NCSE-94 solo estudiaba los 3 modos de vibración “fundamentales” de una estructura, pues consideraba que son los más destructivos y que los restantes no tienen influencia practica ninguna. De hecho, el primer modo de

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vibración coincide con la frecuencia natural o propia del edificio, es decir, aquella a la que se supone que responderá de forma prioritaria.

Se denomina análisis modal a las técnicas utilizadas para determinar los modos normales y sus respectivas frecuencias naturales de vibración. El análisis modal de las estructuras pasa necesariamente por una modelización matemática. La técnica más utilizada es el método de elementos finitos que consiste en dividir el continuo en un número finito de elementos (de allí su nombre) articulados entre sí.

3.2.1VIBRACIONES COMPLEJAS DE UN EDIFICIO:Todas las estructuras que poseen masa y elasticidad son capaces de vibrar. Estas vibraciones pueden ser excitadas por fuentes tales como motores, compresores, vientos, terremotos, etc. Si la frecuencia de estas fuentes de vibración coincide con una de sus frecuencias naturales de vibración, la estructura entra en resonancia y su amplitud de vibración puede alcanzar magnitudes lo suficientemente grandes para dañar o incluso destruirla. Para evitar la resonancia es necesario conocer las frecuencias naturales de vibración de los diferentes modos de vibración de la estructura como también el espectro de frecuencias de las fuentes de vibración con las que la estructura puede entrar en contacto.

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Un recurso complementario es realizar ensayos experimentales sobre la estructura real o sobre un prototipo y comparar los resultados teóricos con los medidos. Esta comparación permite a su vez mejorar la elaboración de futuros modelos.

Vibraciones en los edificios. La vibración de un edificio produce en todas las personas una sensación molesta. Una vibración de una cierta intensidad hace temer que se produzca el derrumbe de la estructura, aunque este miedo, en la mayoría de los casos, no está justificado porque generalmente son ocasionados por pequeños desplazamientos y esfuerzos. Una vibración notable es, no obstante indeseable debido al efecto psicológico desagradable que produce.

En un edificio existen dos clases de vibraciones: las que provienen de una fuente interna y las que provienen de una fuente externa. La mayor parte de las vibraciones que se generan en el interior de los edificios son provocados por máquinas (ascensores, ventiladores, bombas, etc.) o por los ocupantes (la marcha, el salto, la danza, la carrera). Las fuentes de vibraciones externas son generalmente debidas a: tráfico en calles o rutas y ferrocarriles, actividades relacionadas con la construcción, los vientos muy fuertes y los temblores de tierra. Estas vibraciones pueden producir desde solamente una sensación de desagrado de los ocupantes hasta daños en el funcionamiento de ciertos instrumentos o en la estructura del edificio.

Los parámetros más importantes en la vibración de un edificio, como en cualquier estructura, son:

las frecuencias naturales.las formas de los modos.El amortiguamiento.

Las frecuencias naturales de un edificio son las frecuencias de sus oscilaciones libres. Cuando la frecuencia de la fuente externa coincide con una de las frecuencias

naturales, la estructura (o una parte de la estructura) toma la forma del modo en que éste oscila libremente en esa frecuencia.

En la figura 1 se muestra un modelo simplificado que se utiliza para estudiar las oscilaciones transversales en el plano

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del papel de un edificio de cuatro pisos. Se supone que la masa de cada uno de los pisos, incluyendo las terminaciones, divisiones y vigas, y además las porciones de columnas y muros que constituyen la mitad inferior y superior del nivel considerado se encuentran concentrados en el centro de masa de la losa respectiva. Se supone que las estructuras verticales pueden sufrir deformación transversal o de corte y que la losa es infinitamente rígida en su plano. Las masas mi y los esfuerzos de corte Gi son en general diferentes en los diferentes pisos. En este modelo las masas mi solamente pueden tener desplazamientos laterales i. El sistema tiene cuatro grados de libertad. Las ecuaciones de movimiento para las cuatro masas forman un sistema homogéneo de cuatro ecuaciones con cuatro incógnitas.

Este sistema homogéneo tiene solución solamente para cuatro valores de la frecuencia, denominadas frecuencias naturales de oscilación. Para cada una de estas frecuencias el sistema tiene una forma característica de vibración denominada modo. En la figura 2 se muestran los tres primeros modos de oscilación del edificio de cuatro pisos. Los modos se ordenan de acuerdo a valores crecientes de la frecuencia. La frecuencia más baja se denomina frecuencia fundamental. Una regla empírica para estimar la frecuencia fundamental f1 de un edificio es

f1 =10/N (1)

Donde: N es el número de pisos

f1 la frecuencia en Hertz..

Cuando sobre el edificio actúa una fuente externa que varía sinusoidalmente con una frecuencia próxima a una de las frecuencias naturales de oscilación de la estructura, se producen generalmente vibraciones de gran amplitud. Este fenómeno, llamado resonancia, debe ser evitado. El amortiguamiento es siempre bueno en los edificios y en cualquier estructura porque reducen la amplitud de la vibración. El amortiguamiento es un fenómeno asociado con la fricción y las micro-fracturas internas que no es simple de estimarlo a priori. Los valores que se le asigna al amortiguamiento en estos modelos son aproximados y están generalmente basados en mediciones experimentales en los edificios. Las estructuras modernas tienen en general menos amortiguamiento que las estructuras antiguas. Esto se debe a los revestimientos más livianos, losas de mayor tamaño, menos particiones, etc. Todas las estructuras tienen un amortiguamiento propio, pero hay dispositivos que incrementan el amortiguamiento disipando energía cuando la estructura se mueve.

3.2.2 Vibración del piso. Dentro de las vibraciones de un edificio ocupa un lugar destacado la vibración del o de sus pisos. La vibración del piso es el movimiento oscilatorio del piso alrededor de su

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posición de equilibrio. Cuando todo el edificio se mueve, en uno de sus modos de vibración que describimos en la sección anterior, el piso también se mueve. Sin embargo, el piso puede tener un movimiento independiente o superpuesto al movimiento del edificio como un todo.

Las vibraciones de un piso son desplazamientos transversales similares a las vibraciones de las placas de Chladni. Al igual que en estas placas el movimiento de un piso es complicado pero, como toda estructura, puede describirse como la superposición de las oscilaciones de modos diferentes, cada uno con su propia forma de vibrar y con su propia frecuencia. Cuando el piso oscila en un modo determinado se puede dividir al piso en paneles separados entre sí por líneas nodales.

Los paneles adyacentes a las líneas nodales vibran en sentidos diferentes (ver figura 3). Los paneles son grandes para los modos de baja frecuencia (la longitud del panel es del orden de la mitad de la longitud de onda) y pequeño para los modos de alta frecuencia. Si el piso se pone a vibrar en un modo determinado, el movimiento se amortiguará en un tiempo que depende del tipo de piso y del modo en cuestión. La experiencia muestra que en la mayoría de los casos los modos de frecuencia más alta se atenúan muy rápidamente y no causan molestia. Sólo el modo fundamental que corresponde a la frecuencia más baja es el que necesita ser considerado.

Una oscilación continua vertical del piso se hace perceptible a las personas cuando la aceleración máxima alcanza aproximadamente 0.5 % de g (5 milig) donde g es la aceleración debido a la gravedad. Los umbrales aconsejables, según el tipo de uso de las instalaciones, varían entre 0,4 y 0.7% de g para oficinas y residencias, y de 1,5 a 2,5 % de g en restaurantes y gimnasios. Las frecuencias de vibración de los pisos se extiende de unos pocos Hz hasta 30 Hz, aproximadamente.

El cuerpo humano es también una estructura con masa y elementos elásticos y por lo tanto tiene modos normales de vibración y frecuencias naturales de oscilación. La frecuencia fundamental del cuerpo de una persona está en el rango que va de los 3 Hz a los 8 Hz. Esta es la razón por la cual vibraciones en este rango de frecuencias son muy molestas.

3.2.3 Efecto de un terremoto sobre un edificio.

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La mayoría de los terremotos son el resultado del movimiento rápido a lo largo del plano de fallas dentro de la corteza terrestre. Este movimiento súbito de la falla libera una gran cantidad de energía que viaja a través de la tierra en la forma de ondas sísmicas. Las ondas sísmicas viajan grandes distancias antes de perder la mayor parte de su energía.

En algún momento después de su generación, estas ondas sísmicas alcanzan la superficie de la tierra y la ponen en movimiento. A este movimiento lo conocemos comúnmente con el nombre de terremoto. Cuando el terremoto llega a la fundación del edificio provoca su movimiento y, luego, se transfiere al resto del edificio de una manera muy compleja. Estos movimientos generan fuerzas que pueden ocasionar mucho daño.

El movimiento de la tierra en el sitio que se encuentra un edificio es muy complicado. No es una onda armónica simple sino una superposición de muchas ondas de frecuencias y amplitudes diferentes. Las características de un terremoto que tienen gran importancia para los edificios son: su duración, su amplitud (de desplazamiento, de velocidad y de aceleración) y su espectro de frecuencia.

El movimiento de respuesta del edificio al terremoto es también muy complejo. Comienza a vibrar (régimen transitorio) en una manera compleja, en la misma mezcla de frecuencia que tiene el terremoto. Después de un período muy corto, el movimiento se centra alrededor de una las frecuencias naturales de vibración del edificio.

Cuando el pico del espectro de frecuencia del movimiento de la tierra es muy próximo a una de las frecuencias naturales del edificio, el edificio entra en resonancia, las amplitudes de la vibración pueden tomar valores muy grandes y los edificios pueden sufrir incluso el colapso.

3.2.4 En resumen: Las estructuras reales son sistemas de muchos grados de libertad, tienen muchos

modos de vibración, cada uno con su propia frecuencia (o su propio período). El modo de frecuencia más baja (período más grande) es la frecuencia

fundamental (o periodo fundamental). Todas las estructuras tienen un amortiguamiento inherente que depende del tipo

de construcción. El amortiguamiento habitualmente aumenta con el incremento de los

desplazamientos.

Los efectos de la vibración pueden ser mitigados alterando el periodo de vibración de la estructura agregando masa, o incrementando el amortiguamiento mediante un amortiguamiento artificial.

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Los efectos dinámicos es un aspecto del proyecto muy importante por una variedad de circunstancias:

o Una carga dinámica (fuerzas variables en el tiempo) puede hacer resonar la estructura.

o El viento produce resonancias en estructuras que tienen un período fundamental alto ( < de 2 s).

o Los terremotos resuenan más fuertemente con estructuras de período más corto (< 1 s), pero pueden hacerlo también con estructuras de período más largo.

o Las cargas de alta frecuencia como el caminar o correr (1 Hz – 3 Hz) puede resonar con el sistema piso.

o Una estructura puede vibrar en frecuencias en las que las personas son sensibles (3 Hz – 8 Hz)

3.3. ANALISIS SISMICO EN PRESAS

Sólo es aplicable en presas de gravedad y con el fin de obtener estimaciones previas de la acción sísmica sobre la presa. 9 Se basa en considerar la presa como un sólido rígido 2D (aproximado en presas de gravedad, pero no válido en presas arco o bóveda), y el fluido del embalse incompresible 9 La acción sísmica sobre la presa se asimila a una acción horizontal y otra vertical, con la resultante pasando por el CDG de la sección considerada. 9 Se considera la acción dinámica producida por el agua del embalse mediante el método simplificado de Westergaard (1933), basado en la hipótesis de paramento vertical aguas arriba.3.3.1 Modos de vibración

3.3.2 Formulación del problema dinámico

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Las fuerzas equivalentes obtenidas se aplican en el modelo de elementos finitos sobre la cara de aguas arriba en las posiciones correspondientes. El análisis estático de la estructura sometida a estas cargas es la respuesta dinámica máxima. Es posible incorporar nuevos modos de vibración a los resultados siguiendo el mismo procedimiento. El procedimiento de análisis incorpora mediante tablas y gráficos los efectos de consideración del agua embalsada, la interacción presa terreno y el efecto de absorción de ondas de los sedimentos.

La acción sísmica es un problema de excitación por la base, En el caso de las presas el problema es especialmente complejo al producirse una interacción presa-fluido-cimentación.Introducción al análisis sísmico de presas 1. Introducción

Acciones dinámicas Fuerzas sísmicas horizontales y verticales en presa Fuerzas hidrodinámicas en el fluido Posibilidad de excitación múltiple por la base Efectos sísmicos sobre sedimentos y terreno. Disipación de energía mediante mecanismos diferentes: histéresis del

hormigón, radiación de ondas y absorción, salvo en el caso de métodos muy simplificados (pseudo-estáticos), las soluciones son numéricas, la más habitual esmediante el método de elementos finitos.

3.4. ANALISIS SISMICO EN TANQUES DE AGUA.

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Los tanques son estructuras especiales con el proposito de almacenar algun material o sustancia, sonprincipalmente utilizados para almacenar agua u otros liquidos, tales como combustibles y quimicos.Los tanques especialmente los que se utilizan para el almacenamiento de agua son estructuras de vital importancia para la sociedad y el correcto diseño de estos es indispensable ya que la perdida o derrame del liquido debido a la falla de un tanque podria llegar incluso a costar perdidas de vidas humas especialmente si se trata de tanques elevados.

En el diseño de estos tanques nos solo se requiere que el diseñador cumpla con los requisitos minimos de capacidad, si no tambien que hay que tomar en consideracion requisitos minimos de severidad; de esta manera el tanque debe ser capaz de resistir las cargas aplicadas sin que ocurran grietas mayores que puedan ocacionar filtraciones y perdidas de liquido En el momento de la ocurrencia de un sismo, todas las estructuras se ven sometidas a esfuerzos, que si superan los esfuerzos de diseño se veran afectadas por un nivel de daño que incluso puede dejarlas inservibles; los tanques de almacenamiento elevados no son la excepcion a esta regla, incluso estos puenen generarse efectos aun mayores que los que se presentan en otro tipo de estructuras.Los principales problemas hidrodinamicos de interes en ingenieria sismica son las presiones dinamicas en tanques y la vibracion excesiva de estructuras sumergidas.

3.4.1 Vibración de liquidos en tanques de almacenamiento.

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3.4.2 Analisis de oleaje en la superficie libre :Las principales fallas de este tipo de estructuras se presenta escencialmente debido a la excitación sismica de la estructura de soporte y tambien de agitacion excesiva en la suoerficie del liquido, el efecto de esta agitacion excesiva constituye la principal causa de falla en tanques, por generar presiones dinamica que conllevan al doblamineto o volcamiento de las paredes que conforman el sistema.

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3.5. TUNELES DE VIENTO (ANALISIS COMPUTACIONAL BAJO CARGAS DE VIENTO)Aunque pueda parecerlo por su nombre, no se trata de ningún paraje de la tierra media, el tunel del viento, o tunel aerodinámico, es un ingenio que permite investigar fenómenos relacionados con el viento atmosférico y su acción sobre estructuras arquitectónicas.

Mediante la aplicación de corrientes de aire sobre una maqueta de la estructura a estudiar dotada de sensores se consiguen evaluar:

Los esfuerzos y deformaciones que sufre la estructura debido al viento. Las vibraciones que se producen en el edificio. La percepción de los movimientos en el interior (muy importante para los

usuarios del edificio). El efecto de la estructura en el “clima de vientos” de su entorno debido a

las perturbaciones que produce.

De esta forma, en caso de detectarse problemas, se pueden solucionar de forma temprana, cuando el edficio aún se encuentra en fase de diseño. Para los rascacielos la acción del viento constituye uno de los principales problemas, por ello en la construcción de edificios en altura las pruebas aerodinámicas son algo esencial.En la imagen podemos ver un modelo a escala 1:400 de las 4 torres Madrid Arena sometiendose a una prueba en el tunel de viento Davenport, de Toronto.

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http://www.urbanity.es/tag/madrid/

http://www.urbanity.es/tema/rascacielos/


Los modelos para el tunel de viento pueden estar hechos de diferentes materiales, si bien lo más habitual es utilizar plasticos termoestables o metal.Estos van dotados de una gran cantidad de sensores que registran muchísima información durante todo el ensayo. Posteriormente la información numérica captada es analizada con ayuda de aplicaciones informáticas que ayudarán a interpretar si existen cargas problemáticas. A veces, debido a las características particulares de una estructura, es necesario someter al tunel una parte concreta del edificio, para poder estudiar los efectos del viento con una reproducción a mayor escala y por lo tanto con más definición.

En la foto podemos ver un modelo de las 15 ultimas plantas de la torre Sacyr-Vallehermoso a escala 1:50, que tiene como finalidad estudiar el impacto del viento sobre la coronación de la torre.

3.6. LA ACCIÓN DEL VIENTO EN LOS EDIFICIOS ALTOS:Cuando las construcciones comienzan a elevarse sobre el terreno, o cuando‚ éstas, a pesar de ser bajas son muy livianas, a las acciones derivadas del peso propio y del uso, se le suma la provocada por el viento.En determinadas circunstancias esta acción suele adquirir valores tales que pueden llegar a condicionar el diseño la forma más conveniente para este tipo de estructuras (por tener coeficientes de forma más bajos) son las cilíndricas o las que se aproximan a ella, con lo cual se logra que la carga por viento sea 1/3 menor que la producida sobre una forma prismática.El Viento es una Carga dinámica (que varía en el tiempo) con una determinada dirección e intensidad , o sea una masa de aire en movimiento que al chocar contra el obstáculo (edificio) tiende a volcarlo a correrlo.

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http://www.urbanity.es/tema/materiales/

http://static.flickr.com/30/60566707_b6fe715185_o.jpg


El conjunto se comporta como una ménsula empotrada en el suelo. El viento, al encontrarse con la construcción produce un momento volcador, que aumenta con la velocidad y la superficie expuesta ( a mayor velocidad de viento y más superficie, mayor momento volcador).

• Por Lo Tanto El Edificio Es Una Mensula Que Está Sometida A Flexion.

El CTE es de aplicación para edificios situados en altitudes ≤ 2000 m. No cubre los edificios de esbeltez superior a 6 en los que es preciso tomar en consideración los efectos dinámicos del viento. La acción del viento perpendicular a la superficie de cada punto.

TORRE DE TAIPEI 101

El más alto. Con una altura de 508 m., el Taipei 101 es hoy día el edificio más prominente del asia este.El más rápido, Los ascensores turbo que recorren verticalmente este edificio son los más veloces del mundo.El más seguro. El Taipei 101 está considerado corno el rascacielos más seguro jamás construido. El Taipei 101 se alza en una de las regiones con más terremotos y huracanes del Planeta Azul.Por un lado, justo debajo de la isla de Taiwán, se encuentran las placas filipina y euroasiática q cada año se mueven aproxiamadamente 7 cm, Taiwán se ve afectada por terremotos casi a diario, y los tifones con vientos huracanados visitan la zona una

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media de tres o cuatro veces al año. A todo ello hay que añadir el desfavorable subsuelo en el que descansa este gigante de la construcción, ya que Taipei se extiende sobre una superficie pantanosa en la que la roca dura es necesaria para anclar de una manera estable los edificios, se halla como mínimo a 60 m de profundidad. El rascacielos, que tiene forma de una caña de bambú, es tan estable como elástico. Para proporcionar esta estabilidad fue necesario instalar 557 pilares de acero a 80 m. de profundidad. Sobre ellos descansa una plataforma de 9.000 toneladas de peso del mismo material.Dichas columnas — con un perímetro externo de 3,0 x 2,4 m., y un grosor de las placas de acero de 8 cm. se rellenaron hasta el piso 62, con 65.000 toneladas de un hormigón extremadamente denso que proporciona al rascacielos una gran firmeza y solidez. La totalidad de pilares y columnas fueron tratados con una espuma especial resistente al fuego ignifuga.

Se inició su construcción en 1999 y se terminó aproximadamente en 5 años. Según sus técnicos puede soportar terremotos de hasta 7 grados en la escala de Richter y vientos de más de 450 km/h. La importante capacidad de absorción de movimiento de masas en esta estructura, reside en un amortiguador de masa formado por una gigante bola dorada de acero de 680 toneladas de peso compuesta de planchas metálicas en el piso 92 que se suspende sobre tensores desde su parte alta y en su base sujeta con bombas hidráulicas, siendo el más grande y pesado a nivel mundial. Cuando el edificio se mueve en una dirección el amortiguador lo hace en dirección contraria absorbiendo la energía de movimiento sirviendo de contrapeso mecánico contra las vibraciones limitándolas y estabilizando el edificio. Está dividido en 8 segmentos de 8 pisos, y es el único amortiguador que está a la vista del público en general.

Además 8 supercolumnas lo sujetan por la base; construidas en hormigón armado y acero, lo abrazan hasta el piso 26, mientras otras 32 columnas suben hasta la planta 62. Los cortes en las esquinas disminuyen la fuerza del viento y una compleja malla de acero lo abraza formando un cinturón que hace un estrechamiento en la parte baja del edificio y llega hasta la planta 34. El ascensor fabricado por la empresa Toshiba tiene la plusmarca mundial en velocidad: en apenas 37 segundos lleva a 30 personas desde el quinto piso hasta el piso 101. Posee un sistema de sellado hermético similar al de un avión para evitar m

olestias en los oídos a las personas que viajan en él.

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ALGUNOS DATOS DEL TAIPEI 101

* Nombre: Taipei 101.

* Colocación de la primera piedra: Enero de 1998.

* Inauguración: 31 de diciembre de 2004.

* Costes de construcción: 1.500 millones de euros.

* Altura: 508.

* Ascensores: 63. De los cuales 34, son de dos pisos.

* Velocidad de los ascensores: 17 m/.

* Duración del trayecto en ascensor hasta el piso 90: 39 segundos.

* Pisos: 101 y 5 subterráneos.

* Plantas subterráneas: 4 dedicadas a garaje; una a galería comercial.

* Pisos 1-3: Galerías comerciales.

* Piso 4: Fórum.

* Piso 5: Centro de conferencias.

* Pisos 6-85: Oficinas.

* Pisos 86-90: Plataforma panorámica y restaurantes.

* Pisos 87-91: Amortiguadores de vibraciones.

* Pisos 92-101: Técnica.

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3.7. CARGAS DE IMPACTO

Los fenómenos de impacto sobre las estructuras constituyen solicitaciones dinámicas de interés especial, ya que aunque por lo general su probabilidad es más baja que otros tipos de acciones, su efecto es potencialmente catastrófico. El análisis exige a menudo procedimientos de cálculo distintos a los de otras solicitaciones dinámicas más comunes en la dinámica estructural. Salvo para los impactos a muy baja velocidad, es frecuente un comportamiento no lineal acusado de la estructura, con grandes desplazamientos y deformaciones, respuesta no lineal del material con posible rotura local, y efectos de interacción complejos en los contactos. A medida que la velocidad del impacto es mayor, adquieren relevancia los fenómenos de transmisión de ondas de tensiona o incluso de ondas de choque. En este trabajo se discuten en primer lugar los fenómenos dinámicos impulsivos, analizando los distintos tipos de impacto.Los impactos sobre las estructuras son solicitaciones dinámicas de corta duración e intensidad elevada que, por su naturaleza, pueden producir daños importantes sobre las mismas, o alteraciones notables en su estabilidad o movimiento.

3.7.1 ALGUNOS ESCENARIOS FRECUENTES DE IMPACTO:Las situaciones en que se puede originar un impacto y en las cuales resulta necesario su estudio pueden ser muy diversas, lo que hace difícil abarcar en una lista todos estos escenarios. Sin embargo, y sin ´animo de exhaustividad, citaremos a continuación algunos ejemplos:

3.7.1.1 Impacto accidental sobre edificios e instalaciones:Las instalaciones que revisten una peligrosidad importante suelen exigir, para limitar los riesgos a la población, la consideración de las hipótesis de impacto. Entre ´estas cabe citar los depósitos de gas natural licuado (GNL) o gases licuados del petróleo (GLP), y especialmente los reactores nucleares [31]. De origen externo, los impactos más comúnmente tenidos en cuenta en el diseño son:

Misiles generados por el viento (postes de telégrafo, etc.) Misiles creados por fallo de otras instalaciones (turbinas, recipientes a presión, etc.) Aviones civiles y militares Proyectiles impulsados por explosiones accidentales externas, especialmente si hay líneas cercanas de transporte de mercancías. El edificio de contención nuclear es posiblemente una de las instalaciones que requiera un nivel de seguridad mayor frente a impacto.

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Las fuentes de impacto en su interior son principalmente: Impactos de tuberías, que resultan por efecto látigo asociadas a roturas postuladas; los posibles blancos se extienden en general a todos los elementos dentro de la contención, incluidas sus posibles defensas o barreras, así como a la misma estructura de contención.Impactos relacionados con la caída accidental de diversos elementos, tales como combustible, barras de control, bombas, intercambiadores de calor y cualquier equipo que deba izarse en un momento dado. Impactos asociados a movimientos sísmicos, ya que éstos pueden causar el contacto entre componentes adyacentes, fallo de anclajes, caídas de equipos, etc. Rotura de cualquier elemento que contenga fluido a presión, especialmente gas o vapor. Explosiones relacionadas con la problemática de los llamados accidentes severos. Además de los anteriores, hay muchos otros problemas que la actividad nuclear requiere estudiar. Entre estos puede mencionarse: Fallos de grúas y otra maquinaria de izado, tanto aleatorios como de origen s´ısmico, en relación con piscinas de almacenamiento.

3.7.1.2Fenómenos a considerar:Atendiendo a los escenarios y clasificación anteriores, pueden distinguirse según cada caso distintos fenómenos producidos por el impacto.

Dinámica y vibraciones estructurales. En ellos la geometría estructural es predominante, siendo relevantes en los impactos a baja velocidad, y puede estudiarse mediante métodos de integración implícita o explicita en el tiempo. — Propagación

3.7.2 EJEMPLO DE APLICACIÓN:Impacto sobre un deposito de hormigón para gas natural licuado.

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3.8. ACCION DEL VIENTO EN LAS TORRES DE ALTA TENSIÓN3.8.1 TORRES DE ALTA TENSIONUna torre eléctrica o apoyo eléctrico (a veces denominada torreta) es una estructura de gran altura, normalmente construida en celosía de acero, cuya función principal es servir de soporte de los conductores eléctricos aéreos de las líneas de transmisión de energía eléctrica. Se utilizan tanto en la distribución eléctrica de alta y baja tensión como en sistemas de corriente continua tales como la tracción ferroviaria. Pueden tener gran variedad de formas y tamaños en función del uso y del voltaje de la energía transportada. Los rangos normales de altura oscilan desde los 15 m hasta los 55 m, aunque a veces se pueden llegar a sobrepasar los 300 m. Además del acero pueden usarse otros materiales como son el hormigón y la madera.

Tipos de torres

Según su función se pueden clasificar en:

Torres de alineación: sirven solamente para soportar los conductores; son empleados en las alineaciones rectas.

Torres de anclaje: Se utilizan para proporcionar puntos firmes en la línea, que limiten e impidan la destrucción total de la misma cuando por cualquier causa se rompa un conductor o apoyo.

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https://es.wikipedia.org/wiki/Madera

https://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Acero

https://es.wikipedia.org/wiki/Metro

https://es.wikipedia.org/wiki/Ferrocarril

https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua

https://es.wikipedia.org/wiki/Baja_tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctrica

https://es.wikipedia.org/wiki/Baja_tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctrica

https://es.wikipedia.org/wiki/Alta_tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctrica

https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

https://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctrico

https://es.wikipedia.org/wiki/Acero

https://es.wikipedia.org/wiki/Celos%C3%ADa_(ingenier%C3%ADa)


Torres de ángulo: Empleados para sustentar los conductores en los vértices o ángulos que forma la línea en su trazado.

Torres de fin de línea: Soportan las tensiones producidas por la línea; son su punto de anclaje de mayor resistencia.

Torres especiales: con funciones diferentes a las anteriores; pueden ser usados para cruce sobre ferrocarril, vías fluviales, líneas de telecomunicación o una bifurcación, etc.

3.8.2 VIBRACIONES EÓLICAS EN LÍNEAS DE TENSIÓNUna línea eléctrica puede considerarse como un sistema oscilante complejo. Todos sus elementos pueden oscilar y especialmente los conductores que lo hacen como una cuerda vibrante y forman un sistema pendular; también aparecen oscilaciones de torsión porque el cable tiene un par de torsión. Resulta, pues, que debido a su elasticidad longitudinal propaga las ondas longitudinales y transversalmente, siendo estas últimas las más peligrosas porque corren a lo largo de la línea se reflejan y forman vientres cuya amplitud puede venir aumentada por interferencias de las ondas siguientes, supuesto que se mantengan entretenidas.

Las oscilaciones de alta frecuencia y de pequeñas amplitud y longitud de onda, se llaman vibraciones y se manifiestan en forma de onda vertical con amplitud constante, o más frecuentemente, en forma de pulsaciones con amplitud variable. Se deben a la acción del viento perpendicular a la dirección de la línea, el cual engendra remolinos en el aire que rodea al conductor y produce una onda migratoria que va ganando amplitud y es en parte reflejada en las pinzas de fijación del conductor. En su retorno provoca el despego de mayor número de remolinos.

Si coincide la frecuencia propia del conductor con la de la onda. Llegará a producirse una resonancia de vibraciones que originan flexiones alternas del conductor y son causa de la ruptura de los haces o hilos del cable, que se produce esencialmente a la salida de las pinzas de suspensión. Porque éstas no pueden seguir los movimientos engendrados.

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Para evitar esto se presentan 4 soluciones

3.8.3 AMORTIGUAR LAS VIBRACIONES

Si se hace lo indicado en el punto a) se pueden utilizar ciertos dispositivos

Los dispositivos que suprimen en gran parte las vibraciones se designan con el nombre de amortiguadores que constituyen elementos de cierta frecuencia propia de oscilación , los cuales se instalan en la línea, colocan junto a las pinzas que aseguran el cable. Las vibraciones inducen en el dispositivo amortiguador oscilaciones con cierto desfase, las cuales se oponen a las acciones propias del conductor, suprimiéndolas a limites admisibles.

Existen varios tipos de estos dispositivos, de los cuales mencionaremos a continuación.

Amortiguadores de palanca oscilante: consiste en una palanca giratoria con centro de giro asimétrico, y fijado por una horquilla al conductor. La fijación del punto de articulación permite una regulación vertical para dar a la palanca de la posición más favorable. Las oscilaciones se transmiten a la palanca y esta golpea contra el tope de la brida de fijación, produciéndose una reacción que estorba la vibración del cable y limita su amplitud. El diseño debe contar con la siguiente relación:

Energía amortiguadora = Energía oscilatoria natural

En algunos casos se colocan varios de estos, uno al lado de otro, su ventaja es que su eficacia se extiende a una amplia gamma de frecuencia y su simplicidad, una desventaja es que esta sujeto a desgaste y debe reponerse cuando tal cosa sea necesaria.

Amortiguador stock bridge: Son los mas usuales, estos amortiguadores colocan luego de hacer un estudio de vibraciones, que pueden efectuarse mediante acelerómetros o "Strain-gages" resistivos conectados conductivamente registradores

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gráficos (la línea debe estar desenergizada) o mediante vibro grafos o telescopios con elemento opto-electrónico para transformar la señal óptica en electrónica.

Este es un trozo corto de cable de acero, con una masa en cada extremo, hace presión en su centro contra el conductor principal, junto a la pinza de fijación, creando una fuerza que actua en sentido contrario a la dirección del movimiento del conductor. Si se elige convenientemente el dimensionado del amortiguador esta fuerza ayuda considerablemente a reducir la amplitud de las vibraciones. La acción del dispositivo no es efectiva, si la frecuencia dela oscilaciones, están próximas a las frecuencias de las oscilaciones propias del amortiguador.

3.8.4 CARACTERISTICAS DE DISEÑO:Los amortiguadores de vibración eólica diseñados por Dynalab son de última generación y son fabricados en cumplimiento de la norma internacional IEC 61897.

Los amortiguadores Dynalab están constituidos por los siguientes materiales:

Contrapesos: aleación de cinc (zamak), que ofrece inercia adecuada y alta resistencia a la corrosión

Morseto (cuerpo y apretador): aleación de aluminio de uso generalizado en la fabricación de morsetería

Cable mensajero, elemento de alambres de acero trenzado de extra alta resistencia, cincado en caliente

Bulonería, de acero resistente cincado en caliente, apto para cada aplicación.El diseño de los amortiguadores Dynalab es de tipo asimétrico, o sea con contrapesos distintos, lo que permite obtener cuatro frecuenciasresonantes y modos de vibrar. Esto los hace más eficientes dando lugar a unacapacidad amortiguante extendida sobre un mayor rango de frecuencias eólicas de las líneas.

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A continuación se observa en la figura, algunas dimensiones y características de los modelos comercializados por esta empresa.

SELECCION DEL AMORTIGUADOR :

La selección del amortiguador para cada línea de transmisión no se realiza solamente en función del diámetro del conductor, sino en función de todos los datos necesarios de la línea, de manera de optimizar el sistema de amortiguamiento a suministrar desde el punto de vista técnico-económico. Para ello Dynalab dispone de métodos analíticos de cálculo por medio de programas informáticos desarrollados por personal especializado en tecnología de amortiguamiento de líneas.

El programa de cálculo permite efectuar el estudio completo para cada línea y obtener el tipo de amortiguador más ajustado a las características de la línea, las cantidades y su correspondiente posicionamiento.

Para terminar, veamos algunas fotos de un amortiguador instalado en una línea .

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http://2.bp.blogspot.com/_-r0T5JRNKRk/S8ej90c9d4I/AAAAAAAABDU/_-eQ3IaJGkY/s1600/Amortiguador+3.JPG


Amortiguador de pistón y resorte: Consiste en un peso que, por medio de un resorte, se apoya sobre un platillo, unido al cable por una brida de fijación. Cuando el cable realiza las oscilaciones, el peso se levanta periódicamente sobre su base de sostén, se pone a oscilar también y choca con el cable repetidamente. Como las oscilaciones del amortiguador están desfasadas respecto a las del cable, actúan en sentido contrario, anulándolos. Como este amortiguador no tiene frecuencia propia de oscilación, su campo de aplicación es muy extenso. Su eficacia se hace mejor si se instala a cierta distancia de la pinza de suspensión o anclaje.

REFORZAR EL CONDUCTOR EN EL PUNTO DE SUSPENSIÓN consiste en reforzar el conductor en el punto de sujeción, es decir en aumentar la sección del conductor a dicho punto. De esta forma se disminuye la tensión en ese punto; para ello se utilizan Armor-rods. Estos son varillas de forma bitroncocónica, que se arrollan sobre el cable antes de colocar el morseto de sujeción.

En las líneas se aprecia que los cables se ven engrosados en los puntos de suspensión debido a los Armor-rods. En las líneas de media tensión de tipo rural como las Armor-rods, son muy costosos, se utilizan Armor-tapes.

Las varillas Armor-rods sirven, además para resistir el esfuerzo de compresión de la morsetería de suspensión y la abrasión contra los aisladores de montaje rígido, para resistir los arcos de contorneo y para reparar. Todas estas funciones le permiten proteger el conductor. Hace unos años aparecieron en el mercado varillas en espiral, llamadas Preform-rods. En las mayores tensiones las varillas preformadas terminan en suave pendiente, para limitar el efecto corona. Tanto el Armor-rods como el Armor-tapes son del mismo material que el conductor.

EMPLEAR CABLES ANTIVIBRANTESdurante la década del 70 apareció en Canadá un cable "antivibratorio", cuya construcción es de aluminio de sección sectorial y alambres de acero de sección circular.

Por el roce entre las caras sectoriales se disipa la energía y el cable reduce sus vibraciones.

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REDUCIR LA TENSION MECANICA

Reduciendo la tensión mecánica, el cable se aleja de las condiciones de "cuerda vibrante".

Es una de las primeras soluciones ensayadas, y se opto para cálculos el concepto de "tensión admisible a la temperatura media anual "para tomarla en consideración como se indica a continuación.

Las vibraciones de alta frecuencia de los conductores, originadas por el viento, producen en los puntos de fijación de las grampas esfuerzos adicionales alternativos en flexión.

Las investigaciones demostraron que estas no son muy grandes, son diarias y su conjugación con las solicitaciones estáticas pueden producir fatiga del material de los conductores.

En las hipótesis de calculo no se paso por alto estas experiencias. Por lo tanto se introdujo, además del concepto de "tensión máxima admisible de tracción" el de la "tensión admisible a la temperatura media anula", que se designa en la terminología internacional como "Every day Stress"(EDS) y es este texto como Padm tma.

Como esto se intenta, mediante el establecimiento de una tensión máxima admisible de tracción contemplar todos los efectos de la rotura elástica (impulso, deslizamiento) y con el de tensión media anual los de fatiga.

Teniendo en vista la prolongada vida útil de un conductor, los valores de EDS tienen validez a partir de un determinado momento, o sea cuando el proceso de alargamiento haya terminado. Prácticamente esto sucede después de dos años de haber sido puesto en servicio el conductor.

Las secciones de conductor que preferentemente se usan en el rango de tensiones medias no están comprendidas en las prescripciones sobre EDS.

Por lo tanto, para altas tensiones, dado que el esfuerzo de tracción de un conductor se limita en su margen superior por dos factores de tracción de un conductor se limita en su margen superior por dos factores, o sea, la tensión de tracción máxima admisible y la tensión de tracción media anual, se puede prescindir de la prescripción según la cual en los vanos de cruces la tensión no debe superar un cierto porcentaje de la tensión máxima admisible. esto fue aceptado por Ferrocarriles Argentinos para líneas de 132 kV

Modernamente se esta tratando de sustituir el concepto de Every Day Stress (EDS), por el de una estimación del nivel de vibraciones eolicas basadas en el Principio del Balance Energético (Energy Balance Principle) que se conoce como EBP.

El principio del EBP se basa en el conocimiento de:

1. La amortiguación del sistema

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auto-amortiguación del conductor

si fuera aplicable, amortiguación externa debida al uso de amortiguadores.

2. La cantidad de energía suministrada el conductor por el viento afectado por la rugosidad del suelo.

3. Se calcula la energía a disipar como diferencia de la aportada por el viento menos la amortiguación por dispositivos y automortiguación del cable.

Los conceptos de EBP tienen al EDS como un caso particular, para valores de la relación Sección aluminio/ Sección acero normalizados.

Los alambres de aluminio son los que se quiebran frente a la vibraciones, mientras la carga mecánica de rotura a la tracción es función de la sección de acero.

APLICACIÓN EN LA INGENIERIA CIVILComo ya se describió en párrafos anteriores, el viento produce vibraciones en los cables, o mejor dicho líneas de tensión, que cuando llegan a frecuencias altas, y sin el uso de un amortiguador, colpasan estas líneas rompiéndose, lo cual puede provocar perdias de electricidad, o en un caso mas amplio un corte de luz a toda una zona especifica. Para ello fueron diseñadas las torres de anclaje que se utilizan para proporcionar puntos firmes en la línea, que limiten e impidan la destrucción total de la misma cuando por cualquier causa se rompa un conductor o apoyo.

3.8.5 TORRES DE ANCLAJE Este tipo de estructura soporta más peso que las demás ya que no solo está expuesta a su peso, cables y conductores también está expuesta a tenciones adicionales ya que está construida en partes no rectas de la transmisión eléctrica por lo cual tiene cierto ángulo de inclinación, estas se instalan para evitar sobretensiones en la línea por defectos externos en las demás torres como lo son la carga del viento u otras tipos de cargas que puedan afectar la estabilidad de la línea de transmisión, por lo general estas torres son colocadas al inicio y al final de la línea de transmisión para ser los principales soportes de la línea.

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ANEXO Vortices De Von Karman:Una calle de vórtices de von Kármán es un patrón que se repite de vórtices en remolino causados por la separación no estacionaria de la capa de fluido al pasar sobre cuerpos sumergidos. Debe su nombre al ingeniero y estudioso de la dinámica de los fluidos, Theodore von Kármán.

Análisis: Las calles de vórtices de von Kármán ocurren sólo cuando el número de Reynolds (Re) registra ciertos valores, por lo general superiores a 90. El número de Reynolds es una medida de la relación entre las fuerzas inerciales y las viscosas en el flujo de un fluido, la cual puede definirse mediante la siguiente fórmula:

Donde

= el diámetro del cilindro (u de la medida correspondiente en el caso de los objetos que no son circulares) del cual proviene el fluido.

= la velocidad constante del flujo en dirección al cilindro.

= la viscosidad cinemática del fluido.

Una gloria y una calle de vórtices en la zona meridional de la península de Baja California.

El rango de valores de Re oscilará según el tamaño y la forma del cuerpo a partir del cual se producen los vórtices así como de sus corrientes contrarias, es decir sus eddies, lo mismo que en función de la viscosidad cinemática del fluido. Cuando se trata de rangos elevados de Re (47<Re<107 para cilindros circulares), se producen eddies en cada lado del cuerpo, formando dos filas de vórtices en su estela, cuyos centros se alternan, quedando en cada fila situados en una posición intermedia con respecto a los de la otra. Por último, la energía se consume por la viscosidad y el patrón se dispersa en función de la distancia de la fuente.

Cuando sólo se produce un vórtice, alrededor del cuerpo se forma un patrón de flujo asimétrico y cambia la distribución de la presión. Esta producción de vórtices puede provocar fuerzas laterales periódicas sobre el cuerpo, causando vibraciones. Si

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https://es.wikipedia.org/wiki/Vibraci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Periodicidad

https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Simetr%C3%ADa

https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

https://es.wikipedia.org/wiki/Estela_(rastro)

https://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%B3rtice

https://es.wikipedia.org/wiki/Conjunto_imagen

https://es.wikipedia.org/wiki/Pen%C3%ADnsula_de_Baja_California

https://es.wikipedia.org/wiki/Pen%C3%ADnsula_de_Baja_California

https://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%B3rtice

https://es.wikipedia.org/wiki/Gloria_(fen%C3%B3meno_%C3%B3ptico)

https://es.wikipedia.org/wiki/Cinem%C3%A1tica

https://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad

https://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad

https://es.wikipedia.org/wiki/Cilindro

https://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%A1metro

https://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad

https://es.wikipedia.org/wiki/Inercia

https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Reynolds

https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Reynolds

https://es.wikipedia.org/wiki/Theodore_von_K%C3%A1rm%C3%A1n

https://es.wikipedia.org/wiki/Fluidodin%C3%A1mica

https://es.wikipedia.org/wiki/Fluidodin%C3%A1mica

https://es.wikipedia.org/wiki/Turbulencia


el vórtice emite frecuencia similares a las de un cuerpo o estructura, produce resonancia, afectando las líneas telefónicas, haciendo sonar las redes eléctricas o llevando a vibrar las antenas de radio con más fuerza a ciertas velocidades.

Problemas para la ingeniería:

Las fuerzas periódicas que se establecen de esta manera pueden ser muy indeseables y es por ende importante considerar los efectos potenciales de la producción de vórtices en el diseño de varios tipos de estructuras, como periscopios, submarinos o chimeneasindustriales, sobre todo para las torres de refrigeración de hormigón, en particular cuando se las construye en grupos. De hecho, este fenómeno causó el colapso de algunas de las chimeneas de la central termoeléctrica de Ferrybridge, en Inglaterra septentrional, en1965 durante vientos fuertes.

3.9. VIBRACIONES MECÁNICAS EN TUBERÍASLas tuberías son elementos muy utilizados en la ingeniería civil, sobre todo, enfocados a la especialidad de mecánica de fluidos. Durante el proceso de construcción de una vivienda, empresa o industria el sistema de tuberías a emplear resulta muy variado y requiere de una serie de estudios que aseguren su correcto funcionamiento.

Esencialmente, las tuberías pueden sufrir daños por determinadas vibraciones mecánicas. Los casos donde podemos encontrar mayor presencia de ellas son en refinerías, plantas petroquímicas, plantas de producción, etc. Los propietarios de las instalaciones son muy cuidadosos con estos riesgos a la integridad debido a las consecuencias significativas relacionadas con el derrame de productos ocasionado por una tubería rota.

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https://es.wikipedia.org/wiki/1965

https://es.wikipedia.org/wiki/Inglaterra

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Central_termoel%C3%A9ctrica_de_Ferrybridge&action=edit&redlink=1

https://es.wikipedia.org/wiki/Torres_de_refrigeraci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Chimenea

https://es.wikipedia.org/wiki/Submarino

https://es.wikipedia.org/wiki/Periscopio

https://es.wikipedia.org/wiki/Antena_(radio)

https://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_transporte_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

https://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_transporte_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

https://es.wikipedia.org/wiki/Tel%C3%A9fono

https://es.wikipedia.org/wiki/Resonancia_(mec%C3%A1nica)

https://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia


Las vibraciones pueden causar problemas de confiabilidad en los equipos, fallas por fatiga de las tuberías de proceso y elementos anexos pequeños, como líneas de alivio, puertos de instrumentos, boquillas, drenajes y válvulas.

Algunos de los principales elementos y efectos por vibraciones que se deben considerar son los siguientes:

Las conexiones de diámetro pequeño y los elementos anexos se conectan a la tubería de proceso principal. Incluso si la tubería de proceso principal tiene un nivel de vibración aceptable, es posible que la vibración se amplifique en las conexiones de diámetro pequeño y cause fallas.

La vibración de la tubería de proceso puede causar un exceso de esfuerzos por vibración en las boquillas y las piezas en forma de T y ocasionar grietas.

El análisis de esfuerzos de las tuberías puede estar en conflicto con los requisitos de diseño contra las vibraciones. A menos que el diseño resuelva el conflicto entre el diseño contra las vibraciones mecánicas (más rigidez para controlar las vibraciones) y el análisis de esfuerzos de las tuberías (más flexibilidad para el análisis térmico), hay riesgo de que el sistema de tuberías sufra fallas por esfuerzo.

En determinadas áreas de trabajo, los espacios son limitado y en general el diseño de las tuberías es muy compacto, aún más que algunas requieren estructuras auxiliares. Como se muestra en la figura siguiente, la disposición compacta de las tuberías genera desafíos únicos para controlar las vibraciones.

A continuación detallaremos los procesos de análisis que se realizan acerca de las vibraciones que pueden sufrir las tuberías:

VIBRACIONES LATERALES: La vibración lateral del eje de un rotor (motor rotacional) se debe a la inestabilidad, el desequilibro u otras fuerzas que actúan sobre el rotor. En el análisis lateral (también llamado análisis de la dinámica de la rotación), se simula el sistema rotativo, se calculan las velocidades críticas, se predicen las amplitudes de vibración y se brindan recomendaciones para disminuir los riesgos de vibración.

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La figura enumere y marca los distintos puntos de evaluación a considerarse en el análisis de una tubería.

VIBRACIONES INDUCIDAS POR EL FLUJO: Las vibraciones inducidas por el flujo, se deben a velocidades de flujo altas. En este estudio, se evalúa el desprendimiento de vórtices y las vibraciones potenciales a lo largo de tramos muertos. El estudio también puede incluir la excitación por vibraciones inducidas por el flujo de conexiones de diámetro pequeño y de componentes situados en el flujo.Las vibraciones inducidas por el flujo y los parámetros físicos que las controlan son muy importantes para los ingenieros de diseño y para los operarios. El potencial que tienen esos fenómenos para causar fallas catastróficas en los sistemas de ingeniería de tuberías y para ocasionar niveles inaceptablemente altos de ruido en el ambiente y en el lugar de trabajo ha impulsado esfuerzos considerables por entender y mitigar esos problemas.

Las figuras muestran el desprendimiento de vórtices debido a corrientes del fluido y a puntos muertos, respectivamente. Asociado a frecuencias específicas, el flujo excita la resonancia acústica (vibración que posteriormente haremos mención), lo cual causa pulsaciones de alta presión. Esas pulsaciones pueden excitar las resonancias mecánicas, lo cual produce mucha vibración y fallas por fatiga en las tuberías afectadas. Por mencionar algunos ejemplos concretos, las tuberías de gas de alto caudal, producen pulsaciones de alta presión generadas cuando la frecuencia de emisión de vórtices coincide con la frecuencia natural acústica. Esa interacción hace que las tuberías de diámetro pequeño vibren y posiblemente fallen. Resulta interesante notar que la velocidad de flujo más alta podría no causar las peores vibraciones.

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VIBRACIONES INDUCIDAS ACÚSTICAMENTE: Las vibraciones inducidas acústicamente pueden causar rupturas en las válvulas reductoras de presión, las válvulas de seguridad o en otras zonas de un sistema de tuberías donde hay caídas de presión. Principalmente se realiza en tuberías conductoras de gas. Los dispositivos reductores de presión pueden generar energía acústica de alta frecuencia que excita los modos de vibrar de la carcasa de una tubería. Esas vibraciones inducidas acústicamente ocasionan fallas por fatiga en las tuberías de proceso o cerca de las conexiones de diámetro pequeño y provocan radiación sonora de banda ancha en el rango de 500 Hz a 2000 Hz.

En la figura se muestra el modelado de una tubería sometida a vibraciones acústicas, que vemos que podrían afectar altamente el funcionamiento de la misma.

VIBRACIONES TORSIONALES: Una vibración y resonancia torsionales excesivas hacen que el cigüeñal, los acoplamientos, los engranajes, el equipo auxiliar, y demás sufran daños. Son las vibraciones que más daños generan y por consecuente, generan altas pérdidas económicas al momento de construir. Para analizar las vibraciones torsionales, se utiliza software que determina:

El modelo elástico de masa para determinar las frecuencias naturales torsionales.

Las curvas de esfuerzo para todas las condiciones de operación claves. La respuesta forzada para pronosticar con exactitud el esfuerzo y la

vibración torsional.

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En la figura se distinguen las zonas que pueden resultar más afectadas por las vibraciones torsionales.

Por ejemplificar algún caso particular de lo que puede ocurrir, mencionaremos las vibraciones que sufren las tuberías enterradas por causa de voladuras. Este es un típico caso que se le puede presentar a cualquier ingeniero, donde tiene que realizar algún otro trabajo cerca de una tubería que se encuentra en el suelo.

Inicialmente, por experiencia, sabemos que la velocidad de vibración producida por la explosión en el terreno es muy semejante a la que posee la tubería en ese instante, por ello, cuando se representan estas velocidades en función del tiempo, observamos que la duración y la frecuencia son similares en ambos casos.

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.Cuando las ondas P se propagan paralelamente a eje de la tubería se producen tensiones. Estas tensiones hacen que la tubería se vea sometida a deformaciones por compresión y tracción.

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Otro tipo de tensiones 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 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, que no afectan considerablemente el posible daño a las tuberías.

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Para los estudios que refieren a las vibraciones de las tuberías, se considera 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 y los elementos secundarios tales como válvulas, juntas aislantes, vainas, respiraderos, purgas, elementos para protección catódica, etc.

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 propagan paralelamente al eje de la tubería se calculan a partir de la variación longitudinal del terreno. Por tanto, se considera que las ondas se propagan paralelamente al eje de la tubería. Desde luego, la propagación de las ondas no solo se produce paralelamente al eje de la tubería, pero en estos casos las deformaciones producidas son menores que en el caso anterior, por eso generalmente se limita al cálculo de las deformaciones producidas por las ondas que se propagan paralelamente al eje de la tubería.

Después de los cálculos respectivos se concluye la velocidad de vibración máxima que puede poseer la voladura en función de la distancia entre la voladura y la zanja, mediante el estudio de la zona respectiva.

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3.10. VIBRACIONES MECÁNICAS DEBIDAS AL TRÁFICO VEHICULAR

Las vibraciones causadas por el tráfico vehicular pueden generar daños en las edificaciones cercanas y problemas o molestias a las personas. Estos efectos pueden ser importantes en función del nivel de amplitud de las vibraciones, la cual depende, entre otros aspectos, de las características de los suelos. Estas consecuencias inducidas por el tráfico vehicular pesado y férreo se pueden enmarcar principalmente en dos aspectos:

Daños a construcciones o estructuras pequeñas, edificios rígidos y de poca altura, cimentados sobre suelos blandos y cercanos a vías de tráfico pesado.

Incomodidad a las personas: teniendo en cuenta que el hombre sólo tiene la posibilidad de asimilar una parte de las vibraciones en su sentido auditivo, sensorial y visual; destacando que este sentido sensorial está asociado a un evento de peligro.

En un escenario similar al descrito en la referencia anterior, (Watts a, 2000) plantearon la medición de vibraciones para determinar la incidencia de diferentes tipos de vehículos teniendo en cuenta el sistema de suspensión y eje de las ruedas, frente a las edificaciones aledañas a la vía bajo estudio. En esta investigación se controlaron principalmente dos variables: el tipo de vehículo y velocidad de los vehículos.

En la Figura 1 se indican algunos de los valores de velocidades pico de la partícula y la variación frente a la velocidad del vehículo para diferentes tipos de suelo. Figura 1.

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Velocidad PPV (ordenadas) contra Velocidad del vehículo articulado km/h (abscisas). (G.R. Watts a, 2000).

Dentro de las conclusiones relevantes se tiene que la velocidad influye en el incremento de las vibraciones generadas y que sí se podrían llegar a presentar daños en las estructuras aledañas, por lo anterior es importante determinar las distancias y pesos admisibles para evitar daños en futuras construcciones.

DEFINICIÓN DE LÍMITES PARA EVITAR DAÑOS:

De forma general los criterios que definen umbrales de vibración que pueden causar daño estructural, no solo dependen de la vibración, también están sujetos a la carga estructural, características de los materiales, a las características dinámicas, a la amplitud de excitación y a la frecuencia sensible. Autoridades de estandarización en el mundo entero, han definido directrices sobre niveles permisibles de la vibración en suelos con afectación a edificios (Normas ISO 2631, ISO 6897 y DIN 4150). En las normas y literatura disponible, se ha trabajado tradicionalmente con los criterios de aceleración y velocidad de partículas en la definición de los valores límites para evitar daños en sistemas estructurales. Muchos códigos e investigadores dan límites permisibles de la vibración estructural en términos de velocidad pico de la partícula (Vpp).

El concepto de daño es relativo dado que puede involucrar desde la generación de micro fisuras hasta la aparición de grietas que puedan inducir algún tipo de colapso. Adicionalmente la aparición o no de daños, grietas y fisuras está íntimamente relacionada con la calidad de los materiales y de las técnicas constructivas. Aunque en Colombia existe un código de construcciones puede ser difícil estandarizar las características de los materiales y de los procesos constructivos sobre todo cuando se habla de viviendas de tipo informal. Por esta razón un estudio específico de daños en una edificación particular requeriría de evaluaciones detalladas que van desde la caracterización del suelo y los materiales usados en la construcción hasta la evaluación de las cargas actuantes (vibraciones debidas a tráfico, voladuras, cargas muertas, vivas, viento, etc).

No obstante, las normas internacionales han establecido unos valores de velocidad límite de las partículas del suelo (asociadas con vibraciones) por encima de los cuales es probable que se generen daños visibles en los elementos de una edificación. Sin embargo hay que recordar que estos valores son indicativos. Teniendo en cuenta lo anterior, la norma DIN 4150, establece los valores máximos de velocidad de vibración (en mm/s) en función de la frecuencia, para que no se observan daños en diferentes tipos de edificaciones (comercial, viviendas, edificios, industrias).

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Por su parte los estándares australianos (AS 2187.2) establecen como límite para edificaciones residenciales una velocidad máxima de 10 mm/s. En el mismo estándar se establece para edificios comerciales e industriales de concreto reforzado o de acero un límite máximo de 25 mm/s y para hospitales, presas, edificios históricos se establece un límite de 5 mm/s.

De la misma manera en los estándares Ingleses (BS 7385) se establece una velocidad máxima de 50 mm/s para estructuras a porticadas de industrias y edificios comerciales con frecuencia de vibración superior a 4 Hz. En la misma norma se sugiere un límite entre 15 y 20 mm/s para edificaciones sin refuerzo, residenciales y con frecuencias entre 4 Hz y 15 Hz.

Por ejemplo, la asociación suiza de la estandarización, (SN 640) especificó 12 mm/s como nivel permisible para el acero o estructuras en concreto reforzado, 5 mm/s para los edificios en mampostería, y 3 mm/s para los edificios de interés arquitectónico o estructuras sensibles.

Es importante anotar que las condiciones socioeconómicas y las normativas de cada país están directamente asociadas con los límites establecidos anteriormente, ya que una edificación de vivienda tipo residencial construida en Australia, Estados Unidos o en Europa tendrá en general un comportamiento mecánico diferente al de una construida en un país en vías de desarrollo.

Lo anterior se valida si se tiene en cuenta que en los estratos bajos de los países del tercer mundo es muy común que se edifiquen las viviendas mediante la modalidad de autoconstrucción o una construcción desarrollada sin asesoría técnica de un ingeniero y en el mejor de los casos elaborada por un maestro de obra. Este aspecto las podría hacer mucho más frágiles.

MEDICIÓN DE VIBRACIONES:

Para llevar a cabo las mediciones, se dispuso de equipos de alta sensibilidad conformado por los siguientes elementos:

a) Cuatro (4) acelerómetros sísmicos uniaxiales de alta resolución (Véase la Figura 3). Los acelerómetros tiene la capacidad de medir aceleraciones en un

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rango desde 0.00001 hasta 0.5 g. La respuesta de estos sensores se mantiene lineal para un rango de frecuencias entre 0.05 y 200 Hz.

b) Amplificadores y filtros para los acelerómetros que permite establecer amplificaciones de 10, 100 o 1000 mV/g y filtros por encima de los 450 Hz y de los 100 Hz.

c) Sistemas de adquisición de datos para varios canales que permite tomar datos a una velocidad de 2000 datos por segundo (2kHz).

d) Computador portátil para control y toma de datos.

e) Cables varios con longitudes hasta de 50 metros

Figura 3. Acelerómetros sísmicos usados para la instrumentación

Teniendo en cuenta la zonificación presentada en la Figura 2, en conjunto con los lugares por donde circula el sistema de transporte de la capital colombiana, se determinaron seis puntos de medición en la ciudad. Cuatro de estos puntos se ubicaron en lugares de alto flujo vehicular de buses biarticulados (sistema Transmilenio). Así mismo se ubicaron puntos en 3 de las 5 zonas de la microzonificación sísmica. En la Figura 4 se muestra un mapa con los lugares de medición.

Los equipos se ubicaron principalmente en dos disposiciones. En la primera los cuatro equipos se dispusieron en diferentes lugares a lo largo de una línea y midiendo aceleraciones uniaxiales en cada punto (Figura 5a). En la otra disposición se ubicó un equipo cerca a la fuente de vibraciones mientras que los otros tres equipos configuraban un sistema triaxial a diferentes distancias desde la fuente (Figura 5b).

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Figura 5. Disposición de los acelerómetros en dos diferentes configuraciones

En la Figura 6 se muestra un ejemplo de ubicación de los equipos para la calle 148 con Autopista Norte.(bogota)

Figura 6. Disposición de los acelerómetros en dos diferentes configuraciones

Con base en lo presentado en anteriores párrafos se tomaron registros de aceleración contra el tiempo como los ilustrados en la Figura 7.

A partir de estos registros y con base en técnicas numéricas se establecieron tres parámetros fundamentales: aceleración máxima de los registros (Amax), velocidad pico de partícula (Vpp) y frecuencia dominante de cada registro. Con estos registros se determinaron las curvas de atenuación de la aceleración y la velocidad con respecto a la distancia. Dichos resultados de atenuación se obtuvieron para tráfico vehicular.

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Al comparar los anteriores valores con las referencias internacionales, las velocidades pico de partícula generada por el tráfico vehicular no serían críticas para edificaciones. No obstante las velocidades pico de partícula del tren podrían llegar a ser peligrosas para edificaciones frágiles ubicadas a menos de 15 metros de la vía férrea en donde se generarían velocidades en el terreno superiores a 3 mm/s (límite para generar daño a estructuras delicadas, muy sensibles a la vibración). Vale la pena aclarar que las anteriores observaciones se apoyan en la evidencia experimental siempre que no varíe demasiado el rango de velocidades de los vehículos medidos. De acuerdo con la referencia (Watts a, 2000) si se incrementan las velocidades de vehículos automáticamente las velocidades pico de partícula crecerían.

Con base en los límites encontrados en las normas incluidas en el capítulo de referencias y mencionadas anteriormente, se ha elaborado una gráfica con el fin de incluir límites asociados con el confort de las personas así como límites para estructuras, cimentaciones y máquinas. Esta gráfica depende de la amplitud de movimiento, estimada con base en la aceleración registrada con los acelerómetros (mediante técnicas numéricas y suponiendo osciladores simples), y depende también de la frecuencia dominante de la señal. Es por ello que en la Figura 14 se incluyen las mediciones realizadas en el presente estudio. Los desplazamientos se estimaron a partir de los registros de aceleración mediante técnicas numéricas básicas de la dinámica estructural.

De acuerdo con lo anterior la mayoría de las vibraciones pueden catalogarse como fácilmente perceptibles y perceptibles a personas y únicamente las vibraciones

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generadas por el tren se catalogarían como intensas para personas.

Vale la pena mencionar que la señal de entrada (generada por los vehículos o por el tren depende directamente de la velocidad de movimiento de dichos vehículos.

De acuerdo con las mediciones realizadas los vehículos biarticulados circulaban a una velocidad máxima entre 28 km/h y 53 km/h. Por su parte el tren circulaba a una velocidad de 33 km/h. Si se tiene en cuenta que parte de la energía de entrada al terreno depende de la energía cinética y si se considera que la velocidad de circulación de los vehículos que harían parte del metro sería claramente superior a 33 km/h, muy probablemente los niveles de vibración podrían llegar a niveles que podrían catalogarse como severos para personas (Bahrekazemi, M., 2004).Por otro lado se trataron de establecer correlaciones entre la velocidad de onda "S" promedio de los estratos de suelo instrumentados y las frecuencias dominantes de los registros de aceleración medidos

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Figura 15. Correlación de la frecuencia de los registros en función de la velocidad de onda de los lugares bajo estudio.

Correlación de la amplitud de desplazamiento de los lugares instrumentados en función de la velocidad de onda de los lugares bajo estudio

A pesar de que existen otras variables que afectan esta correlación (como la velocidad del vehículo o la distancia a la cual se tomaron los registros) la tendencia de los datos medidos es que a mayor velocidad de onda "S" las amplitudes de desplazamiento registradas disminuyen y la frecuencia de los registros se incrementa debido a que la rigidez del suelo aumenta. Esto es consistente con la teoría de osciladores simples y con los principios de la Dinámica Estructural.

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3.11. APLICACIONES A LOS FENOMENOS DE RESONANCIA.

Puente tacomaQuizás el colapso de un puente más famoso de la historia y que, gracias a él, personas sin conocimientos de estructuras han oído hablar del fenómeno de la resonancia. El 7 de noviembre de 1940, tan solo a 4 meses de su inauguración, el puente Tacoma Narrows (el tercero mas grande del mundo en ese momento) entró en resonancia con un viento de apenas 65 Km/h.

Sin embargo el efecto que causó el colapso del puente no debe ser confundido con resonancia forzada. En este caso, no existía una perturbación periódica ya que el viento soplaba en forma constante. La frecuencia del modo destructivo fue 0,2 Hz, que no se corresponde ni con un modo natural de la estructura aislada ni con la frecuencia del desprendimiento de vórtices del puente a la velocidad del viento. El evento solo puede ser comprendido si se consideran acoplados los sistemas estructurales y aerodinámicos lo cual requiere un riguroso análisis matemático.

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Puente de Broughton:Quizás no sea un puente famoso pero su colapso nos ha dejado una recomendación que siguen la mayoría de los ejércitos del mundo: “Todas las tropas deben romper el paso cuando marchen sobre un puente”.

El puente de Broughton era una estructura colgante de 144m de luz sobre el río Irwel, en Manchester, Inglaterra. En 1831 colapsó cuando 74 soldados lo cruzaron marcando el paso. Afortunadamente no hubo muertes.

Aunque actualmente no se esté seguro de que el fallo estructural se debiera a la entrada en resonancia por culpa la frecuencia inducida por el paso del ejercito, es indudable que la trascendencia de su colapso marcó nuestra cultura popular.

Puente del milenio.

También bastante famosa fue la inauguración de la esta pasarela que cruza el Tamesis en Londres. El 10 de junio de 2000 se abrió al público e inmediatamente después se observaron vibraciones en la estructura. Diseñado para soportar a unas 5000 personas a la vez, la pasarela entró en resonancia llevando consigo tan solo a unas 2000 personas. Las primeras pequeñas vibraciones obligaron a los viandantes a caminar de

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manera sincronizada con el balanceo, incrementando el efecto, incluso cuando la pasarela se encontraba relativamente poco transitado al comienzo del día.

El vídeo muestra las vibraciones detectadas ese día: Como resultado, dos días después se cerró para realizar modificaciones que duraron casi dos años con un coste de 6,25 millones de euros.

Puente de Volgogrado.Otro puente que apenas a 7 meses de ser inaugurado entro en resonancia. El 20 de mayo de 2010 una tormenta con rachas de viento provocaron impresionantes vibraciones en este puente de la ciudad de Volgogrado (Rusia).

Para suprimir estas oscilaciones se incorporaron amortiguadores de masa en la estructura y actualmente está abierto sin que se hayan detectado más episodios de vibraciones.

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Puente de arco de AlconectarTambién en España tenemos nuestro ejemplo de estructura en resonancia. Esta vez, la estructura entró en resonancia antes de haberla terminado. Resultó que en una de las fases constructivas, teniendo solo ejecutado los arcos principales, vientos de reducida velocidad, apenas 25 Km/h hicieron oscilar a la estructura en su segunda frecuencia fundamental. La oscilación del arco impresiona y el ruido que produce lo hace aún más:

La solución consistió en modificar la aerodinámica de los arcos para que el viento transversal a estos no provocara vórtices con frecuencias parecidas al del arco. Se trataba de incorporar unos postizos a los arcos que cambiaban su aerodinámica. Una vez que se termino la construcción del tablero, la frecuencias de la estructura cambiaron y dejaron de existir problemas de resonancia pero aun así se dejaron los modificadores aerodinámicos de los arcos.

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4. BIBLIOGRAFÍA :

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MONTANARO Vibraciones mecánica (5ta Edición) SINGIRESUS.

Análisis sísmico en tanques de agua pág. 85,128 vibraciones amortiguadas. Tipos de vibraciones mecanicas

Análisis Sísmico En Presas.ftp://ceres.udc.es/doctorado/estructuras2/analisis_no_lineal/proceso_constructivo_pushover_dinamico/varios/analisis_sismico_de_presas.pdf

Dinámica y estabilidad de los sistemas.http://www.researchgate.net/publication/41905091_Ecuaciones_diferenciales_ordinarias_y_sus_aplicaciones_a_la_Ingeniera_Civil

Cargas accidentales.http://www.arqhys.com/arquitectura/cargas-accidentales.html

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Dinámica de rascacielos.http://www.arqhys.com/contenidos/arquitectura-dinamica-rascacielos.html

Vibraciones, dinámica y ruidos. Corporación BETA. Extraído de los siguientes enlaces:

Evaluación de las vibraciones y de la integridad de las tuberías http://es.betamachinery.com/services/piping-vibration-and-integrity-assessment#a_894

Análisis de vibración lateralhttp://es.betamachinery.com/services/lateral-vibration-analysis

Análisis de vibraciones inducidas por el flujohttp://es.betamachinery.com/services/flow-induced-vibration-fiv-analysis/

Análisis de vibraciones inducidas acústicamentehttp://es.betamachinery.com/services/acoustic-induced-vibration-aiv-analysis

Análisis de vibraciones torsionaleshttp://es.betamachinery.com/services/torsional-vibration-analysis-tva

Félix Domingo, Jesús. COMPORTAMIENTO DE LAS TUBERÍAS ENTERRADAS ANTE LAS VIBRACIONES PRODUCIDAS POR VOLADURAS.

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