Diseño y construccion de un modulo para la excitación dinamica y analisis vibracional de estructuras

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN MODULO PARA LA EXCITACIÓN DINAMICA Y ANALISIS VIBRACIONAL DE ESTRUCTURAS

Ing. Avid Román González Procesamiento de Señales [email protected]

RESUMEN El presente trabajo esta orientado a evaluar la vulnerabilidad y comportamiento sísmico de edificios, para lo cual se ha desarrollado un excitador de masa excéntrica, se ha diseñado una tarjeta de adquisición de datos, se ha diseñado un software para el procesamiento digital de las señales de vibración y con la ayuda de un acelerómetro y un variador de velocidad podremos obtener las características dinámicas del edificio bajo prueba. El primer objetivo es el de diseñar y construir un modulo electrónico para producir y medir vibración en las estructuras de construcción civil a escala real, a efectos de poder conocer las características dinámicas de esta para tomar las decisiones correspondientes. El segundo objetivo es la aaproximación a la problemática de la respuesta de una estructura a una vibración. El tercer objetivo es desde el punto de vista del análisis estructural, brindar al especialista los parámetros que le permitan tomar decisiones y evaluar la estructura bajo prueba. El cuarto objetivo es proponer el prototipo a los especialistas, como metodología alternativa para evaluar el riesgo sísmico de las construcciones de manera experimental y a escala real. Ellos determinarán si puede servir como tal.

ABSTRACT The present work this oriented to evaluate the vulnerability and seismic behavior of buildings, for which an exciter of eccentric mass has been developed, has designed a card of data acquisition, a software for the digital processing of the vibration signals has been designed and with the aid of an accelerometer and a variador of speed we will be able to obtain the dynamic characteristics of the building under test. Immediate goal is the one to design and to construct an electronic unit to produce and to measure vibration in the structures of civil construction on accommodation ladder, with the object of being able to know the dynamic characteristics this to make the corresponding decisions. The second objective is the approximation to the problematic one of the answer of a structure to a vibration. The third objective is from the point of view of the structural analysis, to offer to the specialist the parameters that allow him to make decisions and to evaluate the structure under test. The fourth objective is to propose the prototype to the specialists, like alternative methodology to evaluate the seismic risk of the constructions of experimental way and on accommodation ladder. They will determine if she can serve like so. 1. INTRODUCCION

Es necesario evaluar la vulnerabilidad y comportamiento sísmico de edificios que es el factor sobre el que puede actuarse hasta el punto de conseguir la disminución de riesgo en los hogares durante y después de la ocurrencia de un terremoto y no exista, como ahora, la probabilidad muy grande de su colapso. Este trabajo es pionero en la ciudad del cusco, constituye una contribución al conocimiento del comportamiento dinámico de estructuras y contiene elementos metodológicos y de aplicación importantes que permitirán fácilmente su aplicación en áreas de sismicidad elevada en las que el estudio del comportamiento dinámico de los edificios es más importante y urgente. La finalidad de este trabajo es de poder diseñar y construir un excitador de masa excéntrica capaz de forzar la vibración de una construcción a escala real para realizar las pruebas respectivas.

F := Mt·e·w F := Mt·e·? 2. DESARROLLO DEL TRABAJO

Excitador De Masa Excéntrica.- El vibrador de masa excéntrica se desarrolla para proporcionar una fuente de excitación apropiada y probar estructuras. Este equipo desarrolla fuerzas armónicas a través de la rotación de masas unidas al eje. La respuesta de la estructura a la fuerza armónica, evalúa las propiedades dinámicas de las estructuras (por ejemplo, frecuencias naturales, modos naturales, etc.). La respuesta de una estructura a las fuerzas armónicas sobre un rango de frecuencias, nos da como resultado la curva de respuesta en frecuencia, el cual nos muestra los picos de resonancia correspondientes a cada frecuencia natural de la estructura. Conociendo las propiedades dinámicas reales podemos usarlas para validar y mejorar los modelos analíticos, determinar las causas de vibraciones molestosas, detectar daños, etc. Los vibradores de masa excéntrica usan uno o más masas excéntricos girando para producir una fuerza. Una sola masa excéntrica girando produce un vector de fuerza omni- direccional. Esta fuerza tiene la magnitud proporcional a la masa del peso ( ), excentricidad del eje ( ) y al ). La dirección de la cuadrado de la frecuencia circular ( fuerza cambia con el tiempo por que la fuerza de inercia de la masa rotante actúa hacia el origen. En otras palabras, esta fuerza puede expresarse como la suma de dos fuerzas sinusoidales perpendiculares con el retraso de fase de 90- grados. Fig. 1 Vibrador de masa excéntrica omnidireccional

Cuando el vibrador de masa excéntrica tiene dos masa rotando en dirección opuesta sobre el eje vertical. Si las dos masas tienen el mismo peso y con igual excentricidad respecto del eje de giro, la componente de la fuerza de inercia en una de las direcciones se cancela