INGENIERIA CIVIL MECÁNICA GUIA DE LABORATORIO ASIGNATURA TÓPICOS III SÓLIDOS - VIBRACIONES NIVEL 12 EXPERIENCIA C238

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Carlos Morales Villalobos
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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica INGENIERIA CIVIL MECÁNICA GUIA DE LABORATORIO

1 UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica INGENIERIA CIVIL MECÁNICA GUIA DE LABORATORIO ASIGNATURA TÓPICOS III SÓLIDOS - VIBRACIONES NIVEL 12 EXPERIENCIA C238 Vibraciones en sistemas estructurales HORARIO: VIERNES, MÓDULOS V3-V4 1

2 UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica TITULO: Vibraciones en sistemas estructurales. 1. OBJETIVO GENERAL Obtener el comportamiento vibratorio en sistemas estructurales tipo pórticos ante cargas y desplazamientos impuestos. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS a) Familiarizar al alumno con instrumentos de medición de vibraciones en estructuras. b) Obtener la respuesta vibratoria en sistemas estructurales tipo. c) Capacitar al alumno para interpretar la respuesta en sistemas estructurales tipo. 3. BREVE INTRODUCCIÓN TEÓRICA El análisis de vibraciones en estructuras es relevante en diversos aspectos de la ingeniería, tanto estructural (comportamiento por ejemplo ante cargas sísmicas) como mecánica (como ser el análisis de sistemas soporte de máquinas o partes de maquinarias pesadas). En la práctica, la instrumentación para la toma de mediciones es compleja por razones relacionadas entre otras a la calibración de la instrumentación y a la colocación de la misma en campo. Las mediciones se realizan en general por medio del registro de variaciones de voltaje producidas por las variaciones resistivas de las cintas extensométricas o en las celdas electromagnéticas de los acelerómetros. Los instrumentos requieren de una adecuada colocación y fijación a las partes donde se quiere registrar las medidas. Las cintas extensométricas necesitan de una correcta preparación de la superficie a la que se le adhiere el dispositivo quedando éste definitivamente en la posición en que se coloca. Los acelerómetros permiten su retiro del lugar en que se le instala, en general adosado por medio de una fijación removible 2

para cintas extensométricas o aceleraciones en el acelerómetro.

3 (base magnética o sujeción mecánica). Las variaciones del voltaje registrado por los instrumentos se interpretan, a través de las constantes propias de cada instrumento, como por ejemplo deformaciones para cintas extensométricas o aceleraciones en el acelerómetro. Dichas señales registradas en el tiempo informan la respuesta vibratoria del sistema ante cargas (fuerzas o desplazamientos) a los que es sometida la estructura. Las figuras 1 a 5 ilustran parte de la instrumentación de las estructuras tipo a utilizar en el laboratorio. Figura 1 Estructura analizada: a)vista general, b) vista desde arriba y c) ADV. Figura 2 Mesa vibradora Shaker II 3

4 Figura 3 Fuente de poder Figura 4 Tarjeta de adquisición de datos Keithley KUSB-3100 Figura 5 Acelerómetro Wilcoxon 784A 4

5 4. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO A SEGUIR 4.1 Identificar la instrumentación utilizada en el montaje de la estructura para la medición de vibraciones. 4.2 Realizar mediciones ante diferentes magnitudes de desplazamientos impuestos sin y con dispositivo que actúe como absorvedor dinámico de vibraciones (ADV). 4.3 Obtener las curvas de registro, analizar las curvas con FFT y obtener el diagrama de barrido de cargas para las dos disposiciones sin y con ADV. 5.- VARIABLES A CONTROLAR 5.1 Medida de las solicitaciones: desplazamientos impuestos. 5.2 Aceleraciones. 6.- TEMAS DE INTERROGACIÓN 6.1 Obtención de las frecuencias y modos propios de vibración de una estructura aporticada. 6.2 Interpretación del comportamiento del sistema: señales periódicas, decaimiento logarítmico, etc. 7.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR 7.1 Configuraciones básicas sobre los que realizar las mediciones: vibraciones libres y forzadas. 7.2 Mesa vibradora y acelerómetro: acondicionador de señal, tarjeta de adquisición de datos, programas: controlador de la mesa, de toma de datos y de interpretación de resultados. 7.3 Pórtico instrumentado. 8. LO QUE SE PIDE EN EL INFORME 8.1 Descripción breve de los instrumentos utilizados para la medición de vibraciones: acelerómetro y mesa vibradora. 8.2 Cálculo teórico simplificado de la respuesta esperada para el pórtico de 3 pisos. 5

6 8.3 Comparación de los valores teóricos con los medidos. 8.4 Determinar a partir de la curva de respuesta obtenida las características del sistema: primera frecuencia propia en el modo de flexión plana del pórtico analizado y ventana en que actúa el absolvedor dinámico de vibraciones. 8.5 Desarrollo de los cálculos. 8.6 Análisis de los resultados, comentarios y conclusiones. 9.- BIBLIOGRAFÍA 9.1 Vibration problems in Engineering, S. Timoshenko, D.H. Young, W. Weaver,Jr. John Willey & Sons. 9.2 Teoría de vibraciones Aplicaciones, William T. Thompson. Prentice-Hall S.A. 9.3 Apuntes de cátedra de la asignatura Tópicos III - Sólidos (15035). 9.4 Ernesto Castillo y Marcela Cruchaga Experimental vibration analysis for a 3D scaled model of a three-floor steel structure. Latin American Journal of Solids and Structures. Vol 9, No 5, Profesor responsable: Marcela Cruchaga Colaboraron en el diseño de esta experiencia los Sres. Felipe Aguirre, Ernesto Castillo, Oscar Fuentes, Robinson Hormazábal, Iván Muñoz, Gonzalo Uribe, Maximiliano Vélez. 6

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