Mesa Vibratoria Uniaxial de la Universidad de Texas

Simulador Sísmico Uniaxial del Laboratorio de Estructuras de La Universidad de Texas A&M, en el Estado De Texas. [13].

2.1.3.3.1 Descripción general.

En el diseño de esta mesa se contemplaron las dimensiones factibles del prototipo a utilizar y los factores de escalas más convenientes. Por practicidad y funcionalidad se determinó que un grado de libertad horizontal permitiría obtener resultados aceptables para la evaluación dinámica de diversas estructuras, pues en muchos casos el efecto dominante de un sismo corresponde a una sola dirección. Ver Figura 2.13.

Figura 2.13. Fotografía de la mesa vibratoria uniaxial Texas A&M.

2.1.3.3.2. Diseño de la Mesa Vibratoria

El desarrollo del diseño de la mesa vibratoria se hizo con base en un balance que permitiera obtener los desplazamientos en una dirección horizontal con una frecuencia aceptable y tener una capacidad de carga razonable a experimentos de esta índole.

Los elementos de la mesa son las placas de acero, así como las vigas que permiten darle la rigidez necesaria y la losa de reacción, sobre la cual estará anclada la mesa. Por la parte mecánica están los rieles y el sistema hidráulico, conformado por la bomba y el actuador. Ver Figura 2.14.

Figura 2.14. Actuador Hidráulico Uniaxial Texas A&M.

Debido a las características del proyecto, se necesitó verificar que la mesa vibratoria contara con la resistencia y rigidez suficiente para poder soportar las cargas dinámicas a las que estuviera sometida. Para evitar un posible efecto de resonancia de la mesa se revisó que las frecuencias fundamentales del sistema estuvieran por encima de 5 a 8 Hz que es el rango de frecuencias que comúnmente se presentan en los sismos. Por estas razones se realizó una modelación mediante elementos finitos para definir los elementos y sus dimensiones que permitieran a la mesa trabajar adecuadamente.

La mesa vibratoria consistió en una placa apoyada sobre perfiles W, los cuales se acondicionaron para deslizarse sobre un conjunto de rieles que ofrecieran la menor resistencia a fricción posible. Entre las características de la mesa se buscó que permitiera desensamblarse por lo que se optó por dividirla a la placa de la mesa en dos secciones rectangulares. En la conexión de los componentes se utilizaron tornillos con el mismo propósito de mantener la modularidad de la mesa.

Tabla 2.1 Materiales de la mesa vibratoria. [13]

Objeto Cantidad Dimensiones Tipo de Acero

Placa 2 4000 mm X 2000 mm X 12.7 mm (13’-1½” X 6’-6¾’’ X ½’’) A36 Perfil W10X33 3 4000 mm length (13’-1½’’) A992 Perfil W6X20 4 1800 (5’-11 5/8’’) mm length A992 Perfil L3X3X3/8 16 114.3 mm length (4 ½ ’’) A36 Placa base 6 1200 mm X 300 mm X 12.7 mm (4’ X 1’ X ½ ’’) A36

La modelación se hizo utilizando el programa ABAQUS. El modelo de la mesa vibratoria fue con elemento tipo placa; para las vigas se emplearon elementos tipo viga, con las propiedades de la sección transversal de los perfiles W10x33 y W6x20. Las condiciones de frontera se modelaron mediante cuatro rieles con restricciones a desplazamientos permitiendo sólo las rotaciones.

En el análisis se observa que los primeros modos de vibrar oscilan entre los 11 y 13 Hz, siendo éstos mayores que los contenidos de frecuencias predominantes de los sismos utilizados en la evaluación, lo cual evita el problema de resonancia en la mesa.

2.1.3.3.3. Construcción De La Mesa Vibratoria

La construcción se hizo buscando optimizar el comportamiento de la mesa, reduciendo el peso de ésta para proyectos de dimensiones menores, por lo que está constituida por dos módulos. Si el modelo en estudio es de menor dimensión, la mesa se puede reconfigurar quitando una de las dos placas, al igual que una de las vigas formando así una superficie rectangular. De esta manera, la

reducción del peso de la mesa vibratoria es del orden de una tercera parte y su rigidez no se ve afectada.

Con el fin de mantener al actuador trabajando en su máxima capacidad, se buscó un sistema que permitiera el desplazamiento horizontal con la menor resistencia a fricción. Como solución, se utilizaron rieles del tipo Danaher Linear Bearings, con capacidad de carga igual a 18.8 kN cada uno. El coeficiente de fricción de estos rieles es de 0.001 lo cual ofrece una durabilidad mayor del sistema evitando cambios por desgaste del bloque de almohadillas, el cual permite el desplazamiento. La selección de estos rieles también se debió a su larga vida útil, ya que está proyectada para 50 km de traslado el cual es generado con un máximo desplazamiento permisible del actuador de 15.2 cm. El desgaste de estos sistemas por prueba se espera mínimo. Entre las características de estos rieles está su tecnología de auto-alineamiento, el cual compensa pequeños desalineamientos entre el bloque de almohadillas y el riel permitiendo una distribución de carga uniforme sobre el riel. [14]

Para facilitar el montaje y desmontaje de la mesa se optó por ensamblar los elementos estructurales utilizando tornillos de 2.54 cm de diámetro para unir las placas de acero a las vigas W10X33 y tornillos de 1.27 cm de diámetro para unir las vigas W6x20 con las W10X33 (Figura 2.15). De esta manera, tanto el montaje de los diferentes arreglos de los actuadores, como el uso de una o dos placas para tener una mesa de 200 cm x 400 cm o 400cm x 400 cm respectivamente, se hace de una manera sencilla. [14]

Figura 2.15. Conexiones entre perfiles.