Identificación de las propiedades dinámicas de sistemas estructura-amortiguador de masa sintonizada a partir de la respuesta sísmica del sistema acoplado

Abstract

El diseño de un amortiguador de masa sintonizada (AMS) requiere conocer a priori el periodo natural, la masa modal y la fracción de amortiguamiento crítico del modo a sintonizar de la estructura primaria, es decir, la estructura sin que el AMS se encuentre instalado en ella. Tal como su nombre lo indica, un AMS se diseña para tener un comportamiento sintonizado al movimiento de la estructura primaria, sin embargo, su efectividad puede verse diezmada si el sistema no está correctamente sintonizado a las propiedades dinámicas reales de dicha estructura. A pesar de que es habitual prediseñar el AMS durante las etapas de diseño o construcción del edificio, en base a las propiedades modales determinadas a partir de modelos de elementos finitos de la estructura (que se suele suponer elástico-lineal), las propiedades dinámicas computadas no necesariamente coincidirán con las propiedades dinámicas que presenta el edificio una vez construido. En consecuencia, resulta fundamental rediseñar el AMS conforme a las propiedades dinámicas que posee la estructura una vez construida; de esta forma se garantizará un sistema sintonizado a las propiedades dinámicas de la estructura real. Si bien es posible identificar las propiedades dinámicas modales de la estructura primaria mediante técnicas tradicionales de identificación de sistemas antes de la instalación del AMS, en ocasiones en las que el AMS se instala de forma simultánea con la construcción de la estructura primaria o debido a efectos de desintonización del AMS en servicio debido a cambios en los parámetros dinámicos tanto del AMS como de la estructura primaria, es necesario estimar las propiedades modales de la estructura primaria a partir de la respuesta registrada del sistema acoplado estructura-AMS, en lugar de hacerlo únicamente a partir de la respuesta registrada de la estructura primaria. Desde la identificación de sistemas, este es un problema complejo ya que la presencia de dos modos de frecuencias estrechamente espaciadas, inherentes de los sistemas estructura-AMS, y una cantidad relativamente grande de amortiguamiento en dichos modos, dificulta el proceso de identificación. Es por esto, por lo que en este trabajo se desarrolla una técnica paramétrica de identificación de sistemas en el dominio del tiempo que intenta resolver este problema. Para ello, el método representa la estructura primaria mediante un modelo simplificado de vigas de corte y flexión, acopladas de modo de que experimenten la misma deformación lateral. Debido a la naturaleza no clásica del amortiguamiento del sistema acoplado estructura-AMS, la identificación se realiza estimando la respuesta sísmica estructural mediante un análisis modal generalizado. La técnica de identificación es primero validada numéricamente mediante la simulación computacional de dos estructuras y luego de forma experimental, mediante la identificación de las propiedades modales de un marco de laboratorio equipado con un AMS. Finalmente, se presenta un caso de estudio de un edificio real de 23 pisos equipado con un AMS no lineal. Se muestra que el método propuesto identifica con éxito las propiedades dinámicas tanto del modo controlado de la estructura primaria, como las del AMS.