Predicción de impacto por vibración ocasionado producto del tránsito vehicular

Predicción de impacto por vibración ocasionado producto del tránsito vehicular

N.A., Bastián-Monarcaa & J. P., Álvarezb

a Departamento de Ingeniería, Acústica Austral, Puerto Montt, Chile, nbastian@acusticaustral.cl b Departamento de Ingeniería, Acústica Austral, Puerto Montt, Chile, jpalvarez@acusticaustral.cl

Abstract— Este trabajo presenta criterios para predecir el impacto por vibración ocasionado producto del tránsito vehicular. La metodología se basa en la guía “Transit Noise and Vibration Impact Assessment Manual” de la Federal Transit Administration (FTA) de los Estados Unidos, la cual contiene tres (3) métodos de evaluación de impactos, de los cuales se detallan dos (2). Asimismo, se propone un esquema simplificado para evaluar el impacto por vibración producto del tránsito vehicular, además de entregar recomendaciones para aplicaciones prácticas en Proyectos que se desarrollen en Chile. Se concluye que al aplicar el Procedimiento de Identificación de Vibración y/o el Análisis General de Vibración de la FTA son suficientes para predecir el impacto por vibración ocasionado producto del tránsito vehicular en proyectos que se desarrollen en Chile. Se estima pertinente que, cuando los vehículos de un Proyecto transiten por vías rurales, se considere esta situación como una irregularidad en el pavimento.

Keywords—palabras claves; predicción de impacto vibración; tránsito vehicular; FTA.

1. INTRODUCCIÓN

El estudio de impacto por vibraciones ocasionado por el tránsito vehicular es un problema común en los estudios que se deben presentar en el Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA) de Chile. En este sentido, en el año 2019, el Servicio de Evaluación Ambiental (SEA) publicó la “Guía para la predicción y evaluación de impactos por ruido y vibración en el SEIA” [2], en la cual se entregan lineamientos y criterios para predecir las vibraciones generadas por un Proyecto. Estudios recientes han concluido que, de las normativas recomendadas en la Guía del SEA para evaluar el impacto de vibración por tránsito vehicular, la guía “Transit Noise and Vibration Impact Assessment Manual” de la Federal Transit Administration (en adelante FTA) es adecuada para ser aplicada en Chile [3]. Por lo anterior, en este trabajo se analiza y describe los procedimientos de la FTA [3], la cual considera el Nivel de velocidad de vibración (Lv) expresado en decibeles de vibración (VdB) como descriptor de evaluación y se calcula de la siguiente forma: �� ���� = 20 log(��������) 1

Donde: • �� es la amplitud de velocidad RMS. • �������� es la velocidad de referencia, comúnmente 1��10−6 pulgadas/s.

El nivel de velocidad de vibración típico de un área residencial es 50 VdB, pudiendo ser inferior. Por otra parte, el umbral de percepción humana se sitúa en torno a 65 VdB [2]. Para analizar los efectos de las vibraciones sobre las estructuras y receptores humanos, el rango de interés se sitúa entre 50 y 100 VdB [6]. La mayoría de las normativas de referencia, establecen valores máximos de Velocidad Peak de Partícula (PPV) como criterio de impacto (tanto para respuesta humana como daño estructural). Además, la normativa FTA [1] establece niveles máximos de Lv como criterio de impacto para molestia humana y valores máximos de PPV como criterio de impacto para daño estructural.

2. MÉTODO DE LA FTA

La FTA entrega procedimientos para evaluar posibles impactos por vibración causados por el tránsito ferroviario y vehicular. El proceso considera varios pasos que se emplean para evaluar el potencial impacto por vibración de un proyecto. Si se determina un impacto, es necesario implementar medidas para mitigarlos. Los pasos para realizar el análisis de vibración según el procedimiento de la FTA son los siguientes:

1. Determinar el nivel del análisis de vibración. 2. Determinar el criterio de impacto por vibración.

2.1. Opción A: Análisis General de Vibración. 2.2. Opción B: Análisis Detallado de Vibración.

3. Evaluar impactos: Procedimiento de identificación de vibraciones.

3.1. Paso 1: Clasificar los vehículos del Proyecto. 3.2. Paso 2: Determinar el tipo de Proyecto. 3.3. Paso 3: Determinar la distancia de identificación (de la vía a receptores). 3.4. Paso 4: Identificar usos de suelo sensibles a la vibración. 4. Evaluar impacto: Análisis General de Vibración. 4.1. Paso 1: Seleccionar la curva base para el nivel de vibraciones. 4.2. Paso 2: Aplicar ajustes. 4.3. Paso 3: Calcular impactos de vibración.

5. Evaluar impactos: Análisis Detallado de Vibración.

5.1. Paso 1: Caracterizar la vibración existente. 5.2. Paso 2: Estimar impacto de vibración. 5.3. Paso 3: Evaluar los impactos de vibración. 5.4. Paso 4: Determinar medidas de mitigación de vibración.

Ahora, dado los límites de extensión del artículo, este trabajo se centra sólo en el tránsito vehicular de vehículos con neumáticos de caucho (no se consideran trenes), detallando los métodos de Procedimiento de identificación de vibraciones (3) y el Análisis General de Vibración (4),

dejando de lado el Análisis Detallado de Vibración (5). Dicho esto, a continuación, se describen los pasos indicados, pero solo considerando los vehículos recién mencionados y excluyendo Análisis detallado de vibración.

1. Determinar el nivel del análisis de vibración

Hay tres niveles de análisis, los cuales varían dependiendo del tipo, escala y entorno del proyecto:

● Procedimiento de identificación de Vibración. ● Evaluación general de vibración. ● Evaluación detallada de vibración.

El procedimiento de identificación se emplea primero y define el área de estudio para analizar el impacto por vibración. Cuando existe potencialidad de impacto, la Evaluación general y detallada de vibración son utilizadas para determinar la extensión y severidad de los impactos. Los métodos para analizar vibraciones por tránsito vehicular son consistentes con los presentados en libros [4] y normativas internacionales [5].

2. Determinar el criterio de impacto por vibración

2.1. Opción A: Criterio de análisis general de vibración 2.1.1. Paso 1: Categorías de uso de suelo

Se debe determinar la categoría de uso de suelo de los receptores del proyecto, acorde a lo indicado, a continuación:

● Categoría 0: Considera edificios de uso especial que son muy sensibles a la vibración, como auditorios, estudios de TV y grabación, y teatros. ● Categoría 1: Incluye edificios con equipamiento de alta sensibilidad a la vibración, como equipos de litografía de alta resolución, microscopios ópticos, fabricación chips computación, entre otros. ● Categoría 2: Considera todos los usos de suelo residenciales y edificios donde las personas duermen (hoteles y hospitales). ● Categoría 3: Incluye instituciones y oficinas como colegios, iglesias, consultas médicas. No considera edificaciones comerciales o industriales (al menos que haya equipamiento o actividades sensibles a la vibración).

2.1.2. Paso 2: Identificar la frecuencia de los eventos

Los criterios por categoría de uso de suelo y frecuencia de evento se presentan en la siguiente tabla.

● Frecuente: Más de 70 eventos por día. ● Ocasional: Entre 30 y 70 eventos por día. ● Infrecuente: Menos de 30 eventos por día.

2.1.3. Paso 3: Aplicar el criterio de impacto por uso de suelo y frecuencia eventos

Los criterios por categoría de uso de suelo y frecuencia de evento se presentan en la siguiente tabla.

TABLE I. CRITERIO DE IMPACTO DE VIBRACIÓN PARA ANÁLISIS GENERAL DE VIBRACIÓN. FUENTE: [1]

Categoría uso suelo Nivel de Impacto de Vibración (Lv en VdB referencia 1 micropulgada/s) por tipo evento

Frecuente Ocasional Infrecuente

1 65* 65* 65*

2 72 75 80

3 75 78 83

(*) El límite del criterio está basado en niveles que son considerados aceptables para la mayoría de los equipos sensibles a la vibración como microscopios ópticos. Para equipos más sensibles, se debe realizar un análisis detallado de vibración.

De forma similar, en la siguiente tabla se presenta el criterio para edificios especiales.

TABLE II. CRITERIO DE IMPACTO DE VIBRACIÓN EN EDIFICIOS ESPECIALES. FUENTE: [1]

Tipo edificio

Sala conciertos, estudios TV o estudios grabación

Auditorios o teatros Nivel de Impacto de Vibración (Lv en VdB referencia 1 micro-pulgada/s) por tipo evento

Frecuente Ocasional o Infrecuentes

65 65

72 80

Por otra parte, cuando el proyecto va a causar vibraciones mayores a 5 VdB sobre la vibración existente, la fuente existente puede ser ignorada. Caso contrario, la normativa entrega una guía para proyectos de trenes (ajeno a este artículo, por lo que no se detalla).

2.2. Evaluar impactos: Procedimiento de identificación de vibración

Es un método simplificado para identificar el potencial impacto por vibración de proyectos que incorporan un flujo vehicular (en este caso). Es aplicable para todo tipo de proyectos de tránsito y no requiere un conocimiento específico sobre características de vibración del sistema o la geología del área de estudio. Este procedimiento usa asunciones sencillas y considera el tipo de proyecto y la presencia o ausencia de usos sensibles de vibración con una distancia de identificación que se ha desarrollado para identificar los potenciales impactos por vibración. Si no hay usos de suelo sensibles de vibración en las distancias de identificación, entonces

no es necesario realizar una evaluación de vibración.

2.2.1. Paso 1: Clasificar los vehículos del proyecto

Existen tres (3) tipos, opción A (sin vehículos), opción B (vehículos de ruedas o rieles de acero (trenes) y opción C (vehículos de caucho). Para la opción C (que se desarrolla en este artículo), sino existen ciertas condiciones, el impacto por vibración es improbable, y no se requiere un mayor análisis. En ese sentido, se debe proceder al Paso 2, solo si existen algunas de las siguientes condiciones:

● Irregularidad en el pavimento: Juntas de expansión, banda de frenado (lomo de toro), u otras características de diseño que impliquen desniveles en la superficie de la calle, pudiendo resultar en vibraciones perceptibles a distancias menores a 75 pies (23 metros). ● Operación cercana a un edificio sensible a la vibración:

Buses, camiones y otros vehículos pesados operando cercano de un edificio sensible a la vibración (hasta aproximadamente 100 pies (30,5 metros)) puede existir impacto sobre actividades sensibles a la vibración, como investigaciones que utilicen microscopios de electrones o fábricas de chips de computadores. ● Vehículos operando dentro de edificios: Generalmente se necesitan consideraciones especiales para instalaciones de uso compartido, donde los vehículos operan dentro o directamente debajo de edificios como estaciones de buses dentro de edificios de oficinas.

2.2.2. Paso 2: Determinar el tipo de proyecto

Existen cinco (5) tipos, pero este trabajo solo se centra en el Tipo 5:

● Tipo 5: Proyectos de vehículos con neumáticos de caucho.

La normativa destaca que, en general, casi todos los proyectos que no incluyen trenes con ruedas de acero no causan un impacto significativo de vibración.

2.2.3. Paso 3: Determinar la distancia de identificación

Determinar la distancia de identificación apropiada basado en el uso de suelo y el tipo de proyecto. Para simplificar, solo se muestra la distancia para los proyectos de tránsito con neumáticos de caucho.

TABLE III. DISTANCIAS DE IDENTIFICACIÓN PARA EVALUACIÓN DE VIBRACIÓN. FUENTE: [1]

Tipo de proyecto

Proyectos de tránsito con neumáticos de caucho (si no se han analizado antes) Distancia de identificación por uso de suelo (m)*

Categoría 1 Categoría 2 Categoría 3

31 16 --

(*) Para el procedimiento de identificación de vibración, evaluar los edificios especiales de la siguiente manera: Categoría 1 – salas de concierto y estudios de TV, Categoría 2 – teatros y auditorios

2.2.4. Paso 4: Identificar usos de suelo sensibles a la vibración

Identificar todos los usos de suelo sensibles a la vibración con la distancia de identificación elegida. Si no se identifican usos de suelo sensibles a la vibración, no se requiere un mayor análisis de vibraciones. Si uno o más de los usos de suelo sensibles a la vibración están en la distancia de identificación, se debe completar un análisis general o detallado de vibración. 2.3. Evaluar impactos: Análisis general de vibración 2.3.1. Paso 1: Seleccionar la curva base para el nivel de vibración

La normativa detalla la siguiente ecuación de la curva base de niveles de vibración para vehículos de la calle:

L�� = 85,88−1,06log(D)−2,32log(D)2 −0,87log(D)3 2

Donde ���� es el nivel de velocidad de vibración (VdB) y D es la distancia en pies.

2.3.2. Paso 2: Aplicar ajustes

Una vez que la curva de vibración es seleccionada, se debe aplicar ajustes para desarrollar proyecciones de vibraciones específicas del proyecto en cada receptor. Los ajustes se separan por fuente, camino y receptor. Dada la extensión del trabajo, no fue posible incorporar las tablas con los ajustes, pero se encuentran disponibles en la normativa [1].

2.3.3. Paso 3: Calcular impactos vibración

Se deben comparar los niveles de vibración proyectados, incluyendo todos los ajustes apropiados, con el criterio para determinar si puede existir impacto por vibración.

3. CRITERIOS Y APLICACIONES

En base al procedimiento establecido por la FTA [1], en la siguiente figura los autores proponen un esquema simplificado de aplicación de la normativa para proyectos de tránsito vehicular.

Complementando lo anterior, se estima pertinente que, cuando se evalúan proyectos que se emplacen en zonas rurales y exista un flujo de vehículos asociados a un proyecto (autos, camionetas, camiones) transitando por un camino no pavimentando, se considere esta situación, como una irregularidad en el pavimento.

En adición, es conveniente destacar que, normalmente los receptores que se estudian por el potencial impacto del tránsito vehicular difieren de los receptores que se estudian por el potencial impacto de las maquinarias de construcción del proyecto, dado que, para el tránsito vehicular, se debe estudiar el paso de vehículos por toda una vía, a diferencia de las maquinarias de construcción, que se emplazan solo en el predio del proyecto. En la siguiente figura, se muestra un ejemplo.

Por otra parte, y en base a la experiencia hasta la fecha de los autores del artículo, al aplicar el procedimiento establecido en la FTA [1] en diferentes proyectos en Chile, se ha visto que, el impacto por vibración ocasionado por el tránsito vehicular es casi nulo. De hecho, en la mayoría de los casos con utilizar el Procedimiento de Identificación de Vibración o el Análisis General de Vibración es suficiente para descartar impacto en los receptores bajo estudio. Complementando lo anterior, las mayores consideraciones y correcciones que entrega la normativa son para proyectos ferroviarios, los cuales se destacan por emitir niveles de vibración mayores a las ocasionadas por el tránsito vehicular.

Fig. 1: Esquema simplificado de aplicación de FTA para evaluar el impacto de vibración de proyectos de tránsito vehicular.

Fig. 2: Ejemplo de receptores para un proyecto, donde R1 y R2 son receptores de las maquinarias y Rt1, Rt2 y Rt3 de tránsito vehicular.

4. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN

Se ha propuesto un esquema simplificado para evaluar el impacto por vibración causado producto del tránsito vehicular en base a los procedimientos indicados en la FTA. La propuesta considera el Procedimiento de Identificación de Vibración y el Análisis General de Vibración, indicando que en caso de que se superen los niveles recomendados en alguno de los receptores bajo estudio, se debe realizar un Análisis Detallado de Vibración, el cual no fue factible describir en este artículo por las restricciones de extensión de este. Sin embargo, en base a la experiencia de los autores, para proyectos de tránsito vehicular, es poco usual que se deba realizar un Análisis Detallado de Vibración. De hecho, la FTA indica que un Análisis Detallado de Vibración es raramente necesario porque un impacto por vibración es muy infrecuente con sistemas de neumáticos (caucho). En adición, es pertinente mencionar que existen otras normativas para evaluar el impacto por vibración del tránsito vehicular, como, por ejemplo, la del Departamento de Transporte de California (CALTRANS) [7] y el estándar noruego NS 8176E:2005 [8]. De hecho, estudios realizados en Nueva Zelanda recomiendan aplicar el estándar noruego para evaluar el impacto por vibración del tránsito vehicular en dicho país [9]. Por último, y en base a la experiencia de los autores aplicando la normativa, se recomienda ampliar el análisis a los receptores cercanos a la vía que utilice el proyecto, y no solo centrarse en los receptores que se estudian por el potencial impacto por vibración de las maquinarias de construcción del proyecto.

5. CONCLUSIONES

Se concluye que al aplicar el Procedimiento de Identificación de Vibración y/o el Análisis General de Vibración de la FTA son suficientes para predecir el impacto por vibración ocasionado producto del tránsito vehicular en proyectos que se desarrollen en Chile. Estos procedimientos son suficientes para descartar posibles impactos por vibración generados por el tránsito vehicular en los receptores que se estudien. Asimismo, se estima pertinente que, cuando los vehículos de un Proyecto transiten por vías rurales (vías no pavimentadas), se considere esta situación como una irregularidad en el pavimento.

REFERENCIAS

[1] U.S. Department of Transportation, Federal Transit Administration (FTA), “Transit Noise and Vibration Impact Assessment Manual”, FTA Report No. 0123, 2018. [2] Servicio de Evaluación Ambiental (SEA), “Guía Para la Predicción y Evaluación de Impactos por Ruido y Vibración en el SEIA”, Gobierno de Chile, 2019. [3] Bastián-Monarca, N.A., Arenas, J.P., Padilla, C., “A Good Practice Guide for Vibration Impact Assessment in the System of Environmental Impact Assessment (SEIA) in Chile. Inter-noise 2020, Seoul, Korea, 2020. [4] Nelson, J.T., Saurenman, H.J., Wilson, G.P., “Handbook of Urban Rail Noise and Vibration Control”, Prepared under contract to U.S./DOT Transportation Systems Center. Report No. UMTA-MA-06-0099-82-2, 1982. [5] International Organization for Standardization (ISO), “Mechanical Vibration – Ground-borne Noise and Vibration Arising from Rail Systems”, ISO/FDIS 1 4837-1:2005, 2005. [6] Hanson, C., Tower, D. & Meister, L., “Transit Noise and Vibration Impact Assessment”. Department of Transportation – Federal Transit Administration. Final Report, 2006. [7] California Department of Transportation (CALTRANS), “Transportation and Construction Vibration Guidance Manual”, Report No CT-HWANP-RT-20-365.01.01, 2020. [8] Norwegian Standards (NS), “NS 8176.E:2005 Vibration and shock –Measurement of vibration in buildings from landbased transport and guidance to evaluation of its effects on human beings”, 2005. [9] Whitlock, J., “A Review of the Adoption of International Vibration Standards in New Zealand”, New Zealand Acoustics 24/2, 2011.