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CRITERIOS DE SEGURIDAD PARA PREVENCION DE DANOS POR VOLADURAS
EN EDIFICACIONES DE LA CIUDAD DE MEXICO
ING. MARIO BENHUMEA LEON *
RESUMEN
Se comenta la importancia que tiene el estudio de las vibraciones
del subsuelo, producidas por la detonación de explosivos o
impactos de consideración, en la seguridad de las edificaciones
de la Ciudad de México y se proponen criterios de seguridad para
salvaguardar su integridad de acuerdo con las caracteristicas
geomec&nicas de los diferentes materiales que constituyen el
subsuelo del Valle de México. Para ello, se analizan los diversos
aspectos que intervienen en la problemAtica y se recurre a la
experiencia que en esta materia han formulado y reglamentado
algunos de los paises avanzados.
1. INTRODUCCION
El uso de explosivos en las cercanlas de las zonas urbanas crea
molestias a la población por el ruido de las detonaciones, el
polvo que estas desprenden y las vibraciones del suelo
principalmente. Estas molestias pueden llegar a manifestarse en
demandas contra los usuarios, que manejan los explosivos, si
estos no realizan un cuidadoso disefio de sus voladuras que
permita mantener el confort de sus vecinos y la seguridad de sus
inmuebles.
Para controlar la vibración del suelo y el ruido producidos por
las voladuras o impactos de consideración, las oficinas de
geologia y minería de algunos de los paises avanzados han
elaborado y reglamentado una serie de lineamientos, conocidos
como criterios de seguridad, a los que deben de ajustarse todo
tipo de actividad que produzca ondas vibratorias como voladuras,
demoliciones, compactaciones, etc. a fin de garantizar la
integridad de los inmuebles circunvecinos y minimizar los gastos
por reparación de dafios o indemnizaciones a que el reglamento
obliga, toda vez que se hayan rebasado los niveles de vibración
máximos permisibles.
* Departamento de Geofisica, C.F.E.
Considerando que la Ciudad de México es la más grande del mundo y
una de las más altamente pobladas, es necesario contar con una
reglamentación de niveles de vibración acorde con la calidad de
sus construcciones, caracteristicas de su subsuelo y sensibilidad
de su gente.
La importancia de tomar en cuenta los niveles de vibración radica
sobre todo en los costos y avances de una obra, ya que si se
sobrestima la cantidad de explosivo empleado, el dafio a
estructuras puede repercutir en pérdidas costosas; mientras que
si se utiliza un criterio conservador, que restrinja demasiado la
cantidad de explosivo, puede retrasar el avance del proyecto y
acordemente incrementar el costo de la excavación.
2. FUNDAMENTOS TEORICOS
Siempre que se realiza la detonación de un barreno de radio "r',
- existe una liberación sibita de energia que ocasiona grandes
presiones en las paredes del pozo y se manifiestan por la
creación de 3 zonas:
La primera, conocida como zona de deformación, en la cual se
lleva a cabo la pulverización del material que se encuentra
alrededor del barreno. El espesor de esta zona es de
aproximadamente 2 r.
La segunda, conocida como zona de transición, rodea a la anterior
y se caracteriza por presentar un fracturamiento intenso tanto en
sentido radial como angular. Teóricamente, el radio que abarca
esta zona es función de la cantidad de carga elevada a un
exponente que generalmente es mayor o igual a 0.5 ( Farrokh y
White, 1986 ). Sin embargo, en la práctica se observa que dicho
alcance depende de las caracteristicas geotécnicas del tipo de
roca, variando de 7 a 12 r. En esta zona, las ondas sismicas
generadas por la explosión se atenian rápidamente, tanto en
amplitud como en frecuencia; razón por la cual algunos
investigadores han modelado el fenómeno considerándola como
cuerpo viscoso.
La tercera y eiltima, denominada zona elástica, rodea a la
anterior y se caracteriza por permitir el paso de las ondas
sismicas sin ocasionar deformaciones permanentes al medio. En
esta zona, los frentes de onda se caracterizan por transmitirse
rápidamente y abordar a las estrucyuras desde sus inicios con
impactos de máxima amplitud, conocidos como pulsos dominantes,
seguidos de un decaimiento exponencial cuya duración es función
de la cantidad de carga. Obviamente, el monitoreo sismico para
protección de estructuras se realiza en esta zona.
Una voladura genera la propagación de diversos tipos de ondas,
las cuales viajan a través del aire o del subsuelo con diferentes
velocidades y siempre alejándose del punto de detonación en forma
2
casi concéntrica. Básicamente son 3 los tipos de onda generados:
ondas de cuerpo, ondas superficiales y ondas sónicas o de choque.
Todas ellas importantes en los análisis de vibraciones y
elaboración de criterios de seguridad.
Las ondas de cuerpo transmiten la deformación elásticamente en el
interior del medio y se dividen en ondas compresionales o
primarias y ondas de corte o secundarias. Estas ondas son las
primeras en arribar debido a que poseen mayores velocidades de
propagación que los otros tipos de ondas. Por lo general, la
velocidad de las ondas de corte es de 1/2 a 1/3 menor que la de
las ondas compresionales, debido a que estan relacionadas por el
coeficiente de Poisson del medio. Análogamente, en esa misma
proporción la frecuencia de las ondas de corte disminuye con
respecto a la frecuencia de las ondas compresionales.
Las ondas superficiales son aquellas que se propagan por la
interfase tierra/aire dentro de un estrato cuyo grosor es
aproximadamente igual a su longitud de onda. Los 2 tipos
fundamentales de ondas superficiales son: Love, definidas como
aquellas de máximo periodo sin componente vertical, y las
Rayleigh, definidas como aquellas de máxima amplitud y por
consiguiente de máxima energia. Potencialmente, las ondas
superficiales son las que más daño causan a las estructuras
debido fundamentalmente a 3 factores: mayor cantidad de energia,
frecuencias bajas y atenuaciones menores a las de las otras
ondas. Por ello su estudio es muy importante en los análisis de
vibración del suelo.
Las ondas sónicas o de choque son ondas compresionales que se
propagan por el aire a una velocidad de aproximadamente 330 m/s.
Su energia puede alcanzar niveles significativos, ain a
distancias grandes, y provocar daños a casas y edificios tanto
por el golpeteo directo como por la inducción de vibraciones que
puede crear en suelos, sobre todo si son blandos y se encuentran
saturados ( Siskind et al, 1980 a ).
La identificación del tipo de onda en los sismogramas se lleva a
cabo mediante la comparación de parámetros como: tiempos de
arribo, velocidad de propagación, amplitud del pulso dominante,
frecuencia del pulso, amortiguamiento, etc.
En la mayoria de las voladuras la detonación de las cargas se
realiza espaciadamente, empleando entre cada detonación retrasos
de algunos milisegundos a fin de optimizar el fracturamiento de
la roca y reducir los niveles de vibración. Esta circunstancia
crea una mezcla entre los diferentes tipos de ondas, de tal forma
que es dificil su identificación; aunque por sus niveles de
energia se sabe que las ondas Rayleigh son las de mayor amplitud
e importancia para distancias medias y largas ( 100 m aprox.) del
punto de voladura; mientras que a distancias cortas ( alrededor
de 30 m ), las ondas compresionales pueden ser las que impacten
con mayor energia.
3
Los niveles de vibración dependen básicamente de 2 parámetros: la
cantidad de explosivo detonado por periodo de retardo y la
distancia al punto de voladura. Como es lógico suponer, los
niveles de vibración disminuyen conforme la distancia aumenta y
se incrementan cuando la carga aumenta. Empiricamente, se ha
demostrado que los niveles de vibración son función de un sólo
parámetro denominado distancia escalada ( Devine et al, 1963 ),
el cual se define como el cociente entre la distancia y la raiz
cuadrada o ciibica del peso de la carga. Operacionalmente:
y K ( d / Q ** 0.5 ) ( 1
donde:
y = velocidad de particula
d = distancia al punto de voladura
Q = carga máxima por retardo
K,n = constantes empiricas de sitio
Los niveles de vibración, tanto del suelo como del aire, se
cuantifican por lo general a través de un sismógrafo de 4
canales: tres para el registro de las componentes de la vibración
del suelo y una para la determinación de la sobrepresión de la
onda de aire. Actualmente, la vibración del suelo se analiza a
través de registros de velocidad de particula, que es la
velocidad con la que se mueve un peque?io fragmento del subsuelo
al paso de las ondas generadas por cualquier tipo de fuente
sismica, debido a que es el parámetro que mejor se correlaciona
con los diferentes niveles de daf'ios. La figura 1 muestra un
registro tipico de velocidad de particula para monitoreo de
voladuras.
La velocidad de particula "y es mucho menor que la velocidad de
propagación c y su cociente indica la deformación máxima
relativa que sufre un material ( Dowding, 1980 ).
Independientemente del tipo de onda, los esfuerzos radial y
angular que ejercen las vibraciones pueden determinarse a través
de las ecuaciones ( Farrokh et al, 1986 ):
¿3u 14
Prr = + 2i) cr + 2 ( 2 )
CU u
( 3
Or r
donde u representa el desplazamiento radial.
4
La figura 2 muestra sobrepuestos los espectros de amplitud de 6
registros de presión, calculados para diferentes cantidades de
carga a partir de la ecuación anterior ( Sengbush, 1978 ). Como
se puede observar, la amplitud aumenta y se ubica hacia las bajas
frecuencias conforme aumenta la cantidad de carga.
3. METODOLOGIA
El desarrollo de las actividades mineras y de la industria de la
construcción ha hecho necesario que las voladuras, indispensables
para la realización de estas actividades, se disefíen
adecuadamente a fin de aprovechar sus efectos benéficos y no
daf5ar estructuras geológicas o civiles contiguas, ni incomodar a
sus habitantes. Para ello, en algunos paises se han elaborado
distintos criterios de seguridad basados, principalmente, en
mediciones de velocidad de particula y sobrepresión de la onda de
aire, debido a que se ha demostrado que estos parámetros son los
que mejor se correlacionan con los niveles de dafíos ( Edwards et
al, 1960 ).
Actualmente, varios paises cuentan con regulaciones propias para
garantizar la seguridad de sus inmuebles y el confort de sus
habitantes ( figura 3 ). Esas normas fueron aprovechadas como
punto de partida para la elaboración de un criterio de seguridad
adecuado a las edificaciones de la Ciudad de México, las cuales
han resentido el efecto de varios sismos, hundimientos del suelo,
deterioro por falta de mantenimiento, usos inapropiados e
incrementos de la contaminación.
El problema de elaborar un criterio de seguridad, que permita
evaluar la cantidad máxima de explosivos que puede emplearse en
cada sitio, generalmente se resuelve en 2 etapas: la primera
consiste en poder predecir la intensidad de vibración del suelo,
de acuerdo con la cantidad de carga empleada, la distancia a la
fuente, las propiedades de transmisión del medio, etc.; mientras
que la segunda se refiere a conocer la calidad de las
edificaciones y niveles de vibración que pueden ser tolerados por
los diferentes tipos de estructuras sin incomodar a sus
habitantes.
Para cubrir la primera etapa, se utilizó la información de los
249 pozos que fueron detonados en 1986 por la Comisión Federal de
Electricidad para los estudios sismicos del Valle deMéxico y se
tomó como respuesta la sensibilidad del ser humano ( figura 4 ),
que muchas veces es la más adecuada para la elaboración de normas
de seguridad.
El utilizar a la ciudadania como geófono receptor de
vibraciones no fue inapropiado debido a que durante los meses
posteriores a los macrosismos de 1985, en los cuales se
realizaron las detonaciones, se mantuvo sensible en estado de
tensión, stress o miedo.
5
La figura 5 muestra la ley de poder obtenida principalmente con
datos de las zonas geotécnicas de transición y lagos para
distintas cargas y puntos de observación. El lineamiento de esta
agrupación de datos confirma que para el Valle de México los
niveles de vibración pueden predecirse mediante el uso de las
siguientes 2 ecuaciones:
La primera corresponde a la ley de poder propuesta por Devine y
Duvail en 1963 ( ec.1 ) con las constantes K50 y n1.06 para
calcular vibraciones que no afecten ni siquiera el estado de los
yesos, tiroles y aplanados que son los materiales más débiles de
la construcción y por ende los más propensos a sufrir
cuarteaduras.
La segunda es a través de una ecuación sofisticada de predicción
teórica propuesta por el Instituto Geológico y Minero de Espafla
que operacionalmente se define como:
0
(-5
Qxnlxn2xn3xExlO6
y ----------------------- ( 4
x d2 x Kf x log d xlC x e x VCJ
donde:
y = velocidad de particula (m/s)
d = distancia al punto de voladura (m)
30 a 960 m *
Q peso del explosivo (Kg)
0.175 a 6.250 Kg *
densidad del medio (Kg/m3)
1.3 a 1.9 Kg/m3 para lacustre *
1.9 a 2.2 Kg/m3 para transición *
2.2 a 2.4 Kg/m3 para lomas *
E energia especifica del explosivo (MJ/Kg)
6.11 IIJ/kg para tovex 100 *
Nl z rendimiento de transmisión de energia
0.4 *
N2 = caracteristica de impedancias explosivo/roca
Ze - Zr )**2
= 1 -----------------
Ze + Zr )**2
Ze = impedancia del explosivo
4.95 E6 Kg/m2-s *
Zr = impedancia de la roca
9.72 E4 a 1.82 E5 para lacustre *
= 1.42 ES a 3.52 E5 para transicion *
3.92 E5 para lomas *
N3 = porcentaje de acoplamiento de la carga
0.90 a 0.96 *
kf = constante caracteristica del terreno
0.15 para lacustre *
0.09 para transición *
z 0.03 para lomas *
VC = velocidad longitudinal del medio (mis)
1220 a 1560 m/s para lacustre *
900 a 1460 m/s para transición *
800 a 2500 m/s para lomas *
* datos para el Valle de México
Forzosamente para que una tecnologia tenga aceptación en
cuestiones prácticas es necesario que su formulación sea simple y
de fácil aplicación, razón por la cual se considera más adecuado
el uso de la ecuació ri de distancia escalada ( ec. 1 ) con K = 50
y n = 1.06. Ecuación muy parecida a la del criterio propuesto por
Oriard ( 1971 ).
Por lo que se refiere a la segunda etapa, se utilizaron los 82
sismogramas de velocidad de particula que se obtuvieron durante
1985 y 1986 en los trabajos de demolición de edificios por
explosivos. La figura 6 muestra los resultados de la vibración
máxima y su relación con el criterio USBM-R18507 ( Siskind et al,
1980 b ), que en ese entonces se utilizó para dictaminar si
procedia el reclamo de vecinos. Como se puede observar, el 65 %
de los datos rebasan la norma estadounidense, situación que
podria prestarse a controversias si no se ubieran realizado
inspecciones preliminares en los inmuebles aledaños. Cabe hacer
notar que sólo en 4 de las demoliciones se recibieron quejas
fuertes y demandas de daños a los enyesados y ventanerias, las
cuales correspondieron precisamente a las demoliciones en donde
se registraron los mayores niveles de vibración: S.T.P.S.,
Marina, Durango y San Camilito.
En los edificios B4 y B5 de la unidad Benito Juárez se obtuvieron
valores altos de vibración pero debido probablemente a que los
edificios vecinos se encontraban muy retirados, tanto de los
edificios a demoler como de los puntos de demolición, no se
consignaron quejas importantes.
Durante los iiltimos años, los ingenieros en vibraciones han
sugerido que la respuesta estructural es un criterio más racional
para evaluar los efectos provocados por las vibraciones en las
estructuras. Este criterio, conocido como RSVP ( Response
Spectrum Velocity Profile ), se basa en espectros de respuesta de
velocidad relativa, término que cuantifica la diferencia en
velocidad que puede darse entre suelo y estructura; por lo que
involucra la amplitud y frecuencia del movimiento del terreno,
asi como la frecuencia natural y amortiguamiento de la
estructura.
La frecuencia natural de una estructura depende sobre todo de su
altura, de tal forma que edificios altos vibrarán a bajas
frecuencias por ser más flexibles, mientras que las estructuras
de pocos niveles, por ser más rigidas, vibrarán a mayores
frecuencias. Recientemente, se ha determinado que la frecuencia
natural de las casas habitación varia de 3 a 18 Hz, dependiendo
de su altura, tipo de construcción, etc. Los valores tipicos se
encuentran entre 5 y 15 Hz, siendo menores conforme aumenta el
7
número de plantas de los edificios. Los techos y las paredes
vibran independientemente de la estructura a frecuencias
comprendidas entre 12 y 20 Hz. Por otro lado, el amortiguamiento
representa una medida de la resistencia de la estructura a
movimientos vibratorios. Los valores comunes de estos
coeficientes en estructuras de tipo residencial ( Dowding, 1980 )
oscilan en torno al 5 %.
Los valores máximos permisibles de velocidad relativa que propone
la norma estadounidense R1-8507 es de 1.5 in/s para estructuras
que se encuentren en el intervalo de 4 a 12 Hz.
La figura 7 muestra sobrepuestos la norma americana y los
espectros de respuesta de la demolición del edificio San Camilito
para amortiguamientos del 5 y 10 %. Como se puede observar, en
ambos casos se rebasan los máximos permisibles propuestos por la
reglamentación estadounidense.
Por lo que a la onda de choque se refiere, se han hecho numerosos
estudios sobre los efectos que producen en las estructuras cuando
es generada por voladuras, explosiones nucleares y aviones
supersónicos. Todos ellos concuerdan en que las ventanas de
vidrio constituyen la parte más frágil y susceptible de ser
dafíada, razón por la cual se les involucra en la mayorla de los
criterios de seguridad. La siguiente tabla, tomada del manual de
Du Pont ( 1983 ), resume resultados de esos estudios:
SOBREPRESION EFECTO EN ESTRUCTURAS
(db) (lb/in2)
181 3.00 Daflos en estructuras convencionales
171 1.00 Se rompen la mayoria de las ventanas
151 0.10 Algunas ventanas se rompen
141 0.03 Vidrios grandes se pueden romper
136 0.02 Limite de la norma RI-5968 ( 1962 )
Actualmente, existe un concenso de los investigadores en el
sentido de que el daflo a estructuras es improbable abajo de 0.03
psi; sin embargo, la norma estadounidense RI-8507 recomienda como
niveles de máxima seguridad 129 db ó 0.0082 psi.
De los 82 sismogramas que se recabaron durante los trabajos de
demolición, 43 tuvieron una sobrepresión menor a 150 db, 26 mayor
o igual a 150 db y en 13 no se obtuvo registro. El mayor niimero
de quejas y demandas correspondió con algunas de las demoliciones
que registraron 150 db ( Vázquez et al, 1988 ).
4. CRITERIOS PROPUESTOS
Tomando como punto de partida criterios de seguridad de otros
paises y analizando los 82 sismogramas de velocidad de particula,
que se recolectaron durante los trabajos de demolición, fue
posible elaborar 2 criterios de seguridad y delimitar niveles
máximos permisibles y frecuencias de vibración que pudieran dafar
a edificaciones de la Ciudad de México.
La figura 8 muestra el primer criterio de seguridad propuesto, en
donde las delimitaciones para los diferentes tipos de
edificaciones se han marcado de acuerdo con los alcances de los
espectros pronosticados para cada una de las demoliciones
instrumentadas, dejando los de la norma americana para
salvaguardar la integridad de las estructuras más sensibles. Los
tipos de edificación corresponden con la siguiente descripción:
1. Edificios resistentes de estructura de concreto armado o
metálica, muros estructurales, contraventeos, etc.
Edificios medianamente resistentes, generalmente de pocos
niveles, pero sin los elementos estructurales citados en el
punto anterior.
Edificios poco resistentes y sensibles a las vibraciones,
probablemente daflados, monumentos antiguos o de interés
histórico, centrós de cómputo, etc.
La figura 9 muestra los espectros de velocidad relativa, para
amortiguamientos del 5 %, de las 8 demoliciones que ocasionaron
las mayores vibraciones ( S.T.P.S., San Camilito, Marina, Regis,
Durango, Benito Juárez, Aquiles Serdán y Continental ). Como se
puede observar, casi todas estan agrupadas en el mismo tipo de
espectro aunque, como se mencionó en la figura 2, los mayores
impactos corresponden a menores frecuencias.
De acuerdo con las inspecciones llevadas a cabo antes y después
de las demoliciones y considerando que no todas causaron dafo a
edificaciones vecinas, se determina que el nivel máximo
permisible para aplicar el criterio RSVP en la Ciudad de México
es de 2 mIs. Este parámetro, aunado a los resultados del primer
criterio, evidencia que el tipo de construcciones de la Ciudad de
México es de buena calidad y capaz de soportar vibraciones
menores de tipo cotidiano como las que se llevan a cabo en
trabajos de compactación o en presencia de tráfico intenso.
Por otra parte, considerando las deformaciones máximas en
entrepisos que proponen las normas complementarias del reglamento
de construcciones del Distrito Federal, se determinó que la
fórmula de distancia escalada ( ec.1 ), capaz de predecir niveles
de vibración que pudieran ocasionar dafilos estructurales a las
edificaciones, esta constituida por un exponente n = 1.06 y un
coeficiente K = 690, el cual por ser muy elevado evidencia
indirectamente la calidad que impone el reglamento de
construcciones y esplica de alguna forma el por qué casi 90 % de
las edificaciones resistieron los impactos de 25 mIs del
macrosismo del 19 de septiembre.
E;J
Por último, analizando las sobrepresiones de la onda de aire y el
nivel de ruidos actual de la Ciudad de México, es recomendable
acatar la norma americana de 129 db por las siguientes razones:
- Es factible inducir vibraciones de baja frecuencia en suelos
blandos y saturados como son los de la Ciudad de México.
- Personas sensibles pueden manifestar dolor a partir de 120 db.
5. CONCLUSIONES
i) Las reglamentaciones técnicas que en materia de vibraciones se
formulen para la Ciudad de México, necesitan ser acordes con su
muy particular tipo de subsuelo y calidad de edificaciones.
ji) De acuerdo con los criterios de seguridad de otros paises,
las edificaciones de la Ciudad de México son de mayor resistencia
y por ende de mayor seguridad, no obstante los vicios de
construcción, lo afiejo de sus edificaciones y el dafio acumulado
por afios.
Es factible permitir el uso de explosivos para acelerar el
avance de obras de cualquier ciudad, siempre y cuando se
contemple el monitoreo de vibraciones para garantizar la
integridad de las estructuras aledafias.
La Ciudad de México, por ser la más grande del Mundo y una de
las más altamente pobladas, necesita para su funcionamiento
óptimo que la ingenieria se renueve constantemente a fin de
incorporar técnicas y procedimientos acordes con el tipo de
problemas que enf renta.
10
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1.
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ESTRUCTURAS NESIDENCIALES
NUEVAS EN SUEN ESTADO
SEGURIDAD DAÑOS
DE CONITR000IDA
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ÍSTURAS
(1978)
RESIDENCIALES
ANTIQUAS EN MAL SEGURIDAD
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DANOSESTADO
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ESSRUCTI1NA1 RESIDRNCIALSI
EN NUT MAL ESTADO
SEURlDAD DAÑOSDI COSSTNUCCIOA
T 1 1
2,5 5 10 15 20 25 50 lOO 200 500
VFLOCI00 MAM!Mfl DE PRTC1.L. tisíit,I.J
VIBRACIONES
(10-60 Hz)
FIGURA 3
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CLASE 1
CLASE fl
CLASE
CLASE
- -
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I1íI.yjb
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USBM
(1982)
lO 15 20 25 50 lOO 200 500
VELOCIDAD NAXIMA DE PARTICULA (mm.'.)
WISS (1981)
NEW SWIS
SEANDARO PARA
VIBRACIONES EN
EDIFICIOS
H2 2,5 5 lO 15 20 25 50 - lOO 150 200 250 500
LEYENDA
CLASE 1 EDIFICIOS METLICOS O DE HORMIG6N ARMADO
CLASE 11 EDIFICIOS CON MUROS Y PILARES DI HORMIGÓN, PAREDES DE H0RMIGCN O MAMPOSTERÍA
CLASE ffi EDIFICIOS COMO LOS MENCIONADOS ,.MTIRIORMENTE PERO CON ESTRUCTURA DE
MADERA Y PAREDES DE MAMPOSTERÍA
CLASE Ir CONSTRUCCIÓN MUY SENSIBLE A LAS VI8RACIONES OBJETOS DE INTERÉS HISTORICO
1 Hl
4 Hz
10Hz
40 Hz
00 Hz
0 Hz
10Hz
50Hz
lOO Hz
NORMA DIN 4150 (v RESULTANTE)
TIPO I EDIFICIO PUBLICO O INDUSTRIAL.
TIPO fl EDIFICIOS DE VIVIENDAS O ASIMILABLES A VIVIENDAS
EDIFICIOS CON REVOCOS Y ENLUCIDOS
TIPO m EDIFICIOS HISTORICO-ARTISTICOS O QUE POR SU CONSTRUCCION SON SENSIBLES
A LAS VIBRACIONES Y NO ENTRAN EN LOS GRUPOS 1 Y II
0Hz
IOHI KONON y SCI-4URING
(1985)
EDIFICIOS ANTIGUOS
DAÑOS E HISTORICOS
40Hz
JI 1
II) 0 20 25 50 lOO 200 500
FIGURA 3 (CONTINuACI0N)
DIN
4)50
(1983)
254
PELI GRO
404,6
RIESGO
25,4
SEVERO
5,'
2,5 1APRECIABLE
2,5
APRECIABLE 1
4,5
PELIGRO
RIESGO
SEVERO
MOLESTO
254
404,6
50,8
30,!
25,4
0,2
04,6
'.50,8
É
25,4 - SEVERO
« 11,8
-J
D
o
1•-
PIOLESTO
0 2,5
o
4
O
o
o APRECIABLE
0,8
>
0,25
BRACKNES EN
REG1MEN
PERMANENTE
(b)
J0,25 0,2 -
VIBRACIONES EN VIBRIONES DEBIDAS
REG1MEN TRANSITORIO A VOLADURA
SIN RUIDO ACOMPAÑADA DE
OBSERVADCR IMFRC1AL RUIDO
OBSERVADOR PARCIAL
Cc)
254
203,
52,
101,1
50,
4 25,
-J
20,
1.)
15,2
IO,
IAJ
o
0 5,
4
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1)
o
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2,
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0,
0,2
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4
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1 4
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V 4
4
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o
w
.4
4
1
w
u
e
o.
0 01.
.4
u
o
o.
o a
4
o
u
> 1111 1 111111! 1 111
1 2 4 6 lo 20 40 60 100 5 10 50 100 500
FRECUENCIA (Hz) 0''oc,o Escolodo , 0/ (ID/ P,roøo)
FIGURA 4 RESPUESTAS HUMANAS A LAS VIBRACIONES SEGUN
(1) ORIARD (1984) 1 b) GOLDMAN (1948) Y c) BAUER ET AL (1978).
VALLE DE MEXtCO
FIGURA 5
1 10
FRECUENCIA ( hz )
10 2
10
10 - 10 2
Cf)
1
wi
o
E-
o-
O
O
O
o
o-J
LiJ
>
MONITOREO DE VIBRACIONES EN LA DEMOLICION
DE EDIFICIOS POR EXPLOSIVOS
FIGURA 6
ESPECTROS DE VELOCIDAD RELATIVA
DEIV1OLICION DEL EDIFICIO SAN CAMILITO
lo -1
lu lo 10 2
FRECUENCIA ( hz )
FIGURA 7
o
o
-J
U-'
>
LiJ
0 -1
0
0
U)
c
o
ft
lo
10 1 lo lo 2
FRECUENCIA ( hz )
11T
11 i i j j ii i
PRIMER CRITERIO DE SEGURIDAD EN VIBRACIONES
PARA LA CIUDAD DE MEXICO
FIGURA 8
SECUNDO CRITERIO DE SEGURIDAD EN VIBRACIONES
,I 1
SEGURIDAD
IHH •llIuU 1
•uiuii •isuu u
R•IIIII UIIIHI 1
___ uann•inin u
•iiiinuuiiuui u
IuIIRtlIuEc3! 1
$ MIRE U
u
• e
T-HT
EEEE1H
10 1
10 1 10 10 2
FRECUENCIA ( hz )
FIGURA 9

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Criterios de seguridad para prevención de daños por voladuras

  • 1. &Xp3o3 CRITERIOS DE SEGURIDAD PARA PREVENCION DE DANOS POR VOLADURAS EN EDIFICACIONES DE LA CIUDAD DE MEXICO ING. MARIO BENHUMEA LEON * RESUMEN Se comenta la importancia que tiene el estudio de las vibraciones del subsuelo, producidas por la detonación de explosivos o impactos de consideración, en la seguridad de las edificaciones de la Ciudad de México y se proponen criterios de seguridad para salvaguardar su integridad de acuerdo con las caracteristicas geomec&nicas de los diferentes materiales que constituyen el subsuelo del Valle de México. Para ello, se analizan los diversos aspectos que intervienen en la problemAtica y se recurre a la experiencia que en esta materia han formulado y reglamentado algunos de los paises avanzados. 1. INTRODUCCION El uso de explosivos en las cercanlas de las zonas urbanas crea molestias a la población por el ruido de las detonaciones, el polvo que estas desprenden y las vibraciones del suelo principalmente. Estas molestias pueden llegar a manifestarse en demandas contra los usuarios, que manejan los explosivos, si estos no realizan un cuidadoso disefio de sus voladuras que permita mantener el confort de sus vecinos y la seguridad de sus inmuebles. Para controlar la vibración del suelo y el ruido producidos por las voladuras o impactos de consideración, las oficinas de geologia y minería de algunos de los paises avanzados han elaborado y reglamentado una serie de lineamientos, conocidos como criterios de seguridad, a los que deben de ajustarse todo tipo de actividad que produzca ondas vibratorias como voladuras, demoliciones, compactaciones, etc. a fin de garantizar la integridad de los inmuebles circunvecinos y minimizar los gastos por reparación de dafios o indemnizaciones a que el reglamento obliga, toda vez que se hayan rebasado los niveles de vibración máximos permisibles. * Departamento de Geofisica, C.F.E.
  • 2. Considerando que la Ciudad de México es la más grande del mundo y una de las más altamente pobladas, es necesario contar con una reglamentación de niveles de vibración acorde con la calidad de sus construcciones, caracteristicas de su subsuelo y sensibilidad de su gente. La importancia de tomar en cuenta los niveles de vibración radica sobre todo en los costos y avances de una obra, ya que si se sobrestima la cantidad de explosivo empleado, el dafio a estructuras puede repercutir en pérdidas costosas; mientras que si se utiliza un criterio conservador, que restrinja demasiado la cantidad de explosivo, puede retrasar el avance del proyecto y acordemente incrementar el costo de la excavación. 2. FUNDAMENTOS TEORICOS Siempre que se realiza la detonación de un barreno de radio "r', - existe una liberación sibita de energia que ocasiona grandes presiones en las paredes del pozo y se manifiestan por la creación de 3 zonas: La primera, conocida como zona de deformación, en la cual se lleva a cabo la pulverización del material que se encuentra alrededor del barreno. El espesor de esta zona es de aproximadamente 2 r. La segunda, conocida como zona de transición, rodea a la anterior y se caracteriza por presentar un fracturamiento intenso tanto en sentido radial como angular. Teóricamente, el radio que abarca esta zona es función de la cantidad de carga elevada a un exponente que generalmente es mayor o igual a 0.5 ( Farrokh y White, 1986 ). Sin embargo, en la práctica se observa que dicho alcance depende de las caracteristicas geotécnicas del tipo de roca, variando de 7 a 12 r. En esta zona, las ondas sismicas generadas por la explosión se atenian rápidamente, tanto en amplitud como en frecuencia; razón por la cual algunos investigadores han modelado el fenómeno considerándola como cuerpo viscoso. La tercera y eiltima, denominada zona elástica, rodea a la anterior y se caracteriza por permitir el paso de las ondas sismicas sin ocasionar deformaciones permanentes al medio. En esta zona, los frentes de onda se caracterizan por transmitirse rápidamente y abordar a las estrucyuras desde sus inicios con impactos de máxima amplitud, conocidos como pulsos dominantes, seguidos de un decaimiento exponencial cuya duración es función de la cantidad de carga. Obviamente, el monitoreo sismico para protección de estructuras se realiza en esta zona. Una voladura genera la propagación de diversos tipos de ondas, las cuales viajan a través del aire o del subsuelo con diferentes velocidades y siempre alejándose del punto de detonación en forma 2
  • 3. casi concéntrica. Básicamente son 3 los tipos de onda generados: ondas de cuerpo, ondas superficiales y ondas sónicas o de choque. Todas ellas importantes en los análisis de vibraciones y elaboración de criterios de seguridad. Las ondas de cuerpo transmiten la deformación elásticamente en el interior del medio y se dividen en ondas compresionales o primarias y ondas de corte o secundarias. Estas ondas son las primeras en arribar debido a que poseen mayores velocidades de propagación que los otros tipos de ondas. Por lo general, la velocidad de las ondas de corte es de 1/2 a 1/3 menor que la de las ondas compresionales, debido a que estan relacionadas por el coeficiente de Poisson del medio. Análogamente, en esa misma proporción la frecuencia de las ondas de corte disminuye con respecto a la frecuencia de las ondas compresionales. Las ondas superficiales son aquellas que se propagan por la interfase tierra/aire dentro de un estrato cuyo grosor es aproximadamente igual a su longitud de onda. Los 2 tipos fundamentales de ondas superficiales son: Love, definidas como aquellas de máximo periodo sin componente vertical, y las Rayleigh, definidas como aquellas de máxima amplitud y por consiguiente de máxima energia. Potencialmente, las ondas superficiales son las que más daño causan a las estructuras debido fundamentalmente a 3 factores: mayor cantidad de energia, frecuencias bajas y atenuaciones menores a las de las otras ondas. Por ello su estudio es muy importante en los análisis de vibración del suelo. Las ondas sónicas o de choque son ondas compresionales que se propagan por el aire a una velocidad de aproximadamente 330 m/s. Su energia puede alcanzar niveles significativos, ain a distancias grandes, y provocar daños a casas y edificios tanto por el golpeteo directo como por la inducción de vibraciones que puede crear en suelos, sobre todo si son blandos y se encuentran saturados ( Siskind et al, 1980 a ). La identificación del tipo de onda en los sismogramas se lleva a cabo mediante la comparación de parámetros como: tiempos de arribo, velocidad de propagación, amplitud del pulso dominante, frecuencia del pulso, amortiguamiento, etc. En la mayoria de las voladuras la detonación de las cargas se realiza espaciadamente, empleando entre cada detonación retrasos de algunos milisegundos a fin de optimizar el fracturamiento de la roca y reducir los niveles de vibración. Esta circunstancia crea una mezcla entre los diferentes tipos de ondas, de tal forma que es dificil su identificación; aunque por sus niveles de energia se sabe que las ondas Rayleigh son las de mayor amplitud e importancia para distancias medias y largas ( 100 m aprox.) del punto de voladura; mientras que a distancias cortas ( alrededor de 30 m ), las ondas compresionales pueden ser las que impacten con mayor energia. 3
  • 4. Los niveles de vibración dependen básicamente de 2 parámetros: la cantidad de explosivo detonado por periodo de retardo y la distancia al punto de voladura. Como es lógico suponer, los niveles de vibración disminuyen conforme la distancia aumenta y se incrementan cuando la carga aumenta. Empiricamente, se ha demostrado que los niveles de vibración son función de un sólo parámetro denominado distancia escalada ( Devine et al, 1963 ), el cual se define como el cociente entre la distancia y la raiz cuadrada o ciibica del peso de la carga. Operacionalmente: y K ( d / Q ** 0.5 ) ( 1 donde: y = velocidad de particula d = distancia al punto de voladura Q = carga máxima por retardo K,n = constantes empiricas de sitio Los niveles de vibración, tanto del suelo como del aire, se cuantifican por lo general a través de un sismógrafo de 4 canales: tres para el registro de las componentes de la vibración del suelo y una para la determinación de la sobrepresión de la onda de aire. Actualmente, la vibración del suelo se analiza a través de registros de velocidad de particula, que es la velocidad con la que se mueve un peque?io fragmento del subsuelo al paso de las ondas generadas por cualquier tipo de fuente sismica, debido a que es el parámetro que mejor se correlaciona con los diferentes niveles de daf'ios. La figura 1 muestra un registro tipico de velocidad de particula para monitoreo de voladuras. La velocidad de particula "y es mucho menor que la velocidad de propagación c y su cociente indica la deformación máxima relativa que sufre un material ( Dowding, 1980 ). Independientemente del tipo de onda, los esfuerzos radial y angular que ejercen las vibraciones pueden determinarse a través de las ecuaciones ( Farrokh et al, 1986 ): ¿3u 14 Prr = + 2i) cr + 2 ( 2 ) CU u ( 3 Or r donde u representa el desplazamiento radial. 4
  • 5. La figura 2 muestra sobrepuestos los espectros de amplitud de 6 registros de presión, calculados para diferentes cantidades de carga a partir de la ecuación anterior ( Sengbush, 1978 ). Como se puede observar, la amplitud aumenta y se ubica hacia las bajas frecuencias conforme aumenta la cantidad de carga. 3. METODOLOGIA El desarrollo de las actividades mineras y de la industria de la construcción ha hecho necesario que las voladuras, indispensables para la realización de estas actividades, se disefíen adecuadamente a fin de aprovechar sus efectos benéficos y no daf5ar estructuras geológicas o civiles contiguas, ni incomodar a sus habitantes. Para ello, en algunos paises se han elaborado distintos criterios de seguridad basados, principalmente, en mediciones de velocidad de particula y sobrepresión de la onda de aire, debido a que se ha demostrado que estos parámetros son los que mejor se correlacionan con los niveles de dafíos ( Edwards et al, 1960 ). Actualmente, varios paises cuentan con regulaciones propias para garantizar la seguridad de sus inmuebles y el confort de sus habitantes ( figura 3 ). Esas normas fueron aprovechadas como punto de partida para la elaboración de un criterio de seguridad adecuado a las edificaciones de la Ciudad de México, las cuales han resentido el efecto de varios sismos, hundimientos del suelo, deterioro por falta de mantenimiento, usos inapropiados e incrementos de la contaminación. El problema de elaborar un criterio de seguridad, que permita evaluar la cantidad máxima de explosivos que puede emplearse en cada sitio, generalmente se resuelve en 2 etapas: la primera consiste en poder predecir la intensidad de vibración del suelo, de acuerdo con la cantidad de carga empleada, la distancia a la fuente, las propiedades de transmisión del medio, etc.; mientras que la segunda se refiere a conocer la calidad de las edificaciones y niveles de vibración que pueden ser tolerados por los diferentes tipos de estructuras sin incomodar a sus habitantes. Para cubrir la primera etapa, se utilizó la información de los 249 pozos que fueron detonados en 1986 por la Comisión Federal de Electricidad para los estudios sismicos del Valle deMéxico y se tomó como respuesta la sensibilidad del ser humano ( figura 4 ), que muchas veces es la más adecuada para la elaboración de normas de seguridad. El utilizar a la ciudadania como geófono receptor de vibraciones no fue inapropiado debido a que durante los meses posteriores a los macrosismos de 1985, en los cuales se realizaron las detonaciones, se mantuvo sensible en estado de tensión, stress o miedo. 5
  • 6. La figura 5 muestra la ley de poder obtenida principalmente con datos de las zonas geotécnicas de transición y lagos para distintas cargas y puntos de observación. El lineamiento de esta agrupación de datos confirma que para el Valle de México los niveles de vibración pueden predecirse mediante el uso de las siguientes 2 ecuaciones: La primera corresponde a la ley de poder propuesta por Devine y Duvail en 1963 ( ec.1 ) con las constantes K50 y n1.06 para calcular vibraciones que no afecten ni siquiera el estado de los yesos, tiroles y aplanados que son los materiales más débiles de la construcción y por ende los más propensos a sufrir cuarteaduras. La segunda es a través de una ecuación sofisticada de predicción teórica propuesta por el Instituto Geológico y Minero de Espafla que operacionalmente se define como: 0 (-5 Qxnlxn2xn3xExlO6 y ----------------------- ( 4 x d2 x Kf x log d xlC x e x VCJ donde: y = velocidad de particula (m/s) d = distancia al punto de voladura (m) 30 a 960 m * Q peso del explosivo (Kg) 0.175 a 6.250 Kg * densidad del medio (Kg/m3) 1.3 a 1.9 Kg/m3 para lacustre * 1.9 a 2.2 Kg/m3 para transición * 2.2 a 2.4 Kg/m3 para lomas * E energia especifica del explosivo (MJ/Kg) 6.11 IIJ/kg para tovex 100 * Nl z rendimiento de transmisión de energia 0.4 * N2 = caracteristica de impedancias explosivo/roca Ze - Zr )**2 = 1 ----------------- Ze + Zr )**2 Ze = impedancia del explosivo 4.95 E6 Kg/m2-s * Zr = impedancia de la roca 9.72 E4 a 1.82 E5 para lacustre * = 1.42 ES a 3.52 E5 para transicion * 3.92 E5 para lomas * N3 = porcentaje de acoplamiento de la carga 0.90 a 0.96 * kf = constante caracteristica del terreno 0.15 para lacustre * 0.09 para transición * z 0.03 para lomas *
  • 7. VC = velocidad longitudinal del medio (mis) 1220 a 1560 m/s para lacustre * 900 a 1460 m/s para transición * 800 a 2500 m/s para lomas * * datos para el Valle de México Forzosamente para que una tecnologia tenga aceptación en cuestiones prácticas es necesario que su formulación sea simple y de fácil aplicación, razón por la cual se considera más adecuado el uso de la ecuació ri de distancia escalada ( ec. 1 ) con K = 50 y n = 1.06. Ecuación muy parecida a la del criterio propuesto por Oriard ( 1971 ). Por lo que se refiere a la segunda etapa, se utilizaron los 82 sismogramas de velocidad de particula que se obtuvieron durante 1985 y 1986 en los trabajos de demolición de edificios por explosivos. La figura 6 muestra los resultados de la vibración máxima y su relación con el criterio USBM-R18507 ( Siskind et al, 1980 b ), que en ese entonces se utilizó para dictaminar si procedia el reclamo de vecinos. Como se puede observar, el 65 % de los datos rebasan la norma estadounidense, situación que podria prestarse a controversias si no se ubieran realizado inspecciones preliminares en los inmuebles aledaños. Cabe hacer notar que sólo en 4 de las demoliciones se recibieron quejas fuertes y demandas de daños a los enyesados y ventanerias, las cuales correspondieron precisamente a las demoliciones en donde se registraron los mayores niveles de vibración: S.T.P.S., Marina, Durango y San Camilito. En los edificios B4 y B5 de la unidad Benito Juárez se obtuvieron valores altos de vibración pero debido probablemente a que los edificios vecinos se encontraban muy retirados, tanto de los edificios a demoler como de los puntos de demolición, no se consignaron quejas importantes. Durante los iiltimos años, los ingenieros en vibraciones han sugerido que la respuesta estructural es un criterio más racional para evaluar los efectos provocados por las vibraciones en las estructuras. Este criterio, conocido como RSVP ( Response Spectrum Velocity Profile ), se basa en espectros de respuesta de velocidad relativa, término que cuantifica la diferencia en velocidad que puede darse entre suelo y estructura; por lo que involucra la amplitud y frecuencia del movimiento del terreno, asi como la frecuencia natural y amortiguamiento de la estructura. La frecuencia natural de una estructura depende sobre todo de su altura, de tal forma que edificios altos vibrarán a bajas frecuencias por ser más flexibles, mientras que las estructuras de pocos niveles, por ser más rigidas, vibrarán a mayores frecuencias. Recientemente, se ha determinado que la frecuencia natural de las casas habitación varia de 3 a 18 Hz, dependiendo de su altura, tipo de construcción, etc. Los valores tipicos se encuentran entre 5 y 15 Hz, siendo menores conforme aumenta el 7
  • 8. número de plantas de los edificios. Los techos y las paredes vibran independientemente de la estructura a frecuencias comprendidas entre 12 y 20 Hz. Por otro lado, el amortiguamiento representa una medida de la resistencia de la estructura a movimientos vibratorios. Los valores comunes de estos coeficientes en estructuras de tipo residencial ( Dowding, 1980 ) oscilan en torno al 5 %. Los valores máximos permisibles de velocidad relativa que propone la norma estadounidense R1-8507 es de 1.5 in/s para estructuras que se encuentren en el intervalo de 4 a 12 Hz. La figura 7 muestra sobrepuestos la norma americana y los espectros de respuesta de la demolición del edificio San Camilito para amortiguamientos del 5 y 10 %. Como se puede observar, en ambos casos se rebasan los máximos permisibles propuestos por la reglamentación estadounidense. Por lo que a la onda de choque se refiere, se han hecho numerosos estudios sobre los efectos que producen en las estructuras cuando es generada por voladuras, explosiones nucleares y aviones supersónicos. Todos ellos concuerdan en que las ventanas de vidrio constituyen la parte más frágil y susceptible de ser dafíada, razón por la cual se les involucra en la mayorla de los criterios de seguridad. La siguiente tabla, tomada del manual de Du Pont ( 1983 ), resume resultados de esos estudios: SOBREPRESION EFECTO EN ESTRUCTURAS (db) (lb/in2) 181 3.00 Daflos en estructuras convencionales 171 1.00 Se rompen la mayoria de las ventanas 151 0.10 Algunas ventanas se rompen 141 0.03 Vidrios grandes se pueden romper 136 0.02 Limite de la norma RI-5968 ( 1962 ) Actualmente, existe un concenso de los investigadores en el sentido de que el daflo a estructuras es improbable abajo de 0.03 psi; sin embargo, la norma estadounidense RI-8507 recomienda como niveles de máxima seguridad 129 db ó 0.0082 psi. De los 82 sismogramas que se recabaron durante los trabajos de demolición, 43 tuvieron una sobrepresión menor a 150 db, 26 mayor o igual a 150 db y en 13 no se obtuvo registro. El mayor niimero de quejas y demandas correspondió con algunas de las demoliciones que registraron 150 db ( Vázquez et al, 1988 ). 4. CRITERIOS PROPUESTOS Tomando como punto de partida criterios de seguridad de otros paises y analizando los 82 sismogramas de velocidad de particula,
  • 9. que se recolectaron durante los trabajos de demolición, fue posible elaborar 2 criterios de seguridad y delimitar niveles máximos permisibles y frecuencias de vibración que pudieran dafar a edificaciones de la Ciudad de México. La figura 8 muestra el primer criterio de seguridad propuesto, en donde las delimitaciones para los diferentes tipos de edificaciones se han marcado de acuerdo con los alcances de los espectros pronosticados para cada una de las demoliciones instrumentadas, dejando los de la norma americana para salvaguardar la integridad de las estructuras más sensibles. Los tipos de edificación corresponden con la siguiente descripción: 1. Edificios resistentes de estructura de concreto armado o metálica, muros estructurales, contraventeos, etc. Edificios medianamente resistentes, generalmente de pocos niveles, pero sin los elementos estructurales citados en el punto anterior. Edificios poco resistentes y sensibles a las vibraciones, probablemente daflados, monumentos antiguos o de interés histórico, centrós de cómputo, etc. La figura 9 muestra los espectros de velocidad relativa, para amortiguamientos del 5 %, de las 8 demoliciones que ocasionaron las mayores vibraciones ( S.T.P.S., San Camilito, Marina, Regis, Durango, Benito Juárez, Aquiles Serdán y Continental ). Como se puede observar, casi todas estan agrupadas en el mismo tipo de espectro aunque, como se mencionó en la figura 2, los mayores impactos corresponden a menores frecuencias. De acuerdo con las inspecciones llevadas a cabo antes y después de las demoliciones y considerando que no todas causaron dafo a edificaciones vecinas, se determina que el nivel máximo permisible para aplicar el criterio RSVP en la Ciudad de México es de 2 mIs. Este parámetro, aunado a los resultados del primer criterio, evidencia que el tipo de construcciones de la Ciudad de México es de buena calidad y capaz de soportar vibraciones menores de tipo cotidiano como las que se llevan a cabo en trabajos de compactación o en presencia de tráfico intenso. Por otra parte, considerando las deformaciones máximas en entrepisos que proponen las normas complementarias del reglamento de construcciones del Distrito Federal, se determinó que la fórmula de distancia escalada ( ec.1 ), capaz de predecir niveles de vibración que pudieran ocasionar dafilos estructurales a las edificaciones, esta constituida por un exponente n = 1.06 y un coeficiente K = 690, el cual por ser muy elevado evidencia indirectamente la calidad que impone el reglamento de construcciones y esplica de alguna forma el por qué casi 90 % de las edificaciones resistieron los impactos de 25 mIs del macrosismo del 19 de septiembre. E;J
  • 10. Por último, analizando las sobrepresiones de la onda de aire y el nivel de ruidos actual de la Ciudad de México, es recomendable acatar la norma americana de 129 db por las siguientes razones: - Es factible inducir vibraciones de baja frecuencia en suelos blandos y saturados como son los de la Ciudad de México. - Personas sensibles pueden manifestar dolor a partir de 120 db. 5. CONCLUSIONES i) Las reglamentaciones técnicas que en materia de vibraciones se formulen para la Ciudad de México, necesitan ser acordes con su muy particular tipo de subsuelo y calidad de edificaciones. ji) De acuerdo con los criterios de seguridad de otros paises, las edificaciones de la Ciudad de México son de mayor resistencia y por ende de mayor seguridad, no obstante los vicios de construcción, lo afiejo de sus edificaciones y el dafio acumulado por afios. Es factible permitir el uso de explosivos para acelerar el avance de obras de cualquier ciudad, siempre y cuando se contemple el monitoreo de vibraciones para garantizar la integridad de las estructuras aledafias. La Ciudad de México, por ser la más grande del Mundo y una de las más altamente pobladas, necesita para su funcionamiento óptimo que la ingenieria se renueve constantemente a fin de incorporar técnicas y procedimientos acordes con el tipo de problemas que enf renta. 10
  • 11. BIBLIOGRAFIA Ashley C., 1976, Blasting in urban areas, Tunneis and Tunneling, Vol. 8. Bauer A., Calder P., Crosby N. y Brennan 11., 1978, Engineering for open pit mines, Queen's University, Kingston, Ontario. Benhumea L. M. y Vázquez C. A., 1988, Estudios Geofisicos del Valle de México, C.F.E., México. C.I.C., 1989, Normas técnicas complementarias al reglamento de construcciones del Distrito Federal, México. Chae Y. S. , 1978, Design of excavation blasts •to prevent damage, Civil Engineering, ASCE, Vol. 48. D.D.F., 1987, Reglamento de construcciones del Distrito Federal, México. Dowding C. H., 1985, Blast vibration monitoring and control, Prentice Hall. Devine J. F. y Duvail W. 1., 1963, Effect of charge weight on vibration leveis for milisecond delayed quarry blasts, Earthquake notes Seism. Soc. Am., Vol. 34, No. 2. Du Pont, S.A. de C.V., 1983, Manual para el uso de explosivos, decimosexta edición, Depto. Explosivos, México. Edwards A. J. y Northwood T. D., 1960, Experimental studies of the effects of blasting on structures, The Engineering, Vol. 210. Esteves J. 11., 1978, Control of vibrations caused by blasting, Memoria 498, Laboratorio Nattional de Engenharia Civil, Lisboa. Farrokh J. y White J.E., 1986, Wave propagation from an explosive source, Geophysics, Vol. 51, No. 3. German Institud of Standards, 1983, vibration of bulidind effects on structures, Pastfach 1107, DIN 4150. Hendron A.J., 1977,Engineering of rock blasting on civil projects, Structural and geotechnical mechanics, a volume honoring Nathan M. Newmark, Prentice Hall. Idriss I.M., 1968, Subrutina CPMAX para calcular espectros de respuesta en sistemas de un grado de libertad.
  • 12. Instituto Geológico y Minero de España, 1987, Manual de perforación y voladura de roca, Ministerio de Industria y Energia, Espafia. Langefors V. y Khilstrom B., 1976, The moderm technique of rock blasting, Ed. Willey. Nicholis H. R., Johnson Ch. F. y Duvail W.I., 1971, Blast vibration and their effects on structures, USBM, bulletin b 656. Oriard L. L., 1971, Blasting operations in the urban environment, Bull. Assoc. Eng. Geol. Oriard L. L., 1984, Notes from blast damage orientation. Sengbush R. L., 1978, Moderm seismic exploration: Pexcon International, Houston. Siskind D. E., Stachura V. J., Stagg M. S. y Koop J. W., 1980, Structural response and damage produced 'oy airblast from surface mining, USBM report Rl 8485. Siskind D. E., Stagg M. S., Koop J. W. y Dowding C. H., 1980, Structural response and damage produced by ground vibration from surface mine blasting, USBM report Rl 8507. Skipp B.O. y Buckley J.S. 1977, Ground vibration from impact, 9th. International Congress on soil mechanics and foundation Engineering, Vol. 2, Tokio. Vázquez C. A. y Benhumea L. M.., 1988, Anáiisis de las vibraciones en la demolición de edificios por explosivos en la Ciudad de México, C.F.E., México.
  • 13. 1. GRAPHICAL RECORD TIME = . 333 SEC'IN SOUND= 0.029 PSI,0Iv L.TV= 2 IPS'OIV FIGURA 1
  • 14. r-iiii EEuu_a-II muuii amo¡ hAll "III' IIiIILYIÁ!II1II IuIiiii1.iII ___ii•iI IIUSIIIU hIIlui 111111 _.1uIgII IIIIIIIU&1II IIIIII Iii!! /0 ri 0/ -J o- 00/ 50 /00 500 /000 FRECUENCIA (Hz) FIGURA 2
  • 15. E$TSUCTIJRA NI$1$TINTR SASR0000DO, At.CANTNrnI.L500 SE QLJRIDAD T U1 BUENA 0°01$TIUCCII NIIIDINCIAL. COMINCIAI. 1 INDUSTRIAL G1JRICSA 1 CON$TRUCCION IR MAIL DAÑOS 1 1 - MOMUNICKTO ANTU0 E MisTORICO 6GUSDA1 DAÑOS DAÑOS DAÑOS ASHLEY (1976) 25 5 lo 15 20 25 50 100 200 500 BUENA .j DAÑOS 1500 TIiTTJ. ._JIiT SEGURIDAD ¡ DAÑOS 1 AF LDiFICIO CALIDAD 11500 CALIDAD 4500 :1 :1 DAÑOS ES 5) na1 MONUMENIOS COIISTR00CION DfFI- CIENTE r >t000 ,.... .....I.. . 1 1 II -. SEGURIDAD DAÑOS[p000 <00 CONSTRUCCIONES sEGuRqI 1 DAÑos ESTIt000-z000 COSTNUCCIONET OtEFORZADAS >5000 1 LJ 1 1 1 u u j000 1 DAfOS 1 EDIFICIOS EN RUTSUENAS L1DIc10uy SIEN GR1O/I.f) DAÑOS - •.. 1 .E 1 1 ESTRUCTURAS NESIDENCIALES NUEVAS EN SUEN ESTADO SEGURIDAD DAÑOS DE CONITR000IDA CHAE ÍSTURAS (1978) RESIDENCIALES ANTIQUAS EN MAL SEGURIDAD — DANOSESTADO 1T ESSRUCTI1NA1 RESIDRNCIALSI EN NUT MAL ESTADO SEURlDAD DAÑOSDI COSSTNUCCIOA T 1 1 2,5 5 10 15 20 25 50 lOO 200 500 VFLOCI00 MAM!Mfl DE PRTC1.L. tisíit,I.J VIBRACIONES (10-60 Hz) FIGURA 3 VES 6)
  • 16. CLASE 1 CLASE fl CLASE CLASE - - ---1 I1íI.yjb - --- - USBM (1982) lO 15 20 25 50 lOO 200 500 VELOCIDAD NAXIMA DE PARTICULA (mm.'.) WISS (1981) NEW SWIS SEANDARO PARA VIBRACIONES EN EDIFICIOS H2 2,5 5 lO 15 20 25 50 - lOO 150 200 250 500 LEYENDA CLASE 1 EDIFICIOS METLICOS O DE HORMIG6N ARMADO CLASE 11 EDIFICIOS CON MUROS Y PILARES DI HORMIGÓN, PAREDES DE H0RMIGCN O MAMPOSTERÍA CLASE ffi EDIFICIOS COMO LOS MENCIONADOS ,.MTIRIORMENTE PERO CON ESTRUCTURA DE MADERA Y PAREDES DE MAMPOSTERÍA CLASE Ir CONSTRUCCIÓN MUY SENSIBLE A LAS VI8RACIONES OBJETOS DE INTERÉS HISTORICO 1 Hl 4 Hz 10Hz 40 Hz 00 Hz 0 Hz 10Hz 50Hz lOO Hz NORMA DIN 4150 (v RESULTANTE) TIPO I EDIFICIO PUBLICO O INDUSTRIAL. TIPO fl EDIFICIOS DE VIVIENDAS O ASIMILABLES A VIVIENDAS EDIFICIOS CON REVOCOS Y ENLUCIDOS TIPO m EDIFICIOS HISTORICO-ARTISTICOS O QUE POR SU CONSTRUCCION SON SENSIBLES A LAS VIBRACIONES Y NO ENTRAN EN LOS GRUPOS 1 Y II 0Hz IOHI KONON y SCI-4URING (1985) EDIFICIOS ANTIGUOS DAÑOS E HISTORICOS 40Hz JI 1 II) 0 20 25 50 lOO 200 500 FIGURA 3 (CONTINuACI0N) DIN 4)50 (1983)
  • 17. 254 PELI GRO 404,6 RIESGO 25,4 SEVERO 5,' 2,5 1APRECIABLE 2,5 APRECIABLE 1 4,5 PELIGRO RIESGO SEVERO MOLESTO 254 404,6 50,8 30,! 25,4 0,2 04,6 '.50,8 É 25,4 - SEVERO « 11,8 -J D o 1•- PIOLESTO 0 2,5 o 4 O o o APRECIABLE 0,8 > 0,25 BRACKNES EN REG1MEN PERMANENTE (b) J0,25 0,2 - VIBRACIONES EN VIBRIONES DEBIDAS REG1MEN TRANSITORIO A VOLADURA SIN RUIDO ACOMPAÑADA DE OBSERVADCR IMFRC1AL RUIDO OBSERVADOR PARCIAL Cc) 254 203, 52, 101,1 50, 4 25, -J 20, 1.) 15,2 IO, IAJ o 0 5, 4 3 1) o _J ,. 2, I I I 0, 0,2 u' di •1"1 -Ii 0! -I zI w vol 4 3 1 4 u - V 4 4 'w o w .4 4 1 w u e o. 0 01. .4 u o o. o a 4 o u > 1111 1 111111! 1 111 1 2 4 6 lo 20 40 60 100 5 10 50 100 500 FRECUENCIA (Hz) 0''oc,o Escolodo , 0/ (ID/ P,roøo) FIGURA 4 RESPUESTAS HUMANAS A LAS VIBRACIONES SEGUN (1) ORIARD (1984) 1 b) GOLDMAN (1948) Y c) BAUER ET AL (1978).
  • 19. 1 10 FRECUENCIA ( hz ) 10 2 10 10 - 10 2 Cf) 1 wi o E- o- O O O o o-J LiJ > MONITOREO DE VIBRACIONES EN LA DEMOLICION DE EDIFICIOS POR EXPLOSIVOS FIGURA 6
  • 20. ESPECTROS DE VELOCIDAD RELATIVA DEIV1OLICION DEL EDIFICIO SAN CAMILITO lo -1 lu lo 10 2 FRECUENCIA ( hz ) FIGURA 7
  • 21. o o -J U-' > LiJ 0 -1 0 0 U) c o ft lo 10 1 lo lo 2 FRECUENCIA ( hz ) 11T 11 i i j j ii i PRIMER CRITERIO DE SEGURIDAD EN VIBRACIONES PARA LA CIUDAD DE MEXICO FIGURA 8
  • 22. SECUNDO CRITERIO DE SEGURIDAD EN VIBRACIONES ,I 1 SEGURIDAD IHH •llIuU 1 •uiuii •isuu u R•IIIII UIIIHI 1 ___ uann•inin u •iiiinuuiiuui u IuIIRtlIuEc3! 1 $ MIRE U u • e T-HT EEEE1H 10 1 10 1 10 10 2 FRECUENCIA ( hz ) FIGURA 9