InicioAplicacionesMediciones de vibraciones estructurales

Mediciones de vibraciones estructurales

Construction vibration measurements

Cuando existe una fuente extraordinaria de vibraciones, como una obra cercana o condiciones adversas de viento, es importante medir las vibraciones en estructuras, como edificios y puentes, o en el suelo. El motivo es garantizar, como mínimo, que las vibraciones no causen molestias a las personas cercanas y, lo que es más importante, que no dañen la estructura.

Si bien toda estructura vibra hasta cierto grado, los límites deben controlarse para garantizar la integridad del material utilizado en la construcción, así como el bienestar de las personas. En base a estas consideraciones de seguridad y comodidad, muchos países cuentan con reglamentos y normas que definen estos límites de vibración en diferentes entornos.

El monitor de vibraciones es la herramienta más habitual para medir niveles de vibración.

¿Qué es un monitor de vibraciones?

La vibración estructural se define por las oscilaciones mecánicas de las partículas. Estas oscilaciones se miden en tres direcciones perpendiculares entre sí.

Vibration in 3 Dimensions

¿Dónde se miden las vibraciones estructurales?

Las vibraciones estructurales se miden en diversos entornos, tales como

  • Obras de construcción:
    • Los trabajos con maquinaria pesada en obras, en particular los trabajos de excavación, hincado de pilotes, compactación vibratoria, demolición y el movimiento de máquinas sobre orugas, producen vibraciones en el suelo, que pueden dañar edificios cercanos. También puede ser necesario regular las molestias a las personas durante el trabajo y/o fuera del horario laboral.
  • Voladuras
    • Para minimizar el impacto de las operaciones de voladura en la industria minera en el entorno, las comunidades cercanas y por seguridad de los trabajadores.
  • Vías férreas y carreteras
    • En las horas de mayor tráfico, puede ser necesario realizar un seguimiento de las vibraciones del suelo y edificios para asegurar la comodidad de los residentes cercanos.
  • Construcción de túneles
    • Las vibraciones generadas durante la construcción de túneles de metro con tuneladora tienen un impacto significativo en el medio ambiente, sobre todo bajo una ciudad. Es fundamental monitorizar las cimentaciones que se encuentran encima del túnel.
  • Puentes:
    • Las respuestas estructurales a fenómenos naturales extremos y a los provocados por el hombre, así como el aumento del volumen de usuarios y del tamaño de los vehículos, pueden provocar daños repentinos y el colapso de las estructuras de puentes. La evaluación continua o periódica del estado y el desempeño es vital para prevenir el colapso de puentes.

Los monitores de vibraciones también se utilizan en una amplia gama de otras aplicaciones. Se emplean en ámbitos tan diversos como pruebas de productos, monitorización de presas, demolición, educación y la protección de estructuras sensibles como hospitales, centrales eléctricas, centros de datos, museos y lugares históricos.

¿Qué unidades se emplean para medir vibraciones?

Durante una vibración, las partículas del interior de la estructura oscilan. Para cada eje, la velocidad a la que oscilan las partículas se calcula a partir de la distancia recorrida (desplazamiento) en el tiempo.

La velocidad de las partículas (v), medida en mm/s o pulg/s, se define como 

v = Δd / Δt

Δd → el desplazamiento de la partícula en milímetros o pulgadas
Δt → el tiempo en segundos


PPV (Peak Particle Velocity)

La velocidad de vibración máxima (PPV; Peak Particle Velocity) es el valor más básico utilizado en la medición de vibraciones. El valor PPV indica la mayor velocidad de partícula durante un periodo de tiempo (T) por eje.

PPV se define como el valor absoluto máximo de la señal no ponderada

Peak Particle Velocity


PCPV (Peak Component Particle Velocity)

La velocidad de vibración de componente máxima (PCPV; Peak Component Particle Velocity) es el máximo de las tres PPV en cada dirección de eje.

 

PCPV = max(PPVx, PPVy, PPVz)


PVS (Peak Vector Sum)

La suma vectorial máxima (PVS; Peak Vector Sum) es la velocidad resultante calculada considerando simultáneamente las PPV en todas las direcciones x, y, y z.

 

PVS = √((PPVx)2 + (PPVy)2 + (PPVz)2)

 

En palabras, esto se describe matemáticamente como la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los componentes de la PPV.


DF (Dominant Frequencies)

Una señal de vibración puede ser analizada en componentes de frecuencia individuales (utilizando los métodos de paso por cero* o de transformada rápida de Fourier). A partir de ahí, las frecuencias dominantes (DF; Dominant Frequencies) pueden proporcionar información valiosa, como un cambio en las frecuencias naturales (de resonancia). Estas frecuencias son proporcionales a la rigidez de una estructura. Un cambio de estás frecuencias, por ejemplo en una estructura de acero, puede indicar una corrosión grave. Por esta razón, la monitorización de puentes de acero debe alertar ante cualquier cambio en los valores de la frecuencia.

Switch Time to Frequency Domain

Vista de una señal en el dominio de tiempo y frecuencia

* El paso por cero (ZC; Zero Crossing) es el método más sencillo de estimación de la frecuencia. El principio de funcionamiento es que cuando una oscilación cruza el eje x dos veces durante cada ciclo, se puede simplemente contar el número de cruces y dividirlo entre dos y de nuevo dividirlo entre el tamaño de la ventana de observación, lo que nos da la Frecuencia Dominante. Este método funciona mejor cuando se tienen varios ciclos completos. Cuanto mayor sea la longitud de la ventana de observación, mayor será la precisión.

 

¿Qué es un monitor de vibraciones?

 

Obtener mas informacion