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¿Qué es Tuned Mass Damper (TMD)?
Un amortiguador de masa sintonizado (también llamado amortiguador de vibraciones o amortiguador de vibraciones) es un dispositivo que se instala en un lugar específico de una estructura para reducir la amplitud de las vibraciones a un nivel aceptable siempre que se produzcan fuertes fuerzas laterales, como terremotos o vientos fuertes. . Como resultado, se evita la incomodidad, el daño o el fallo estructural completo causado por la vibración estructural. Este artículo presenta varios aspectos de los amortiguadores de masa sintonizada y sus aplicaciones.
componentes de amortiguador de masa sintonizado
Los componentes del amortiguador de masa sintonizada son:
- Primavera (K2)
- Masa oscilante (M2)
- Viscoamortiguador (C2)
Los valores de K2 y M2 se especifican para que las partes móviles del sistema amortiguador puedan sintonizarse con la frecuencia de la estructura. La figura 3 muestra las curvas de dos estructuras con y sin amortiguadores de masa sintonizados.
Tipos de amortiguador de masa sintonizado (TMD)
Amortiguador de masa sintonizado horizontalmente (TMD)
Por lo general, se encuentran en edificios delgados, torres de comunicación y agujas. Un amortiguador de masa sintonizado horizontalmente (TMD) que consta de un viscoamortiguador y una ballesta o suspensión de péndulo, como se muestra en la Figura 1. Absorbe la excitación horizontal y torsional.
Amortiguador de masa sintonizado verticalmente (TMD)
Por lo general, se aplica a estructuras horizontales de gran luz, como puentes, pisos y aceras. Un amortiguador de masa sintonizado verticalmente (TMD), que se muestra en la Figura 2, combina un resorte helicoidal y un amortiguador visco para amortiguar las vibraciones verticales. Ambos tipos tienen funciones similares, pero puede haber ligeras diferencias en términos de mecánica.
¿Cómo funcionan los amortiguadores de masa sintonizados?
Un amortiguador de masa sintonizada (TMD) consta de una masa (m), un resorte (k) y un dispositivo de amortiguación (c) que disipa la energía (generalmente en forma de calor) producida por el movimiento de la masa. En esta figura, M es la estructura a la que se une el amortiguador.
De las leyes de la física sabemos que F = ma ya = F/m. Esto significa que cuando se aplica una fuerza externa al sistema, como el viento que empuja contra un rascacielos, se requiere aceleración. Como resultado, las personas en los rascacielos sentirán esta aceleración. Para que los ocupantes del edificio se sientan más cómodos, se colocan amortiguadores de masa sintonizados en estructuras donde se siente la mayor desviación horizontal debido a las fuerzas del viento, lo que mantiene el edificio relativamente quieto. Cuando el edificio comienza a vibrar o balancearse, los resortes comienzan a mover el TMD, y cuando el edificio es empujado hacia la derecha, el TMD simultáneamente fuerza al edificio hacia la izquierda. Idealmente, la frecuencia y la amplitud del TMD y las estructuras deberían coincidir estrechamente. Esto asegura que cada vez que el viento empuja el edificio, el TMD empuja el edificio uniformemente y en la dirección opuesta, manteniendo el desplazamiento horizontal en cero o cerca de cero. Si sus frecuencias difieren significativamente, el TMD crea un empuje del viento y un empuje asincrónico, y el movimiento del edificio sigue siendo objetable para los ocupantes. Si sus amplitudes difieren significativamente, el TMD creará un empuje sincrónico con, digamos, un empuje del viento, pero no exactamente del mismo tamaño, y el edificio seguirá experimentando un movimiento excesivo. La efectividad de un TMD depende de la relación de masa (la relación entre el TMD y la estructura misma), la relación entre la frecuencia del TMD y la de la estructura (idealmente igual a 1) y la relación de amortiguamiento. TMD (cuánta energía disipa un dispositivo amortiguador). Las estructuras de gran envergadura (puentes, gradas, escaleras grandes, techos de estadios) y las estructuras altas y esbeltas (chimeneas, rascacielos) tienden a balancearse en una de sus formas fundamentales debido al viento, la marcha, etc. Tiende a excitarse fácilmente con las vibraciones. de amplitud y saltadores. Este tipo de estructura típicamente tiene una baja frecuencia natural debido a su tamaño y bajo amortiguamiento. Los amortiguadores de masa sintonizada (TMD) GERB se pueden utilizar para reducir estas vibraciones de manera muy eficaz.
Aplicaciones de los amortiguadores de masa sintonizados
Los amortiguadores de masa sintonizada se utilizan principalmente en:
- Estructuras independientes altas y delgadas (puentes, pilones de puentes, chimeneas, torres de televisión) que tienden a excitarse peligrosamente en una de las formas de moda por el viento,
- Escaleras, asientos para espectadores, puentes peatonales donde la gente marcha y salta. Estas vibraciones no suelen ser peligrosas para la estructura en sí, pero pueden resultar muy molestas para las personas.
- Estructuras de acero como pisos de fábricas que son excitadas a una de sus frecuencias naturales por máquinas como pantallas, centrífugas, ventiladores, etc.
- El barco se puso a navegar en una de sus frecuencias naturales, ya sea por el motor principal o por el movimiento del barco.
Los amortiguadores de masa sintonizados pueden ser parte del diseño original de la estructura, o pueden diseñarse e instalarse más tarde.
Ejemplo de aplicación de amortiguador de masa sintonizado
El TMD estructurado de Taipei pesa 730 toneladas y es el de mayor diámetro del mundo (Figura 6). Las Figuras 7 y 8 muestran los amortiguadores de masa sintonizados de Burj Al Arab y Emirates Tower, respectivamente.