Caracterización experimental de un amortiguador de masa sintonizada (TMD) para la atenuación de vibraciones de los tirantes de un puente

Resumen

Los elementos estructurales de baja frecuencia natural de vibración son susceptibles de presentar un comportamiento dinámico inadmisible a causa de la acción del viento, pudiendo comprometer la seguridad estructural. Uno de estos elementos son los cables de atirantamiento de puentes, como los empleados de manera provisional en un Viaducto. Con objeto de atenuar su respuesta se diseñaron amortiguadores de masa sintonizada (TMD), sintonizables a las frecuencias de vibración de los distintos tirantes mediante la instalación de masa adicional. Previamente a su instalación, se procedió a determinar experimentalmente los principales parámetros dinámicos del amortiguador, como frecuencia natural de vibración y amortiguamiento. El procedimiento de caracterización empleado se basó en el aumento de la amplitud de la respuesta de un sistema cuando la frecuencia de excitación se acerca a la natural de vibración. De esta manera, se aplicaron excitaciones de tipo armónico de distinta frecuencia sobre el amortiguador y se registró su respuesta. Para poder establecer una comparación entre los ensayos se fijó una aceleración máxima común para el forzamiento, modificándose la amplitud para obtener las distintas frecuencias de excitación. El amortiguamiento del sistema se obtuvo a partir de la frecuencia natural de vibración y la amplitud de la respuesta. La vibración fue provocada mediante un actuador lineal eléctrico, y la respuesta del actuador y de las masas del amortiguador fue monitorizada mediante acelerómetros triaxiales conectados a un sistema de adquisición de datos (fig. 1). El sistema completo se fijó sobre una estructura metálica especialmente diseñada para tal fin, y cuyo diseño se realizó imponiendo que sus frecuencias naturales de vibración fueran dos órdenes de magnitud superior a la esperada, con el fin de evitar un acoplamiento de las respuestas. Mediante el cálculo de la transmisibilidad entre la amplitud del forzamiento y la de la respuesta estacionaria del amortiguador se identificaron los principales parámetros de comportamiento dinámicos, corroborándose con los valores obtenidos mediante la densidad espectral de potencia y composición del vector aceleración según el plano de desplazamiento. En la figura 2 se representa la relación entre transmisibilidad y frecuencia de excitación para dos configuraciones de amortiguador de masa sintonizada estudiadas, incorporando un amortiguador de fluido viscoso adicional para incrementar el amortiguamiento y sin incorporarlo. El desarrollo del estudio permitió por una parte efectuar una comparación entre los parámetros dinámicos reales y los hallados teóricamente, así como detectar los elementos del amortiguador cuyo comportamiento real difería del teórico y debieron corregirse.