1. FAVIO GONZÁLEZ MOJICA
JAIRO SABOGAL MARTÍNEZ
Bogotá D.C., junio de 2010
Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica
Línea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico
XXVI MUESTRA
DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS
DISPOSITIVO PARA GENERAR SISMOS A
ESCALA.

2. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
Los efectos catastróficos de terremotos recientes han llamado la atención de los ingenieros a desarrollar
medios efectivos para aumentar la resistencia sísmica de las estructuras. La verificación de la efectividad de
nuevos sistemas sismo-resistentes requiere amplia experimentación bajo condiciones reales. Los simuladores
sísmicos son una de las herramientas principales para este tipo de experimentación.

3. • En realidad ninguna empresa patrocina este proyecto,
sin embargo el proyecto ha recibido apoyo del ingeniero
Arzola, el ingeniero Espinel y la empresa de metal
mecánica Mavimetal Ltda.
• El valor esperado del proyecto esta alrededor de los
1.200.000 pesos
• El presupuesto destinado para el la construcción del
dispositivo fue de 600.000 pesos.
• El tiempo de desarrollo del dispositivo fue de 4 meses y
su construcción fue de 3 semanas.
ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE DISEÑO
Permitir a los investigadores y estudiantes de
ingeniería que realicen estudios en las áreas
de dinámica de suelos y estructuras, usando
un dispositivo de bajo costo que simule el
comportamiento de la estructura bajo la
acción de un sismos, con el fin de obtener
mejores desarrollos en estas áreas.

5. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
 Realizar la simulación de un sismo lo mas real
posible.
 Permitir el montaje adecuado para el tipo de
maqueta.
 Debe tener la posibilidad de introducir y controlar
las variables para obtener diferentes tipos de sismo.
 Debe garantizar la seguridad del operario, la
maqueta y a los elementos del equipo.

6.  El área ocupada por el equipo debe ser menor de
150x100 cm.
 El dispositivo debe ser liviano.
 Debe ser mas económico que los dispositivos ya
existentes.
 Debe tener una buena apariencia.
 Debe tener una vida útil de mínimo 4 años.

7. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Este dispositivo fue desarrollado en la
universidad de valle, tiene el inconveniente
que no se puede desplazar a otro lugar, que
ocupa un espacio mu amplio y a pesar de
los intentos sigue siendo costoso en su
fabricación.

8. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Este dispositivo tiene un
buen funcionamiento, sin
embargo su construcción
es compleja, no se usa
para ensayar maquetas,
este solo para simulación
del suelo y obtención de
graficas y usa elementos
que son costosos.

9. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Este dispositivo no
fue diseñado para
ensayos, tiene un
gran tamaño y es
muy costoso. Tiene
un muy buen diseño.

10. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA
Mecanismo para
simulación del sismo
Interfaz con la persona.
Seguridad.
Vida útil.
Diseño atractivo.
Materiales
livianos.
Dimensiones
requeridas.
Ergonomía.
Bajo consumo
energético.

11. DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
ENSAYAR MAQUETAS
DE COSNTRUCCIONES
A ESCALA BAJO
CONDICIONES DE
SISMO
ACOPLAR LA MAQUETA
SUJETAR MAQUETA A
LA BASE
TRANSMITIR
MOVIMINETO DE LA
MESA A LA MAQUETA
EVITAR EL
DESLIZAMIENTO DE LA
MAQUETA SOBRE LA
BASE
GENERAR LA ONDA
ACTIVAR MECANISMO
DE VIBRACION
TRANSMITIR VIBRACION
O MOVIMIENTO A LA
BASE
SUMINISTRAR DATOS
DE FUNCIONAMIENTO
ENCENDER / APAGAR
PONER EN MARCHA
DESACTIVAR
RECEPCION DE DATOS
DE ENTRADA
PROCESAR DATOS
PARA
FUNCIONAMIENTO
ENVIAR AL DISPOSITIVO
LA INFORMACION
NESESARIA
RECOLECCION DE
DATOS
ACTIVAR MECANISMO
DERECOLECCION DE
DATOS
OBTENER LOS
RESULTADOS
ENVIAR DATOS PARA
SU FUNCIONAMIENTO
ARROJAR DATOS
DESEADOS
PROVEER SEGURIDAD
UBICAR TAPA DE
ACRILICO
EVITAR SALIDA DE
PARTES QUE PUEDAN
AFECTAR EL ENSAYO

12. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS

13. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:

14. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:

15. EVALUACIÓN DE CONCEPTOS:

16. EVALUACIÓN DE CONCEPTOS:

17. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE
DISEÑO GLOBAL DOMINANTE

18. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
PRODUCTO
SELECCIÓN DE COMPONENTES ESTANDARIZADOS
Perfiles cuadrados
Perfiles en U
Perfiles en L
Perfiles de aluminio
Rodamientos
Ruedas
Bisagras
Tapas de caucho
Lamina
Potenciómetro
Acelerómetros
Motor
Cables
Tornillos
Tarjeta de adquisición de datos

19. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
PRODUCTO
SELECCIÓN DE MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACIÓN
Para nuestro dispositivo se decidió que la gran mayoría de las
piezas o partes del mismo estarían construidas en acero, que nos
confiere la resistencia mecánica que este dispositivo requiere y
además nos permite obtener una vida útil mas larga. Otras partes
del dispositivo son de aluminio (los perfiles de sección especial) y
de acrílico (la cubierta de seguridad)
En procesos de fabricación se uso como mecanismo de unión, la
soldadura, para la construcción de la mesa y otras piezas del
dispositivo (disco con ranura, mesa “vibratoria”), se realizaron
algunos torneados, fresados, taladrados y cortes manuales. Todo
el ensamble fue realizado a mano usado las respectivas
herramientas.

20. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
El dispositivo para generar sismos a escala principalmente es un sistema biela-
manivela, este sistema cuenta con un disco con ranura, el cual esta montado en
un motor que le imprime el movimiento rotatorio necesario, la ranura en el disco
nos permite ubicar en diferentes radios del disco el punto de unión entre el disco y
la biela con el fin de variar la amplitud del movimiento telúrico simulado. La biela
esta unida a la base “vibratoria” que es la que se desplaza linealmente y donde se
montan las maquetas (pórticos) para ser ensayadas. Esta base “vibratoria” esta
montada sobre rodamientos para facilitar su desplazamiento lineal y cuenta en la
parte superior con perfiles de sección transversal especial para permitir la sujeción
de la maqueta.
Todo esto esta montado sobre una mesa fabricada con perfileria cuadrada y unida
por medio de soldadura, en la cual sobre la base se atornillaron dos perfiles de
sección transversal en forma de U que sirven como guías al desplazamiento lineal
de la base “vibratoria”. El dispositivo esta controlado por medio de un
potenciómetro, que es el encargado de poner en funcionamiento el motor y además
permite variar la velocidad de rotación en el motor, con lo que podemos controlar la
frecuencia en la simulación. Los datos se recogen por medio de un acelerómetro y
son interpretados por el software Labview.

21. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

22. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

23. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
EXPLICACIÓN DEL MODO DE FUNCIONAMIENTO
Una vez que se halla montado la maqueta (pórtico) y se halla sujetado correctamente
sobre la mesa “vibratoria”, se realiza el acople del acelerómetro sobre la maqueta, el
acelerómetro previamente se ha instalado a la tarjeta de adquisición de datos y se ha
comprobado que funciona correctamente y paralelamente con el software Labview, el
cual se encarga de tomar los datos de aceleración en la parte superior de la maqueta
con el fin de obtener los datos de deriva necesarios para el estudio de la estructura,
estos datos serán comparados con los del modelo matemático para corroborar su
funcionamiento y obtener el error entre uno y otro.
Una vez listo lo concerniente a la maqueta y al acelerómetro, se escoge en el disco con
ranura la amplitud a usar y luego se pone en funcionamiento el dispositivo por medio
del potenciómetro escogiendo una velocidad de rotación que este en concordancia con
la frecuencia de la simulación, una vez este en funcionamiento se podrá observar la
base “vibratoria” en un movimiento de derecha a izquierda y viceversa, en medio del
ensayo si se desea se podrá aumentar la velocidad de rotación del motor para ver
como se comporta la estructura en ese cambio de frecuencia.

24. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
ASPECTOS DE SEGURIDAD Y CONTROL DE LA MÁQUINA
El equipo cuenta con varias consideraciones de seguridad, entre estas la más
importante hace referencia a la implementación de una cúpula de seguridad para
evitar que elementos puedan lastimar al operario del dispositivo o a personas cercanas
al mismo. Se consideraron las zonas que podían ser peligrosas, como las que
pertenecen al mecanismo biela – manivela, en donde se pueden presentar accidentes
en las manos y por medio de una buena ubicación minimizar este riesgo.
Por medio de un potenciómetro se busca realizar el control de la variación de las RPM
del motor con el fin de mostrar en el equipo diferentes dimensiones de un sismo y los
cambios que se presentan en la deriva de acuerdo con este aumento de escala, con el
fin de realizar algunas comparaciones entre los diferentes ensayos.
Para la salida de información se implementara una tarjeta de adquisición de datos
adecuada para los acelerómetros que se van a usar para estos ensayos, de modo que
se puedan recibir los datos provenientes del acelerómetro y llevarlos a un PC donde
por medio del software Labwiev se obtengan graficas y los valores deseados del
ensayo.

25. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
ASPECTOS DE ERGONOMÍA CONSIDERADOS
Se hicieron varias consideraciones de ergonomía, la primera de ella es la altura que
debe tener el dispositivo generador de sismos para que no se incomodo o perjudicial
para la persona al instalar la maqueta en la base vibratoria o ajustar en el control de
variables los valores deseados, por lo que esta altura no sobrepasara los 80
centímetros, también se considero usar una perilla y un encendido cómodos y que se
ajustaran ergonómicamente a las manos humanas en el control de variables, aunque
cabe recordar que son elementos que se encuentran fabricados por lo que lo mejor es
buscar los elementos que cumplan esas condiciones en el mercado.
Los soportes de la maqueta se diseñaron de forma que no fueran ni muy grandes ni
muy pesados para que fueran mas fáciles de manipular y de transportar, la
instalación de estos soportes en la base vibratoria se pensaron de manera que no
fueran a tener complicaciones en su ubicación y se evito que ninguna herramienta
tuviera problemas de acceso para fijarlas a la base.
Por ultimo se pensó trabajar con elementos que facilitaran el uso de dispositivo, como
el caso de perfiles de aluminio como guías, además se tuvo en cuenta que no
existieran bordes peligrosos o filosos.

26. APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO
El dispositivo para simulación de sismos a escala tendrá como
aporte nuevos desarrollos en la ingeniería, especialmente en la
ingeniería civil, abriendo la puerta a la investigación en el área de
dinámica de suelos y estructuras, buscando el desarrollo de
mejores sistemas sismo-resistentes, también permitirá a los
estudiantes de ingeniería tener la posibilidad de observar este
fenómeno natural no solo desde la teoría sino también desde la
practica, incentivándolos a profundizar en esta área para que
generen nuevas ideas y nuevos diseños.
Su aporte social es muy importante por que brindara a los
diseñadores y ingenieros la confianza en sus construcciones y
estructuras las cuales serán mas resistentes ante un sismo de
escala considerable, lo que generara también un sentimiento de
confianza y seguridad en la población en general , que ante un
sismo tendrán mas posibilidades de sobrevivir y sus perdidas
materiales no serán tan elevadas a como lo habrían podido ser.

27. ANÁLISIS ECONÓMICO
COSTOS ASOCIADOS CON EL PROCESO DE DISEÑO
Los costos de diseño están asociados con el tiempo invertido en el
diseño y además con las técnicas y conocimientos usados en el
planteamiento de diseño del dispositivo, por lo que consideramos
que esta cifra esta alrededor de los 7.365 pesos la hora.
COSTOS DE MATERIALES
La inversión de capital para los materiales fue de 270.000 pesos,
representado en perfilaría y otros elementos necesarios para el
dispositivo. Algunos de los elementos del dispositivo fueron
proporcionados en calidad de préstamo.
COSTOS DE FABRICACIÓN
La inversión en fabricación fue mas económica de lo pensado, ya
que se contaba con un taller para los procesos de manufactura, los
costos de soldadura llegaron a los 45.000 pesos.

28. COSTOS DE ENSAMBLE
Los costos de ensamble están incluidos con los costos de
manufactura.
DESPERDICIOS
(EXPERIENCIAS Y RECOMENDACIONES)
Al comprar el material es de mucha ayuda tener claro que
cantidad de elementos y material se necesita, de no tenerlo en
cuenta se pueden incurrir en errores de exceso o escases, es
recomendable comprar un poco mas de lo que se necesita en caso
de que se presenten daños en las piezas fabricadas. Una de
nuestras piezas tuvo que ser construida de nuevo por un error de
dimensionamiento.
OTROS GASTOS
Se presentaron gastos indirectos por valor de 16.000 pesos en
transportes, llamadas telefónicas, impresiones, etc.
ANÁLISIS ECONÓMICO

29. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
• El dispositivo para generar sismos a escala es una buena alternativa
ante los diferentes equipos disponibles, cumple la misma función a
pesar de lo sencillez que presenta su diseño, también es una alternativa
económica.
• En proyectos donde no se cuenta con apoyo financiero, el factor
económico influye mucho en el diseño, se puede presentar que debido a
este factor sea necesario realizar cambios forzados en el diseño, que tal
vez no sea la mejor opción o las optima.
• Ante proyectos donde los temas relacionados tienen un alto grado de
complejidad, como los relacionados al estudio de la sísmica y la
dinámica estructural, lo recomendable es acotar el proyecto de modo
que se pueda llegar a soluciones mas sencillas.
• En proyectos donde se desarrollan equipos de ensayos y de obtención
de datos, lo mas recomendado es consultar con personas especializadas
en el tema, consultar del tema con desconocedores del tema puede
llevarnos a un mal diseño.

30. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y
HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
EMPLEADAS
• Diseño y desarrollo de nuevos productos enfoque multidisciplinario; Karl T.
Ulrich; Mc Graw Hill; tercera edición.
• Dinámica estructural aplicada al diseño sísmico; Luis Enrique García
Reyes.
• Catalogo de rodamientos de SKF
• catalogo Hollow structural sections. Steel Tube Institute of North America.
• Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente. NSR-98.
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica.
• Mecánica de materiales; Beer, Ferdinand; Mc Graw Hill, segunda edición.
• Diseño de maquinaria; Norton, Robert; Mc Graw Hill, tercera edición.
• Solid Edge versión 20.

31. MUCHAS GRACIAS
Favio González Mojica (llanura86@hotmail.com)
Jairo Sabogal Martínez (Jasabogalm@unal.edu.co)