ES2241634T3

ES2241634T3 - Dispositivo para amortiguar movimientos de elementos estructurales y sistema de arriostramiento.

Info

Publication number: ES2241634T3
Application number: ES00951267T
Authority: ES
Inventors: Imad H. Mualla
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2005-11-01
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: WO2001009466A1; EP1206615A1; MXPA02001184A; HK1046943A1; DE60019615D1; KR100853564B1; JP2003506597A; CN1373827A; EP1206615B1; ATE293733T1; KR20020033753A; AU6426300A; CA2380887A1; JP3898732B2; TR200200866T2; NZ517405A; CA2380887C; JP2006125189A; CN100379934C

Abstract

Un dispositivo para amortiguar movimientos de elementos estructurales y no estructurales en estructuras de ingeniería civil, que comprende: - medios de sujeción para sujetar cuando menos los dos miembros juntos, a modo de mantener una fuerza de sujeción y fricción entre los dos miembros en la articulación rotacional, - medios para conectar cada uno de los dos miembros con los respectivos elementos estructurales, y caracterizado porque por lo menos dos miembros que se interconectan en una articulación rotacional para amortiguar por fricción el movimiento rotacional relativo entre cuando menos dos miembros (1, 4), los dos miembros se mueven en forma rotacional en direcciones opuestas.

Description

Dispositivo para amortiguar movimientos de elementos estructurales y sistema de arriostramiento.

Campo técnico

Esta invención se refiere, de manera general, a la protección de sistemas estructurales contra la carga dinámica tal como terremotos o choques de ondas oceánicas, vibraciones que provienen del tráfico o del choque del viento. De manera más específica, la invención se refiere a la amortiguación de movimiento o vibración en estructuras.

Antecedentes de la invención

Cuando una fuerza externa horizontal excita una estructura de armazón, las vigas principales comienzan a desplazarse en dirección horizontal. Si estos desplazamientos son grandes o si suceden en forma periódica, pueden ocasionar serios impactos en las condiciones de la estructura y podrían provocar daños severos o incluso podría resultar en un colapso de la estructura.

Los dispositivos de amortiguación juegan un papel importante en la protección de estructuras tales como los edificios, y existen con numerosas variantes. En forma típica, los dispositivos de amortiguación están amortiguando el movimiento por medio de una fuerza de fricción entre dos partes que se mueven unidas con la estructura de armazón del edificio o por medio de un fluido al que se presiona de modo que pueda fluir entre dos cámaras a través de un tubo restringido. Existen otros métodos similares de amortiguación de movimiento o vibraciones que son bien conocidos. Algunos dispositivos de amortiguación están cambiando, en forma activa, el efecto de amortiguación correspondiente con las condiciones externas, y otros dispositivos de amortiguación son pasivos ya que poseen una característica de amortiguación constante. Es costosa la producción de dispositivos de amortiguación típicos, e incluso es más costoso su montaje en un armazón estructural de un edificio. En forma típica, se tiene que diseñar un edificio para adecuarlo a un dispositivo de amortiguación específico, ya sea debido al diseño voluminoso de los dispositivos de amortiguación existentes o a la correlación que existe entre las características estructurales del dispositivo de amortiguación contra las características del edificio.

El documento US 4,409,765 de Pall, se refiere a un edificio que posee un par de elementos estructurales con un miembro que conecta estos elementos estructurales y donde el miembro tiene una junta telescópica con superficies de fricción. Además, la junta telescópica tiene medios de sujeción para forzar las superficies de fricción juntas. La patente no describe una articulación de rotación como montaje del dispositivo de amortiguación que proporciona una fricción rotacional.

Descripción de la invención

Un objetivo de la presente invención, es proporcionar un dispositivo de amortiguación que está basado en un diseño muy simple y que comprende partes que son producidas con facilidad. Al mismo tiempo, el dispositivo de amortiguación se debe ensamblar con facilidad y debe ser flexible tanto como para colocarse en diferentes sistemas de arriostramiento, así como también en espacios confinados y tanto para remontarse a las estructuras existentes, así como también para colocarse en nuevas estructuras. Una ventaja adicional de la presente invención es que proporciona un efecto de amortiguación constante, un precio eficiente y un sistema confiable.

Los objetivos de la invención se cumplen de acuerdo con la misma mediante un dispositivo para amortiguar movimientos tanto de elementos estructurales como de elementos no estructurales en las estructuras de ingeniería civil, el dispositivo comprende:

- medios de sujeción para sujetar cuando menos los dos miembros juntos, de modo que mantengan una fuerza de sujeción y fricción entre los dos miembros en la articulación rotacional,

- medios para conectar cada uno de los dos miembros con los respectivos elementos estructurales.

en el que al menos dos miembros están interconectados en una junta giratoria para la amortiguación rotacional del movimiento giratorio entre los, al menos, dos miembros, y los, al menos, dos miembros siendo capaces de moverse en sentidos opuestos de manera que puedan girar.

Los elementos estructurales en la ingeniería civil podrían ser vigas, columnas y losas de hormigón. La pared que se va a amortiguar puede comprender una combinación de elementos estructurales así como también de elementos no estructurales, y en consecuencia el dispositivo de amortiguación puede amortiguar el movimiento tanto de los elementos estructurales como de los no estructurales. Los elementos no estructurales podrían ser ventanas, puertas, paredes de relleno, tales como paredes de ladrillo, paneles y paredes divisorias.

Por consiguiente:

- Puede montarse el dispositivo de amortiguación en 2 o más direcciones, por ejemplo en un edificio de varias plantas.

- Puede montarse el dispositivo de amortiguación en estructuras de armazón de concreto reforzado con paredes de ladrillo de relleno.

- Puede montarse el dispositivo de amortiguación en grandes paredes de panel con la finalidad de reducir sus mecanismos de falla deslizantes. En forma típica, los paneles podrían fabricarse de concreto aunque también podrían fabricarse a partir de otro material tal como madera de construcción, acero o materiales compuestos.

- Puede montarse el dispositivo de amortiguación en tanques elevados de agua a fin de reducir sus respuestas de vibración.

- Puede montarse el dispositivo de amortiguación en puentes y autopistas elevadas. Puede instalarse en dos direcciones a fin de reducir la respuesta. Como un ejemplo, puede colocarse una cantidad de dispositivos de amortiguación en una primera dirección y otra cantidad de dispositivos de amortiguación en una segunda dirección. Los dispositivos de amortiguación que se encuentran en la primera dirección pueden proporcionarse con una estructura de amortiguación, la cual es diferente de la estructura de amortiguación de los dispositivos de amortiguación que se encuentran colocados en la segunda dirección.

- Puede utilizarse el dispositivo de amortiguación con la finalidad de reducir la vibración provocada por máquinas elevadas, las cuales se montan en una estructura de armazón.

- Puede montarse el dispositivo de amortiguación en muchos tipos de estructuras que están expuestas al agua del mar con el fin de reducir la respuesta de vibración debido a las cargas de onda por ejemplo, las ondas que provienen del agua o el viento.

- Puede montarse el dispositivo de amortiguación en garajes hechos con facilidad.

- Puede montarse el dispositivo de amortiguación en tiendas portátiles de metal para amortiguar los movimientos de las columnas de transmisión de carga y las vigas de la tienda.

- Puede utilizarse el dispositivo de amortiguación a efecto de reducir la rotación de las articulaciones en las estructuras de armazón.

- Puede montarse el dispositivo de amortiguación en edificios industriales de varias plantas.

- Puede montarse el dispositivo de amortiguación en estructuras de armazón de madera de construcción o troncos.

- Puede montarse el dispositivo de amortiguación en torres fabricadas de metal.

De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, el dispositivo de amortiguación se adapta de modo que pueda amortiguar el movimiento de paneles prefabricados o de paredes hechas de madera de construcción o de armazones ligeros de metal tal como los armazones hechos de una aleación de acero ligera. Por ejemplo, los paneles podrían fabricarse en una fabrica de paneles y se podrían pre-montar con el dispositivo de amortiguación. Los dispositivos de amortiguación podrían ya sea pre-ajustarse para un uso específico del panel o podrían ajustarse en una plataforma de ladrillo cuando se montan, por ejemplo, en una estructura residencial.

La naturaleza del dispositivo de amortiguación permite el uso del mismo tanto en las estructuras existentes, así como también en las estructuras nuevas debido a la simplicidad del concepto.

El dispositivo puede comprender un cojín de amortiguación o apoyo de fricción que se coloca entre los dos miembros en un modo de emparedado. El cojín de fricción proporciona una lubricación de fricción seca y pretende mantener un coeficiente de fricción principalmente constante. Al mismo tiempo, el cojín de fricción pretende amortiguar el ruido de rechinamiento que prevalece del movimiento de fricción de los miembros.

Además, el dispositivo puede comprender medios adaptados con el fin de variar la fuerza de sujeción. Sí hubiera variación de la fuerza de sujeción y la fuerza de fricción, y por lo cual las características de amortiguación fueran cambiadas, de esta manera, podrían adaptarse para un propósito específico, por ejemplo, igualar el movimiento de una cierta fuerza del viento, de un terremoto, etcétera. Los medios para variar la fuerza de sujeción podrían ser un dispositivo electromecánico, electro-hidráulico, neumático o similar que pudiera controlarse ya sea mecánica o eléctricamente, el cual permite que puedan ajustarse los dispositivos de amortiguación en un edificio en forma activa con las condiciones actuales.

En una modalidad preferida de la invención, la articulación comprende una espiga que se extiende a través de cada uno de por lo menos dos miembros. Las espigas pueden actuar como el único miembro que sujeta el dispositivo de amortiguación junto y de esta manera, proporcionan un montaje fácil del dispositivo de amortiguación y el ajuste del efecto de amortiguación. Los movimientos de fricción entre los miembros, o en forma alterna, entre el cojín de fricción se originan de la rotación de los miembros alrededor de la espiga, la cual actúa de esta manera como un eje de articulación.

En una modalidad preferida de la invención el dispositivo puede comprender un tornillo, en el que cuando menos una porción de este constituye la espiga, el tornillo tiene:

- un miembro de tornillo con una cabeza de tornillo,

- una tuerca con una cabeza de tuerca.

La fuerza de sujeción se determina mediante la pretensión mecánica del tornillo. Esta es una modalidad simple y confiable de la invención, en la que sólo se requieren simples herramientas para el montaje del dispositivo así como para el ajuste de la fuerza de sujeción.

El dispositivo puede comprender además, medios para mantener una fuerza de sujeción sustancialmente constante con respecto al tiempo. Esto es esencial, debido a que la fuerza de fricción es una función de la fuerza de sujeción y debido a que la fuerza de fricción se ajusta a fin de igualar las condiciones de amortiguación.

Los medios para mantener una fuerza de sujeción sustancialmente constante pueden comprender cuando menos un resorte colocado entre la cabeza de tornillo y una superficie de uno de los miembros y/o entre la cabeza de tuerca y una superficie de uno de los miembros. De preferencia, el resorte puede ser un resorte de disco o más resortes de disco colocados en serie o podría ser uno o más resorte(s) de disco colocado entre la cabeza de tornillo y una superficie de uno de los miembros, y otro resorte de disco o más resortes de disco colocados entre la cabeza de tuerca y una superficie de otro de los miembros.

En una modalidad preferida de la invención, cuando menos los dos miembros comprenden una placa lateral y una placa central que se extienden en planos sustancialmente paralelos. De preferencia, la placa lateral podría colocarse ya sea en conexión fija o en conexión giratoria con una de las riostras del sistema de arriostramiento, la riostra se conecta fija o giratoria a un miembro de la estructura de armazón en el otro extremo. La placa central se une fija o de modo que pueda girar en uno de los miembros de la estructura de armazón, para evitar o permitir, de manera respectiva el movimiento rotacional relativo entre la placa central y el elemento estructural. En este modelo, los cojines de fricción, de preferencia, pueden colocarse entre la placa lateral y la placa central y de esta manera, proporcionan una fricción constante entre estas placas. En una modalidad preferida adicional, dos placas laterales están alcanzando la placa central, cada una de las cuales se coloca en posición simétrica alrededor de la placa central. Cada una de las dos placas laterales se conecta en forma giratoria o fija con uno de los miembros estructurales o con una riostra del sistema de arriostramiento, las riostras se conectan fijas o de modo que puedan girar con los miembros de la estructura de armazón en el otro extremo. En este modelo se prefiere adaptar dos cojines de fricción, cada uno de los cuales se coloca entre una respectiva placa lateral y la placa central.

Se pretende que el cojín de fricción mantenga una fuerza de fricción constante con respecto a un periodo de tiempo e incluso después de muchos ciclos de movimiento. Se ha encontrado, que es adecuado para este propósito un material de cojín por fricción, que comprende un material de fricción libre de asbestos MK101 fabricado por Eurodeal A/S. Se ha encontrado además, que es adecuado un dispositivo en el que las placas laterales y/o la placa central se fabrican de acero, de acero anticorrosivo o bronce aunque se pueden adaptar otros materiales como el aluminio o cualquier aleación que comprende aluminio o cualquier otro material de acero o compuesto de acero y plásticos o compuestos de plásticos y fibras de vidrio, de carbono, fibras de aramida o similares o compuestos de cualquier material cerámico y fibras de vidrio, de carbono, de fibra de aramida o similares.

De preferencia, la fuerza de sujeción muestra una variación menor de 10%, tal como 8% o incluso menor que 7%, tal como 5% en una prueba a largo plazo, tal como una prueba de 200-1000 ciclos, tal como una prueba de 400 ciclos, con una frecuencia de excitación de fuerza de 0,2-1 Hz, tal como una frecuencia de excitación de fuerza de 0,5 Hz y una amplitud de desplazamiento de uno, de cuando menos los dos miembros, de 1-20 mm, tal como 10 mm en una fuerza de excitación aplicada de +10 KN a -10 KN, tal como +/-2.5 KN, y una fuerza de sujeción inicial de 1-8 KN, tal como 4 KN. En una prueba específica (véase más adelante la discusión de los resultados experimentales, la variación fue 5% en una prueba de 400 ciclos).

Se prefiere además, que la característica de amortiguación sea independiente de la frecuencia de la excitación de fuerza. Esto garantiza que el efecto de amortiguación sea independiente de la frecuencia de fuerza de un terremoto específico, tormenta, etcétera. Se prefiere que el momento de fricción en la articulación de fricción del dispositivo presente una variación dependiente de la frecuencia de fuerza menor de 10%, tal como 5% en el rango de 2-7 Hz en un momento de fricción nominal de 100-500 Nm, tal como 200 Nm, por ejemplo, en pruebas de 30 ciclos en cada frecuencia.

Se prefiere que sea sustancialmente lineal la relación entre la amplitud de desplazamiento de uno, de cuando menos dos miembros, y la disipación de energía en la articulación de fricción. Esto hace que sea más fácil hacer el dispositivo de amortiguación en un modelo y por lo tanto, es más sencillo diseñar para un propósito específico.

Un aspecto adicional de la presente invención, se refiere a un sistema de arriostramiento para una estructura de edificio que comprende cuando menos dos elementos estructurales y un dispositivo para amortiguar los movimientos relativos entre los elementos estructurales, el dispositivo comprende:

- por lo menos dos miembros que se interconectan en una articulación rotacional para amortiguar por fricción el movimiento rotacional relativo entre cuando menos los dos miembros,

- medios de sujeción para sujetar cuando menos los dos miembros juntos, a modo de mantener una fuerza de sujeción y fricción entre los dos miembros en la articulación rotacional,

De preferencia, el sistema de arriostramiento comprende cualquiera de las características del dispositivo de amortiguación de acuerdo con la presente invención. De preferencia, el dispositivo para amortiguar podría comprender cuando menos dos placas laterales, como se mencionó con anterioridad, y las cuales se interconectan cuando menos en uno de sus extremos mediante un elemento de interconexión, y en donde se monta una riostra en el elemento de interconexión. En otra modalidad preferida, cuando menos una de las placas laterales se interconecta con uno de los elementos estructurales mediante una riostra, y en donde la placa central se conecta o se monta en otro de los elementos estructurales. Además, podría conectarse cuando menos una de las placas laterales con uno de los elementos estructurales mediante dos riostras, las dos riostras se conectan con los extremos opuestos de la(s) placa(s) lateral(es), y en donde la placa central se conecta o se monta en el otro elemento estructural.

El sistema de arriostramiento puede colocarse con las placas laterales conectadas con uno de los elementos estructurales mediante dos riostras o refuerzos y el dispositivo de amortiguación se coloca en un sistema de arriostramiento en forma de V. En alguna literatura técnica, este tipo de sistema de arriostramiento se denomina como un sistema de arriostramiento en forma de V invertida o un Arriostramiento de Chevron. El sistema de arriostramiento puede colocarse en forma similar, cuando menos con una de las placas laterales que está conectada en uno de los elementos estructurales mediante dos riostras y el dispositivo de amortiguación se coloca en un sistema de arriostramiento en forma de D, y de la misma forma, el sistema de arriostramiento puede colocarse cuando menos con una de las placas laterales conectadas en uno de los elementos estructurales mediante dos riostras y el dispositivo de amortiguación se coloca en un sistema de arriostramiento en forma de K. La elección del arreglo está en función de la situación actual y se seleccionará por un diseñador profesional.

Un aspecto adicional de la invención se refiere a un dispositivo de amortiguación para amortiguar los movimientos de las grandes paredes de panel de concreto en las estructuras de los edificios, el dispositivo comprende:

- cuando menos un miembro interconectado cuando menos con un panel en una primera articulación rotacional,

- cuando menos un miembro se conecta además con otro panel o con otra parte similar de la estructura del edificio en una segunda articulación rotacional,

- una o ambas de la primera o segunda articulaciones rotacionales proporciona una amortiguación por fricción del movimiento relativo entre cuando menos un miembro y el panel o cuando menos una estructura similar del edifi-
cio,

- una o ambas de la primera o segunda articulaciones rotacionales además proporciona un movimiento deslizante cuando menos de un miembro en relación con el panel o con una estructura similar del edificio, al cual está unida, este movimiento deslizante se mediante un movimiento que permite tolerancia en dos direcciones perpendi-
culares,

- medios de sujeción para sujetar cuando menos un miembro junto con el panel o una estructura similar del edificio, a modo de mantener en la articulación rotacional una fuerza de sujeción y fricción entre cuando menos uno de los miembros, y el panel o cuando menos una estructura similar del edificio.

Descripción detallada de la invención

Ahora será descrita en detalle una modalidad preferida de la invención con referencia a los dibujos, en los cuales:

La Figura 1 es una ilustración en perspectiva de los detalles del dispositivo de amortiguación por fricción.

La Figura 2 muestra un armazón de acero con un dispositivo adicional de amortiguación por fricción.

La Figura 3 muestra el mecanismo del dispositivo de amortiguación para amortiguar el movimiento de una estructura,

La Figura 4 muestra la flexibilidad de usar el dispositivo de amortiguación por fricción en diferentes tipos de sistemas de arriostramiento,

La Figura 5 muestra la posibilidad de tener múltiples unidades de dispositivos de amortiguación,

La Figura 6 muestra diferentes modelos para el dispositivo de amortiguación dentro de las estructuras,

La Figura 7 muestra el efecto de utilizar diferentes amplitudes de desplazamiento en los ciclos de histéresis,

La Figura 8 muestra el desplazamiento de prueba en mm, para dos diferentes fuerzas de sujeción,

La Figura 9 muestra: una gráfica de historia de fuerzas para una prueba de 60 ciclos, una historia de Fuerza de Sujeción de Tornillo, una Fuerza de histéresis de Desplazamiento, un Acercamiento de Fuerza, (histéresis de Desplazamiento), que muestra variación de la fuerza.

La Figura 10 muestra el efecto de desplazamiento para un material con un alto grado de fricción,

La Figura 11 muestra el efecto de la amplitud de desplazamiento de la cantidad de disipación de energía,

La Figura 12 muestra la relación lineal entre la amplitud de desplazamiento y la disipación de energía,

La Figura 13 muestra el efecto de utilizar diferentes fuerzas de sujeción (Ft) sobre la cantidad de energía de fricción,

La Figura 14 muestra el efecto de la fuerza de sujeción (Ft) sobre la cantidad de energía de disipación,

La figura 15 muestra el historial de desplazamiento para una frecuencia de 0,5 Hz y una fuerza de sujeción de 3,3 kN y un acercamiento para, al menos, 5 ciclos,

La figura 16 muestra el historial de fatiga para 400 ciclos, historial de Fatiga de Sujeción de Tornillo, histéresis de Fuerza-Desplazamiento e historial de Desplazamiento para, al menos, 10 ciclos,

Las Figuras 17-20 muestran resultados que provienen de la medición del coeficiente de fricción,

La Figura 21 muestra el modelo experimental para un dispositivo de amortiguación por fricción en una estructura de armazón,

La Figura 22 muestra los resultados de una prueba dinámica,

La Figura 23 muestra el modelo experimental para las medidas de respuesta de un dispositivo de amortiguación por fricción,

La Figura 24 muestra el efecto de Diferentes Frecuencias de Fuerza de 2, 3, 4, 5, 6 y 7 Hz sobre la relación Momento-Teta,

La Figura 25 muestra el efecto de Frecuencia de Fuerza de 2, 3, 4, 5, 6 y 7 Hz sobre la relación de fuerzas horizontales (Fh)- desplazamiento del armazón,

La Figura 26 muestra la zona de prueba de la frecuencia de excitación,

La figura 27 muestra el efecto de diferentes amplitudes de desplazamiento en la respuesta del armazón y la relación entre la disipación de energía y el desplazamiento,

La figura 28 muestra el efecto al usar diferentes fuerzas de sujeción de 3,77, 4,55, 5,55, 5,86 y 6,89 kN en el Efecto de amplitud de fuerzas de diferentes fuerzas de sujeción en la disipación de energía,

La figura 29 muestra la Amplitud de fuerza en la respuesta del armazón y el efecto de la amplitud de fuerza en el desplazamiento máximo del armazón,

La figura 30 muestra el efecto de la fuerza de pretensado en la barras arriostramiento sobre el desplazamiento del armazón,

La figura 31 muestra el desplazamiento del armazón en la barra de la derecha y en la de la izquierda,

La figura 32 muestra los resultados de la prueba histórica de la frecuencia de forzado de 3,0 Hz y fuerza de excitación de 0,8 Kn,

La Figura 33 muestra un edificio de múltiples plantas con un dispositivo de amortiguación instalado en dos direcciones, cuando menos en un mirador en cada dirección, y

Las Figuras 34 y 35 muestran paredes prefabricadas de panel con dispositivos de amortiguación, la estructura del armazón de los paneles se fabrica, ya sea madera de construcción o acero ligero.

Como se observa en la Figura 1 el dispositivo de amortiguación por fricción comprende varias placas de acero 1 y 4, las cuales giran en sentido opuesto entre sí. El dispositivo de amortiguación puede comprender además, un número de cuñas circulares de disco del material de cojín de fricción -en la Figura 1 tiene el número 3- que se colocan entre las placas de acero, con el fin de tener en la unidad una lubricación seca por fricción. Los cojines de fricción aseguran una fuerza de fricción estable que actúa sobre las placas de acero y al mismo tiempo reducen el ruido que produce el movimiento deslizante entre las placas.

En una modalidad preferida de la invención los dispositivos de amortiguación comprenden una placa central y dos placas laterales. En la Figura 1, la placa 1 es la central y las placas 4 son laterales. Como se observa en la Figura 2, la placa vertical se conecta de modo que pueda girar el dispositivo de amortiguación con las vigas principales de una estructura de armazón por medio de una bisagra o articulación. La articulación 8 se observa mejor en la Figura 1. La articulación se adapta con la finalidad de no introducir un momento de fuerzas en las vigas principales. Esto es esencial, por ejemplo, cuando el dispositivo de amortiguación se está re-montando en edificios que se diseñaron sin el dispositivo de amortiguación. En forma adicional, la articulación incrementa la cantidad de rotación relativa entre la placa central y las placas laterales, lo cual incrementa de nuevo la cantidad de energía disipada en el sistema.

Las dos placas laterales 4 conectan el dispositivo de amortiguación con un sistema de arriostramiento tal como un arriostramiento de Chevron -como se observa en la Figura 2- o con un arreglo similar de riostras, por ejemplo en forma de D o de K. Se muestran en la Figura 4 distintos sistemas de arriostramiento. El sistema de arriostramiento puede comprender las barras 13 que se pretensan con anticipación con la finalidad de evitar que se deformen a partir de la fuerza de compresión sobre ellas aunque podrían comprender asimismo miembros estructurales con capacidad de absorber la compresión. En forma preferible, las riostras se conectan de modo que puedan girar en los extremos 14 y 15 al tener apoyos planos en el dispositivo de amortiguación 16 y en la conexión de base de columna 17, como se muestra en la Figura 2. La columna superior de armazón posee el número 18.

La razón por la que se utilizan dos placas laterales es incrementar el área de superficie de fricción y proporcionar la simetría necesaria a fin de obtener un comportamiento parejo del dispositivo. Todas las placas y los cojines de fricción tienen un orificio central para que se puedan montar con un tornillo 2, con una tuerca 5 o con un tipo similar de eje de articulación de confinación. El tornillo o el eje de articulación similar comprende las tres placas 1 y 4 del dispositivo de amortiguación y el cojín de fricción 4 en una conexión de articulación similar. Al mismo tiempo, el tornillo 2 se utiliza a efecto de controlar la fuerza normal aplicada sobre los discos de cojín por fricción y las placas de acero, por lo cual está siendo cambiada la característica de amortiguación del dispositivo de amortiguación.

Cuando se instala el dispositivo de amortiguación en un armazón estructural, como se observa en la Figura 2, aquel continúa el movimiento horizontal del armazón, como se observa en la Figura 3. Debido a la conexión de articulación entre la placa central y la columna superior y las conexiones de articulación entre las placas laterales y las riostras, las cuales otra vez se conectan de modo que puedan girar en la columna de base, la fuerza de movimiento del armazón estructural se transmite en forma giratoria a las partes de amortiguación, como se puede observar en la Figura 3. Cuando empieza el desplazamiento del armazón estructural, las fuerzas de fricción que se crean entre las superficies de fricción de las placas de acero y de los cojines de fricción, resistirán la rotación de las placas en el dispositivo de amortiguación. Esta fase, en la que no toma lugar ningún movimiento deslizante, se denomina como la fase de retención. Cuando exceden las fuerzas de fricción, las fuerzas aplicadas en el dispositivo de amortiguación, toma lugar un movimiento deslizante entre la placa central y los cojines de fricción. Ahora, la placa se desliza en un movimiento circular alrededor del eje de articulación o tornillo. Debido a las fuerzas de tensión que se presentan en el sistema de arriostramiento comienza también un movimiento deslizante entre los cojines de fricción y la placa lateral aunque éstas giran en dirección opuesta con respecto a la placa central. En la fase deslizante, el dispositivo de amortiguación disipará energía mediante la fricción entre las superficies deslizantes. Esta fase se mantendrá y cambiará a la fase de retensión cuando la carga invierte su dirección.

El proceso de movimiento de una fase a otra se repite en la dirección inversa de la aplicación de la fuerza. La Figura 3, explica el mecanismo del dispositivo de amortiguación de acuerdo con una fuerza de excitación en diferentes direcciones.

Con el fin de mantener una fuerza constante de sujeción, cuando el dispositivo de amortiguación se encuentra en funcionamiento, se monta de preferencia un resorte 6 entre la cabeza de tornillo y la placa lateral, entre la tuerca y la placa lateral o en ambos lados. Este resorte puede ser de cualquier tipo, aunque en una modalidad preferida de la invención, se utilizan una combinación de resortes de disco 6 y de arandelas 7, tal como las Arandelas de Belleville. Estos resortes son conos que forman resortes de disco anular que se aplanan de acuerdo con una fuerza de compresión. Las arandelas se colocan a fin de evitar que se hagan marcas en las placas de acero debidas a los resortes de disco cuando estos son comprimidos.

El dispositivo de amortiguación se basa en un diseño muy simple y solo comprende partes que se pueden manufacturar con facilidad. Al mismo tiempo, éste se puede ensamblar con facilidad y es muy flexible de colocar. Como se observa en las Figuras 4 y 6, también puede colocarse tanto en configuraciones diferentes como en diferentes tipos de sistemas de arriostramiento.

La sencillez del diseño del dispositivo de amortiguación permite construir un dispositivo con múltiples unidades, en base a los requerimientos de las fuerzas diseñadas de fricción y de las limitaciones de espacio. La Figura 5 muestra un ejemplo de múltiples unidades de amortiguación, las cuales le dan al diseñador la capacidad de construir un dispositivo de amortiguación que comprende distintas unidades. El dispositivo de amortiguación en la Figura 5, comprende los resortes de disco 9, las placas centrales 10, las placas laterales 11 y los cojines de fricción 12.

Resultados experimentales

Con el fin de verificar los componentes de fricción del dispositivo propuesto de amortiguación por fricción, se han efectuado en el laboratorio una cantidad de pruebas de calificación, a efecto de evaluar los estudios teóricos de éste dispositivo de amortiguación.

El programa experimental se realizó en dos fases:

1. Se realizaron pruebas al dispositivo de amortiguación con tres distintos tipos de materiales de fricción.

2. Se realizaron pruebas a un armazón modelo a escala construido de acero con un dispositivo implementado de amortiguación por fricción.

Las pruebas que se efectuaron en el dispositivo de amortiguación con distintos materiales de fricción se hicieron con una máquina Instron, a fin de verificar los parámetros que afectan su rendimiento. Estas pruebas cíclicas incluyeron pruebas del dispositivo de amortiguación. Se utilizaron materiales que fueron adecuados en las pruebas del modelo de armazón a escala, con la incorporación de un dispositivo de amortiguación por fricción, las cuales se efectuaron con un aparato de movimiento oscilante o sacudidor.

Estos estudios experimentales se llevaron a cabo en el laboratorio del departamento de BKM, DTU.

Fase 1

Pruebas del Dispositivo de Amortiguación con la Máquina Instron

El espécimen del dispositivo de amortiguación descrito con anterioridad, se colocó dentro de una máquina hidráulica de prueba Instron de tipo 8502. El accionamiento de esta máquina tiene la capacidad de aplicar una carga dinámica de 250 kN. Tanto el desplazamiento, como la frecuencia de fuerza o el control de la fuerza aplicada fueron posibles con la ayuda de una unidad controladora. El control de prueba se hizo desde la computadora que trabaja con el programa o software de Instron "Max 5.2". Toda la prueba se realizó de acuerdo con el desplazamiento y el control de la frecuencia de fuerza y todos los datos que se produjeron se transfirieron al Sistema de Alimentación de Adquisición de Datos, el cual se encuentra integrado con el controlador del sistema en conjunto con una computadora (PC).

Para la inmediata observación visual de los resultados se dibujaron en el monitor de la computadora las curvas de fuerza-desplazamiento.

Se fijó el dispositivo de amortiguación a la máquina Instron mediante un sujetador de armazón, el cual se diseñó en especial para este caso, el armazón se conectó rígidamente con la máquina. El dispositivo de amortiguación se conectó a este sujetador mediante dos pequeñas placas fijas en forma rígida al sujetador. Cada una de estas placas se conectó con las placas laterales mediante una articulación. Se utilizaron a continuación estas dos placas a fin de conectar las barras de riostra con el dispositivo de amortiguación. En el interior de estas placas se fijó un rodamiento de bolas a efecto de reducir la fricción por la actividad del dispositivo de amortiguación con el modelo de armazón a escala.

La carga que se aplicó se midió por un dinamómetro, que tiene dos medidores de deformación fijos sobre él. El dinamómetro se conectó mediante una articulación de apoyo en ambos extremos con la finalidad de evitar cualquier tipo de flexión.

La Fuerza de sujeción en el tornillo se midió con la ayuda de dos medidores o calibradores de deformación embebidos en el interior del tornillo. Puede aplicarse la fuerza de sujeción requerida al apretar la cabeza de tornillo con una llave de apretar tuercas y se consigue directamente la lectura con un multímetro.

Al comenzar las pruebas del dispositivo de amortiguación, se intentó con distintos dispositivos de desplazamiento. Aunque se utilizó el Transductor de Desplazamiento Variable Lineal (LVDT, por sus siglas en inglés), debido a la rotación de la placa central alrededor del tornillo, el LDVT no pudo continuar con la prueba, ya que su aguja se dobló por lo cual se tomaron mediciones incorrectas. Otro dispositivo con el que se intentó medir el desplazamiento fue el extensímetro (CAT NO. 2620-602, 5 mm de desplazamiento, de tipo dinámico). Con este dispositivo se obtuvo una mejor resolución, aunque no se realizaron buenas mediciones para grandes desplazamientos, sobre todo para amplitudes mayores de 5 mm.

Todos estos dispositivos de modelo se calibraron antes y después de las pruebas o una vez que hubo un accidente en las pruebas se recalibró el ajuste.

Cuando la placa central giró durante las pruebas, se doblaron un poco las terminales del potenciómetro, las cuales permanecían en el borde de la placa central, debido al saliente horizontal de rotación. Con el fin de resolver este problema se fijó un rodillo especial en las terminales o puntas del potenciómetro. Esta solución se probó en distintas ocasiones de acuerdo con diferentes condiciones y resultó bien.

Pruebas Cíclicas del Dispositivo de Amortiguación por Fricción

Con la finalidad de evaluar el desempeño del dispositivo de amortiguación, se efectuaron una serie de diez pruebas cíclicas dinámicas con tres distintos tipos de materiales, bronce, material con una alta fricción y material de cojín de fricción.

En general, el desempeño del dispositivo de amortiguación por fricción fue afectada por ciertos parámetros. Los parámetros que se estudiaron en las pruebas son:

1. Amplitud de desplazamiento.

2. Fuerza de sujeción.

3. Prueba de desplazamiento de longitud.

Discos de Cobre

El cobre además de ser un material comercial es muy barato. Se ha utilizado durante mucho tiempo debido a sus conocidas características. En 1993, debido a sus buenas y estables características Popove sugirió usarlo en lugar del acero en su dispositivo de amortiguación. En este trabajo se eligió el cobre debido a que se conoce que el acero y el cobre tienen una buena combinación en fricción y también por razones económicas.

Antes de estudiar los parámetros que se mencionan con anterioridad, fue probado otro parámetro, el cual fue la distribución de las arandelas de resorte de disco en un lado y en ambos lados de las placas de acero.

Efecto de Desplazamiento

Se probó el dispositivo de amortiguación con amplitudes de desplazamiento de 5, 10, 15 y 20 mm con una frecuencia de fuerza de 0.3 Hz. La figura 7 muestra el desplazamiento aplicado y los ciclos de histéresis resultantes. Se muestra con claridad la cantidad de incremento de área cuando se aumentó el desplazamiento y la fuerza de fricción fue casi constante sin presentar fluctuaciones o perturbaciones.

Fuerzas más grandes pueden observarse en el extremo de cada ciclo, esto se debe a la velocidad relativa de las placas que alcanzan su valor mínimo.

Efecto de Fuerza de Sujeción

Como se muestra en la Figura 7, el tornillo se sujetó con distintas fuerzas a fin de estudiar su efecto sobre el dispositivo de amortiguación. En estas pruebas, se incrementaron las fuerzas de sujeción desde 13.36 a 27.32 kN, ya que
se incrementó también la fuerza de fricción desde 0.65 hasta 1.5 kN. Se puede observar el resultado en la Figura 8.

Prueba de Grandes Desplazamientos

Se realizaron pruebas de 60 ciclos con una frecuencia de fuerza de 0.3 Hz y amplitudes de desplazamiento de 5 mm, con el fin de observar cualquier degradación en la fuerza de sujeción. Los ruidos que se presentaron fueron altos y el calor generado estuvo fuera de lo común. Se puede observar el resultado en la Figura 9.

El resultado de prueba muestra que no fue mucha la cantidad de cambio en la resistencia de fricción, al final de las pruebas de 60 ciclos, que indican que la tensión inicial del tornillo fue aún efectiva. Durante los primeros diez a veinte ciclos de carga, las conexiones del tornillo emitieron un ruido estruendoso o una vibración de rechinamiento que proviene de las superficies de unión. No se afectaron en demasía los niveles de carga por la presencia de estos ruidos vibratorios y después de aproximadamente veinte ciclos, el ruido en las superficies de unión emitió un sonido estable de trituración de material similar al trabajo de molienda de metal. La fuerza se incrementó desde 0.76 kN hasta 0.98 kN. Con probabilidad este incremento se debe a los muchos fenómenos de interacción:

1. El incremento del espesor de la placa debido al calor que genera la fricción.

2. El ablandamiento del metal debido al aumento a la temperatura.

3. La variación de la fuerza de sujeción del tornillo.

4. Al desgaste.

5. El crecimiento de contribución de los términos de rugosidad y rebaje en la carga deslizante conforme fue tomando lugar un mayor daño superficial.

Al considerar que los discos de cobre tienen algo de abrasión, el dispositivo de amortiguación por fricción con el uso de cobre, puede juzgarse que tiene una suficiente durabilidad de acuerdo con condiciones prácticas.

Material con Alto Grado de Fricción

Se probó un material con un alto coeficiente de fricción. Este material fue revestido con abrasivos, los cuales tiene el nombre comercial Felxovit, que se utilizó como acero de grano. Este material es un disco de fibra con un espesor de 0,3 mm. Se adhirió en los discos a efecto de tener el espesor requerido en el dispositivo de amortiguación.

El material presentó altas fuerzas de fricción.

Efecto de Desplazamiento

El dispositivo de amortiguación se probó con amplitudes de desplazamiento de 2 y 5 mm. Como se observa en la Figura 10, la fuerza de fricción no fue constante en los movimientos de deslizamiento y de histéresis, los cuales no fueron estables.

El espesor de las placas conectadas cambia por la carga cíclica. Este incremento se debe al aumento de temperatura debido al calor que genera la fricción. Por otra parte, el desgaste en la superficie de contacto reducirá el espesor.

Sí se incrementara el espesor de la placa debido al calor, más que el efecto de desgaste, éste incrementaría la fuerza de sujeción del tornillo, lo cual incrementa la fuerza deslizante un ejemplo fue la prueba de 60 ciclos del cobre, véase la Figura 10. Sí el efecto de desgaste fuera más grande que el efecto del calor, entonces el tornillo perdería su fuerza de sujeción lo cual provocaría que sucediera un movimiento deslizante a un nivel de diseño más bajo y esto reduciría la cantidad de disipación de energía en el sistema. La Figura 10 es un ejemplo de este caso.

Debido a las razones que se mencionan con anterioridad existe la necesidad de observar otros materiales:

Material de Cojín por Fricción

El desempeño del dispositivo de amortiguación podría mejorarse en gran medida si otros materiales pudieran resistir el desgaste tanto como fuera posible, y que en ese momento no generen tanto calor, conforme efectúan una histéresis estable. Es probable conseguir esta mejora sí se proporciona una combinación más adecuada de materiales.

Un material de asbesto libre de fricción (material de cojín por fricción se obtuvo una vez que se buscó un material con un requerimiento especial. Este material tiene un coeficiente de fricción de 0.35-0.45. El esfuerzo de compresión máximo es de 1100 kg/cm^{2} con una temperatura de trabajo de 165ºC. Este es un material compuesto.

Este material se probó con los mismos parámetros anteriores. Se observó que no había desgaste o desgaste adhesivo en el acero o en el material, sólo una pequeña cantidad de polvos cubrían las placas de acero.

Efecto de Desplazamiento

Se probó el dispositivo de amortiguación con amplitudes de desplazamiento de 2, 4, 6, 8, 10, y 12 mm. Como se observa en la Figura 11, se incrementó el área de disipación de energía en relación a la amplitud con una fuerza de fricción constante. Se muestra con claridad en la Figura 12, que la disipación de energía del dispositivo de amortiguación, la cual es el área de un ciclo que es dependiente en línea sobre este parámetro que hace que el dispositivo de amortiguación pueda trabajar según diferentes amplitudes de desplazamiento si se modificara a un dispositivo semiactivo.

Efecto de Fuerza de Sujeción

El tornillo se sujetó con distintas fuerzas (Ft): 3.3, 2.75, 2.2, 1.65, 1.1, y 0.55 kN a fin de estudiar su efecto sobre el dispositivo de amortiguación que se muestra en la Figura 13. La amplitud de desplazamiento se controló con 5 mm, al graficar la disipación de energía por ciclo con respecto a las fuerzas de sujeción. Puede concluirse que la relación es lineal lo cual hace que se utilice la Ley de Coulomb que es suficiente en la relación de la fuerza normal.

Las pruebas muestran en la Figura 15 que el material de cojín por fricción tiene un desempeño bueno y estable sin mostrar degradación o debilitamiento como se observa con claridad en la historia de tiempos de desplazamiento de la prueba de 30 ciclos con una frecuencia de fuerza de 0.5 Hz y una fuerza de sujeción de 3.3 kN. Estos buenos resultados fueron fortalecidos durante las pruebas de grandes desplazamientos al revisar su desempeño.

Efecto de Grandes Desplazamientos, Prueba de 400 Ciclos

Con la finalidad de estudiar el desempeño del dispositivo de amortiguación con el material de cojín por fricción de acuerdo con pruebas cíclicas de grandes desplazamientos, el dispositivo de amortiguación se sujetó hasta 400 ciclos con una frecuencia de 0.5 Hz y una fuerza de sujeción de 4 kN. Los resultados fueron muy alentadores, no se notó debilitamiento, se generó una pequeña cantidad de calor y esto provocó un ligero incremento en la fuerza de sujeción del tornillo, el ruido fue mucho menor que con otros materiales.

- Las pruebas FPM mostraron daños insignificantes en sus superficies de fricción.

El desempeño exitoso de las pruebas FDD al proporcionar ciclos estables de histéresis !1Y!rectangular' se debe al uso de FPM. Véase los resultados en la Figura 16.

Medición del Coeficiente de Fricción

De acuerdo con las Figuras 17-20, es evidente que las características de prueba de la fuerza de restauración de armazón son bi-lineales (como se calculó) incluso sí el armazón de acero se encontrara en el rango elástico. Puede observarse que conforme se incrementa ligeramente la fuerza de fricción del dispositivo de amortiguación en el comienzo del movimiento de deslizamiento, este continúa el deslizamiento en una fuerza de fricción estable durante la totalidad de la longitud de deslizamiento una vez que se comienza a deslizar. Las Figuras muestran la fuerza de fricción del dispositivo de amortiguación, la relación de desplazamiento deslizante como un ejemplo de sus respectivos resultados de prueba. No existe fluctuación en la fuerza de fricción del dispositivo de amortiguación. El dispositivo de amortiguación que absorbió la energía tiende a bajar conforme se eleva la fuerza de fricción. Al utilizar Material de Cojín por Fricción o Cobre, los cuales se encuentran embebidos, produjeron una fuerza de fricción muy estable y evitaron la generación anormal de ruidos en el movimiento de fricción.

Debido a que el dispositivo puede desarrollar una reacción variable esta puede utilizarse como parte de un esquema de control de movimiento como dispositivo semi-activo.

El dispositivo de amortiguación por fricción puede funcionar de acuerdo con un amplio rango de amplitudes de desplazamiento con fuerzas de fricción constantes y estables.

El "sujetador de armazón", que se diseñó a fin de mantener el dispositivo de amortiguación durante las pruebas, no tuvo la suficiente rigidez para evitar el pequeño movimiento horizontal de la parte superior que provocó el movimiento cíclico cuando se utilizaron grandes fuerzas.

Experimentos de un Armazón con un Dispositivo de Amortiguación por Fricción

Una sencilla historia, un mirador, un modelo de armazón de acero se construyó y se probó en forma estática y dinámica a fin de verificar experimentalmente la efectividad del concepto del dispositivo de amortiguación por fricción. Estas pruebas del mismo, se implementaron con armazón de Acero, se planearon con la finalidad de averiguar el desempeño del dispositivo de amortiguación de acuerdo con anteriores condiciones prácticas a fin de colocarlo en uso dentro del edificio.

Las dimensiones totales del armazón de modelo son 1.125 m. de altura y 1.10 m de extensión. El armazón puede observarse en la Figura 21.

Las columnas estructurales del armazón son tiras de acero de 50 x 15 mm. La viga es una sección de acero rectangular hueca de 90 x 50 x 5 mm, y se conecta con rigidez a la columna por todo el rededor mediante la soldadura a tope. La estructura se fija con rigidez en el piso masivo de laboratorio. La proporción del momento de inercia de la viga (Ib) con respecto al momento de inercia (Icol.) es 91.73 con el objeto de garantizar una viga muy rígi-
da.

El modelo de armazón tiene las siguientes propiedades:

	Rigidez lateral (N/mm)	Masa (kg)	La Frecuencia Natural más baja, Hz
Medido	40.667	23.03	6.8
Calculado	40.57	23.65	6.7

El armazón de acero se excitó con fuerzas horizontales estáticas y dinámicas, las cuales se aplicaron mediante el excitador. Este excitador se conectó con el armazón de acero mediante una barra rígida. Se midió mediante la prueba libre de vibración el periodo natural del armazón sin el dispositivo de amortiguación y señaló 6.8 Hz. Se utilizó en la prueba un osciloscopio de almacenamiento digital VP5730A.

Respuesta Dinámica del Modelo de Armazón

Con el fin de revisar las propiedades dinámicas del modelo de armazón, la rigidez y la maza, se aplicó una carga harmónica mediante el excitador. La respuesta se comparó con la solución analítica de este sistema SDOF. Como se muestra en la Figura 22, los resultados fueron muy satisfactorios.

Modelo Experimental

La viga principal del armazón se excita con una fuerza en dirección horizontal, que se aplica experimentalmente por una barra rígida que se encuentra fija entre la viga principal del armazón y la cabeza del excitador. La oscilación de ésta se genera mediante el controlador del Excitador y se amplifica mediante un Amplificador de Potencia. A continuación, se mide la fuerza transferida entre la estructura y la barra rígida unida mediante la fuerza de un Transductor de Fuerza. Esta fuerza medida se almacena continuamente por medio del Programa DAP. La aceleración del armazón la mide un Acelerómetro, el cual se encuentra montado en la parte superior del armazón y las mediciones se almacenan continuamente por el DAP. La posición del armazón se obtiene sí se utiliza un potenciómetro con una cabeza de rodillo montada con rigidez sobre el sujetador externo de armazón. En la Figura 23 se muestra el modelo en forma esquemática.

La rotación relativa entre las placas de acero se midió mediante un potenciómetro, con una terminal en forma de rodillo fija sobre la placa lateral. Estas mediciones se dividieron por la distancia entre la terminal del potenciómetro y la línea central de la placa lateral. Se midió la rotación de la placa central mediante otro potenciómetro, y las lecturas se dividieron por la distancia entre la terminal y la parte central de la articulación que conecta el dispositivo de amortiguación con la viga principal del armazón.

Respuesta Dinámica del Modelo de Armazón con el Dispositivo de Amortiguación por Fricción -Estudios Experimentales de Parámetros de Evaluación

Se estudiaron experimentalmente distintos parámetros con el objeto de verificar el desempeño del dispositivo de amortiguación y de estudiar sus grados de dependencia. Estos parámetros fueron como sigue:

- Frecuencia de fuerza.

- Amplitud de desplazamiento.

- Fuerza de sujeción en el dispositivo de amortiguación.

- Fuerzas de pretensión mecánicas en las barras de riostras.

Frecuencia de Fuerza en un Armazón

Uno de los parámetros más importantes que se utiliza para verificar los dispositivos de amortiguamiento por fricción, es la dependencia de velocidad. El bastidor se probó con las frecuencias de fuerza de 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0 y 7.0 con el mismo valor para todos los otros parámetros. Los resultados, que representan el momento y la rotación relativa entre las placas, Teta, muestran con claridad que es casi independiente de la velocidad como se muestra en la Figura 20.

Como se muestra, el efecto de cambiar la frecuencia de fuerza no afecta tanto el Momento, gráficas de relación Teta, lo cual cancelaran la necesidad de incluir un término de dependencia de velocidad en la Ley de Coulomb a fin de modelar la fuerza de fricción. Se estudió otra relación que es la fuerza horizontal (Fh) con el desplazamiento de armazón. La Figura 25 muestra con claridad que no existe una gran influencia en la respuesta.

Amplitud de Desplazamiento

Se probó el armazón con distintas amplitudes de desplazamiento con el fin de verificar su influencia sobre las características del dispositivo de amortiguación. En estas pruebas, se controló el desplazamiento del armazón con 1.75, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, y 4.5 mm como se muestra en la Figura 27. La disipación de energía, la cual se encuentra en el área de la curva de fuerza-desplazamiento, para cada amplitud se graficó contra el desplazamiento del armazón en la Figura 27.

Se muestra con claridad que la variación de la amplitud de desplazamiento está cambiando linealmente la energía de disipación, la cual se compara con la que se encontró con anterioridad en las pruebas del dispositivo de amortiguación con la máquina de Instron.

Fuerza de Sujeción en el Dispositivo de Amortiguación

Con el objeto de verificar la dependencia de la fuerza de sujeción, se seleccionaron distintos valores desde 3.77, 4.55, 5.55, 5.86, 6.63 y 6.89 kN. En estas pruebas, las amplitudes de desplazamiento se controlaron de modo que tuvieran las mismas amplitudes aunque las amplitudes de fuerza requeridas para producir un cierto desplazamiento, fueron diferentes debido a la fuerza de sujeción del dispositivo de amortiguación como se muestra en la Figura
28.

En la Figura 28 se muestra con claridad que el incremento de fuerza de sujeción por tornillo en el dispositivo de amortiguación es casi el incremento lineal de la disipación de energía. Esta conclusión está de acuerdo con la que se había alcanzado en la primera fase de las pruebas del dispositivo de amortiguación. La linealidad de esta relación conduce al uso de la Ley de Coulomb para modelar la fuerza de fricción.

Amplitud de Fuerza

Se utilizaron distintas amplitudes de fuerza a fin de excitar el armazón. Fueron controladas la fuerza de sujeción, la fuerza de pre-tensión en el sistema de arriostramiento y la frecuencia de fuerza y se utilizaron distintas fuerzas desde 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, 0.75, 0.80, 0.85 y 0.90 kN, como se muestra en la Figura 29.

Debido al modelo de estas pruebas, el dispositivo de amortiguación no se activó con 0.4, 0.5 y 0.6 kN y no se presentó deslizamiento, solo retención, aunque cuando se incrementó la carga a 0.7 kN, se iniciaron los deslizamientos y el desplazamiento se incrementó una vez que también se incrementó la fuerza. En la Figura 11B se utilizaron la respuesta del armazón con pequeñas fuerzas sobre todo no lineales de 0.8 kN y fueron más grandes para 0.85 y 0.9 kN.

Fuerzas de Pretensión en Barras de Riostra

Al evaluar éste parámetro se efectuaron dos tipos de pruebas:

1.1.A - Con una gran Fuerza de sujeción, solo se presentó retención.

1.1.B - Con una pequeña fuerza de sujeción, se presentó retención y deslizamiento.

En ambos casos, el armazón se excitó con una frecuencia de fuerza de 3.0 Hz y una amplitud de fuerza de 0.8 kN con valores elevados de la fuerza de sujeción, lo cual evita que suceda el movimiento de deslizamiento. Se pueden observar los resultados en la Figura 30.

1.1.A - Con una gran Fuerza sujeción, solo se presentó retención.

En estas pruebas se pre-tensaron las barras de riostra con 1.02, 2.2, 4.4, 6.9, 8.8 y 10.1 kN, de manera respectiva. A partir de la Figura 11 se puede observar con claridad que el incremento de la fuerza de pretensión no condujo a disminuir los desplazamientos del armazón, sobre todo con fuerzas de 1.02-6.9 kN. Aunque cuando se incrementaron la fuerzas hasta 8.8 y 10.1 kN comenzó el deslizamiento debido a que la rigidez del sistema de arriostramiento se volvió muy grande y evitó el movimiento horizontal de las placas laterales, aunque las fuerzas aplicadas superarán las fuerzas de fricción que provocan el deslizamiento de las placas.

Se utilizaron en estas pruebas cuatro distintas fuerza de pretensión de 2.0, 4.0, 6.0 y 7.7 kN. Se muestra con claridad en la Figura 11, que el incremento de la fuerza de pretensión no afectó tanto el desplazamiento horizontal del armazón, excepto en los valores más bajos.

De esta manera, a partir de estas pruebas de verificación, el efecto del parámetro de pretensión puede ser concluido en que no está participando una gran parte en el desempeño en el dispositivo de amortiguación y el incremento en la dosis de fuerzas no conduce a mejorar el desempeño y con el uso de fuerzas óptimas de pretensión, puede alcanzarse la misma respuesta requerida.

Pruebas de Grandes Desplazamientos

Se probó el modelo de armazón de acero de amortiguación con pruebas de grandes desplazamientos de acuerdo con distintas frecuencias y fuerzas de excitación. La Figura 16 muestra los resultados de las pruebas de historia de tiempos de la frecuencia de fuerza con 3.0 Hz y la fuerza de excitación de 0.8 kN. La respuesta del bastidor fue muy estable y constante, 20B, y la rotación relativa de las placas fue también estable, véase la Figura 16 D.

De esta manera, la conclusión fue que una vez que se efectuaron al dispositivo de amortiguación pruebas mayores de 100 ciclos, el desempeño fue totalmente satisfactorio.

Se planeo también someter el bastidor a cientos de pruebas cíclicas aunque las limitaciones del modelo lo evitó. En la Figura 32 se muestran los resultados.

Claims

1. Un dispositivo para amortiguar movimientos de elementos estructurales y no estructurales en estructuras de ingeniería civil, que comprende:

- medios para conectar cada uno de los dos miembros con los respectivos elementos estructurales, y

caracterizado porque por lo menos dos miembros que se interconectan en una articulación rotacional para amortiguar por fricción el movimiento rotacional relativo entre cuando menos dos miembros (1,4), los dos miembros se mueven en forma rotacional en direcciones opuestas.

2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además un cojín de fricción colocado entre los dos miembros (1,4), de modo que se establece contacto entre los miembros y el cojín (3) de fricción, de manera que el movimiento rotacional relativo de los miembros se amortigua por fricción.

3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, en el que los medios (2,5) de sujeción se adaptan con la finalidad de variar la fuerza de sujeción.

4. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la articulación comprende una espiga (2) que se extiende a través de cada uno de los dos miembros (1,4).

5. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 4, en el que comprende un tornillo (2), en el que cuando menos una porción de este constituye la espiga, el tornillo tiene:

- un miembro de tornillo (2) con una cabeza de tornillo,

- una tuerca (5) con una cabeza de tuerca para unión con el miembro de tornillo (2),

la fuerza de sujeción se determina mediante la pretensión mecánica del tornillo.

6. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 5, que comprende además medios para mantener una fuerza de sujeción (6,7) sustancialmente constante con respecto al tiempo.

7. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 6, en el que los medios para mantener una fuerza de sujeción sustancialmente constante comprenden cuando menos un resorte (6) colocado entre la cabeza del tornillo y una superficie de uno de los miembros (1,4) y/o entre la cabeza de la tuerca y uno de los miembros (1,4).

8. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 7, en el que el resorte comprende un resorte de disco
(6).

9. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, en el que comprende cuando menos dos resortes de disco (6).

10. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, en el que cuando menos un resorte de disco se coloca entre la cabeza de tornillo y una superficie de uno de los miembros (1,4), y en donde cuando menos un resorte de disco (6) se coloca entre la cabeza de tuerca y una superficie de otro de los miembros.

11. El dispositivo de conformidad con las reivindicaciones 6-10, en el que los medios para mantener una fuerza de sujeción sustancialmente constante comprenden medios hidráulicos, neumáticos y/o eléctricos para mantener la fuerza de sujeción.

12. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cuando menos los dos miembros comprenden: una placa (4) lateral y una placa (1) central que se extienden en planos sustancialmente paralelos.

13. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 12, en el que el cojín (3) de fricción se coloca entre la placa (4) lateral y la placa (1) central.

14. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 12, en el que comprende dos placas (4) laterales colocadas simétricamente alrededor de la placa central.

15. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 14, en el que comprende dos cojines (3) de fricción, cada uno de los cuales se coloca entre una respectiva placa (4) lateral y la placa (1) central.

16. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12-15, en el que la placa (1) central se adapta para ser conectada con uno de los elementos (17,18) estructurales en una manera giratoria, de modo que permita el movimiento rotacional relativo entre la placa (1) central y el elemento estructural (17).

17. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12-15, en el que la placa (1) central se adapta para ser conectada con uno de los elementos (17,18) estructurales en una manera fija, de modo que evite el movimiento relativo entre la placa central y el elemento estructural (17).

18. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12-17, en el que las placas laterales se adaptan para ser conectadas con uno de los elementos (16,17) estructurales en una manera giratoria, de modo que permita el movimiento rotacional relativo entre las placas (4) laterales y el elemento estructural (17).

19. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12-17, en el que las placas (4) laterales se adaptan para ser conectadas con uno de los elementos (16,17) estructurales en una manera fija, de modo que evite el movimiento relativo entre las placas (4) laterales y el elemento estructural (17).

20. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, en el que el material de cojín (3) de fricción comprende un material de fricción libre de asbesto.

21. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-20, en el que cuando menos los dos miembros (1,4) se fabrican de acero, de acero anticorrosivo, de cobre, de aluminio o cualquier aleación que comprende aluminio o cualquier otro material de acero o compuesto de acero y plásticos o compuestos plásticos y fibras de vidrio, de carbono, fibras de aramida o similares o compuestos de cualquier material cerámico y fibras de vidrio, de carbono, de fibra de aramida o similares.

22. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-20, en el que la fuerza de sujeción muestra una variación menor que 5% en una prueba de 400 ciclos, con una frecuencia de excitación de fuerza de 0,5 Hz \pm 0,1 Hz y una amplitud de desplazamiento de uno, de cuando menos los dos miembros, de hasta 10 mm en una fuerza de excitación aplicada de \pm 2.5 kN, y una fuerza de sujeción inicial de 4 kN \pm 0,5 kN.

23. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-22, en el que el momento de fricción en la articulación de fricción del dispositivo presenta una variación dependiente de frecuencia de fuerza menor de 5% en el rango 2-7 Hz en un momento de fricción nominal de 200 Nm \pm 20 Nm en pruebas de 30 ciclos en cada frecuen-
cia.

24. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-23, que tiene una relación sustancialmente lineal entre la amplitud de desplazamiento de uno, de cuando menos dos miembros, y la disipación de energía en la articulación de fricción.

25. Un sistema de arriostramiento refuerzo para una estructura de construcción que comprende, al menos, dos elementos estructurales (17, 18) y un dispositivo para amortiguar los movimientos relativos entre los, al menos, dos elementos estructurales de conformidad con la reivindicación 1.

26. Un sistema de arriostramiento de conformidad con la reivindicación 25, en el que el dispositivo para amortiguación comprende cualquiera de las características del dispositivo de amortiguación de acuerdo con las reivindicaciones 2-24.

27. Un sistema de arriostramiento de conformidad con la reivindicación 26, en el que el dispositivo para amortiguación comprende cuando menos dos placas laterales, las cuales se interconectan cuando menos en uno de sus extremos mediante un elemento de interconexión, y en donde se monta una riostra en el elemento de interconexión.

28. Un sistema de arriostramiento de conformidad con la reivindicación 26 ó 27, en el que cuando menos una de las placas laterales se conecta con uno de los elementos estructurales mediante una riostra, y en donde la placa central se conecta o se monta en otro de los elementos estructurales.

29. Un sistema de arriostramiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 26-28, en el que cuando menos una de las placas (4) laterales se conecta con uno de los elementos (17,18) estructurales mediante dos riostras (13), las dos riostras se conectan en los extremos opuestos de la(s) placa(s) (15) lateral(es), y en donde la placa (1) central se conecta o se monta con otro de los elementos (18) estructurales (18).

30. Un sistema de arriostramiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 26-28, en el que cuando menos una de las placas (17,18) laterales se conecta con uno de los elementos (17,18) estructurales mediante dos riostras (13) y el dispositivo de amortiguación se coloca en un sistema de arriostramiento en forma de V.

31. Un sistema de arriostramiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 26-28, en el que cuando menos una de las placas laterales se conecta con uno de los elementos (17,18) estructurales mediante dos riostras y el dispositivo de amortiguación se coloca en un sistema de arriostramiento en forma de D.

32. Un sistema de arriostramiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 26-28, en el que cuando menos una de las placas (4) laterales se conecta con uno de los elementos (17,18) estructurales mediante dos riostras (13) y el dispositivo de amortiguación se coloca en un sistema de arriostramiento en forma de K.