Estudio experimental de las características dinámicas de un dispositivo disipador viscosos a escala reducida

Abstract

En el presente trabajo se propone un disipador viscoso a escala reducida (1:5) fabricado con materiales disponibles en el mercado nacional y se estudia su comportamiento tanto en un ensayo de carga monotónica como en un ensayo dinámico sobre mesa vibradora. En el ensayo dinámico el dispositivo se incorpora a un modelo tridimensional, que puede ser idealizado como un sistema de un grado de libertad. Así mismo se estudia la reducción en la respuesta del modelo tridimensional comparando el ensayo sin disipadores contra el ensayo con disipadores. Se propone un disipador viscoso del tipo pistón de una configuración simple. Se elige a la glicerina como líquido viscoso a usar en base a los resultados del ensayo de carga monotónica. El modelo tridimensional consta de dos pórticos de acero con una losa de concreto. Se propuso un modelo flexible de tal forma que la reducción en la respuesta ai incluir el disipador pueda comprobarse visualmente. El ensayo dinámico en mesa vibradora se realizó con dos tipos de movimiento: sinusoidal y sísmico. En el movimiento sinusoidal se barrieron tres frecuencias menores a la frecuencia natural del modela y tres frecuencias superiores a esta. En el movimiento sísmico se usó el registro del sismo del 3 de octubre de 1974 (PGA=192.5 cm/s2, mb=6.6). Los resultados tanto en el ensayo de carga monotónica (denominado ensayo preliminar) y ensayo dinámico indican un comportamiento bilineal para la fuerza de amortiguamiento. Sin embargo se obtuvo un mayor amortiguamiento en el ensayo de carga monotónica, debido a dos factores: El primero está relacionado a que el flujo del líquido dentro del disipador en el ensayo en mesa vibradora no se desarrolla en toda la región anular ( comprendida entre la cabeza del pistón y la capsula) ya que el disipador no está completamente lleno del líquido; por tanto la presión en la cabeza del pistón es menor que la desarrollada en el ensayo de carga monotónica, en el cual por la orientación vertical del disipador el flujo si se desarrolla en toda la región anular. El segundo factor está relacionada a las características del flujo, es decir mientras en el ensayo preliminar el flujo se desarrolla en un solo sentido en el ensayo en mesa vibradora el movimiento es cíclico. En un flujo en una dirección se puede establecer condiciones de uniformidad y continuidad mientras que en el movimiento cíclico se desarrollan turbulencias y discontinuidades, lo cual implica que el fluido se mueva en varias direcciones reduciendo la presión en la dirección del movimiento del pistón y como consecuencia reduciendo también el amortiguamiento. En base a los resultados del ensayo con movimiento sinusoidal en mesa vibradora no se encontró relación entre las frecuencias de movimiento y el comportamiento de la fuerza de amortiguamiento del disipador, puesto que las curvas de fuerza de amortiguamiento vs velocidad para las diferentes frecuencias de movimiento no tienen variaciones apreciables como para establecer algún tipo de relación, por el contrario, dichas curvas tienen prácticamente la misma forma. En el ensayo dinámico sobre mesa vibradora con movimiento sísmico se obtuvo una reducción promedio de 74% en el desplazamiento relativo, 68% en la velocidad relativa, 41% en aceleración relativa y 57% en aceleración absoluta.