VIBRACIONES Y RUIDO EN LAS CIMENTACIONES

Muchas actividades constructivas transmiten vibraciones importantes en las obras. Los niveles de vibración generados durante la construcción de cimentaciones dependen del tipo de cimentación y de las condiciones del suelo en la obra. El efecto de las vibraciones en edificios adyacentes a la obra depende de sus materiales constituyentes (madera, mampostería, acero, concreto), su edad, su distancia al origen de las vibraciones, la frecuencia y amplitud de las vibraciones. Generalmente, las vibraciones de baja frecuencia (periodo largo) presentan una mayor susceptibilidad a producir daños en estructuras que las vibraciones de alta frecuencia (periodo corto). Esto es debido a un mayor efecto de amortiguamiento en suelos sujetos a vibraciones de alta frecuencia. En cambio, los suelos sujetos a vibraciones de baja frecuencia (periodo largo) podrían amplificar las vibraciones.

En los Estados Unidos, las vibraciones de alta frecuencia menores a 2 in/s en la ubicación del edificio se consideran como aceptables ya que es improbable que este grado de vibraciones conduzca a daños estructurales (Wiss 1981). Los niveles de vibración que oscilan entre 0.5in/s y 2in/s generalmente se consideran como estorbo para las personas en los alrededores, pero dicho rango de vibraciones no se considera dañino a las estructuras. Las vibraciones debajo de los 0.5in/s normalmente no son notables.

Las Pilas de Grava Compactada Geopier GP3 se construyen al barrenar un volumen de suelo compresible para crear una cavidad, seguido por compactar el agregado con alta energía en capas delgadas utilizando una apisonadora biselada. Los sistemas Impact son instalados en suelos propensos a socavación mediante el uso de un mandril hueco para perforar a la profundidad de diseño. El agregado es vertido por el centro del mandril hueco para llenar la cavidad y es apisonado y compactado en capas delgadas por medio del subir y bajar del mandril. El sistema Densipact crea “puntos compactados” en suelos granulares al hincar repetidamente una herramienta de puntas múltiples en el suelo. Después del hincado inicial y entre los sucesivos hincados, las cavidades y depresiones formadas por la herramienta son rellenadas con arena u otro agregado sustituto. La acción de apisonado durante la construcción de los elementos con los sistemas Geopier causa que el agregado se compacte en sentido vertical y que empuje lateralmente contra las paredes de la cavidad, ocasionando un incremento del esfuerzo horizontal en el suelo matriz. La construcción de Pilas de Agregado Compactado resulta en elementos extremadamente densos, exhibiendo resistencias y rigideces superiores. Durante su instalación, los martillos que producen la acción de apisonado operan entre 400 y 600 ciclos por minutos (7 a 10 ciclos por segundo) para el sistema GP3 y entre 2000 y 4000 ciclos por minuto para sistemas Impacty Densipact. Estas vibraciones de alta frecuencia son más altas que en la mayoría de actividades de construcción lo cual resulta en una amortiguación elevada del suelo matriz reforzado. En contraste, el hincado de pilotes típicamente produce vibraciones de baja frecuencia al orden de 60 ciclos por minuto (un ciclo por segundo) y un periodo asociado de un segundo. Los niveles de vibración durante la instalación de elementos GEOPIER son por ende de menor amplitud y de mayor frecuencia que durante el proceso de hincado de pilotes, lo cual resulta en vibraciones menores en estructuras vecinas.

El monitoreo de vibraciones se ha realizado en numerosos proyectos con soluciones de Columnas de Grava Compactada para evaluar la amplitud y frecuencia de vibraciones como función de la distancia hacia la fuente de dichas vibraciones. Por ejemplo, durante la expansión del Baptist Memorial Hospital en Memphis, Tennessee, se instalaron elementos Geopier a bastante proximidad de los edificios existentes del hospital. Por medio de un acelerómetro se tomó medida de la velocidad pico de partícula (PPV – por sus siglas en inglés) al instalar los elementos. se posicionó tal acelerómetro entre 1.7 y 10 pies de distancia de los elementos Geopier, mientras la apisonadora se ubicaba entre la superficie del terreno hasta una profundidad de 4 m. Las condiciones de suelo consistían en arcillas medianamente rígidas y el nivel freático se ubicaba debajo los bulbos de los elementos.

En otra obra construida, el Metro Wastewater Reclamation District en Denver, Colorado, se elaboró un estudio similar en la cual se ubicaron acelerómetros entre 1.5 m a 4.5 m de distancia de elementos de Grava Impact. Durante la instalación de los mismos, se midieron los PPV como función de la profundidad a la que se encontraba el mandril. El perfil de suelos en este caso consistía en arenas limosas sueltas a mediamente compactas y el nivel freático se ubicaba a 0.3 m debajo de la superficie. Los resultados de pruebas con acelerómetro para ambas obras se ilustran en las Figuras 1 y 2. Los resultados indican que la amplitud de las vibraciones generadas durante la construcción de elementos Geopier disminuye con la distancia y a mayor profundidad del mandril o apisonadora.

Las Figuras 3 a 5 ilustran los rangos de velocidad pico de partículas con la distancia al origen para sistemas GP3, Impact y Densipact respectivamente. La data obtenida confirma que la amplitud de las vibraciones se reduce con la distancia radial al origen de las vibraciones. Esta rápida disipación de la amplitud se atribuye a las vibraciones de alta frecuencia que generan los martillos utilizados durante la construcción de elementos RAP. Para elementos GP3, la velocidad pico de partículas es normalmente menos de 2.0in/s a una de distancia de 3m desde el punto de instalación. Para elementos Impacty Densipact, las velocidades pico de partículas son menores a 2.0in/s a distancias de 3 a 5 m desde el punto de instalación. La data de Densipact cae generalmente dentro del mismo rango que Impact excepto a distancias menores a los 3 m. A los 1.2 m de distancia del punto de instalación, la velocidad pico de partícula aumenta al doble para el sistema Densipact (8.0in/s vs 4.0 in/s). Las amplitudes mayores observadas durante la instalación de Impact y Densipact se deben probablemente al proceso de desplazamiento y densificación de los suelos granulares durante la instalación. El pre barrenado y otros métodos constructivos son efectivos en reducir las vibraciones en sistemas de desplazamiento.

La Figura 6 compara los niveles de vibración durante la instalación de elementos Geopier en una obra ubicada en San Luis Obispo, California en comparación con otros equipos de construcción. Como sugieren los resultados, las vibraciones medidas son comparables a aquellos inducidos por un martillo de gato o una excavadora de gran tamaño y considerablemente menores que aquellos provenientes del hincado de pilotes.

La Figura 7 demuestra los valores medidos de velocidad pico de partícula durante la instalación de elementos Geopier en comparación con la frecuencia de las vibraciones medidas en la obra ubicada en San Luis Obispo, California. La figura indica que la energía emitida durante las instalaciones resulta en velocidades pico de partícula menores que las máximas permitidas por los reglamentos aceptados. Aunque la data de las Figuras 1 a 7 pueda ser utilizada para la mayoría de obras, en las obras con poca tolerancia de asentamientos se debe seguir un programa de monitoreo de vibraciones.

Asimismo, se ha medido el nivel de decibeles durante la instalación de sistemas Geopier, tomando valores a medida que se incrementa la distancia hacia los elementos de grava. A cada incremento de distancia, se hicieron las mediciones de decibeles mientras la apisonadora se ubicaba en la superficie del terreno y también en el fondo de la cavidad. Los rangos medidos para ambos sistemas se ilustran en la Figura 8.

Los decibeles medidos durante la instalación de sistemas Geopier se reducen significativamente con la distancia del equipo constructivo. Los niveles de decibeles se reducen desde aproximadamente 100dB en las proximidades del equipo GP3 a aproximadamente 75 a 80dB a distancias de 15 a 30m. A distancias mayores de los 7m, los niveles de decibeles son idénticos para ambos sistemas Geopier. A distancias cortas, el sistema Impact produce niveles de decibeles levemente mayores. En comparación, ha de notarse que la comunicación entre personas genera aproximadamente 60dB, el tráfico pesado genera alrededor de 85dB y el hincado de pilotes, 105dB.