El laboratorio analiza el comportamiento de una estructura metálica sometida a vibraciones. Se mide la amplitud del movimiento de la estructura a diferentes frecuencias del generador de vibraciones. Se observa un drástico aumento de la amplitud cuando se alcanza la frecuencia natural de la estructura, conocido como resonancia. Las mediciones experimentales muestran poca diferencia con los cálculos teóricos.

1. COSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES LAB # 2
CON-232
Descripción del laboratorio
Objetivo:
Determinar de manera teórica la curva de amplitud del movimiento de
una estructura sometida a vibración y luego compararlos con los valores hallados
experimentalmente.
Descripción:
El laboratorio consiste en el análisis experimental de una estructura
metálica que es sometida a vibraciones por parte de un generador de vibraciones,
que provoca una modificación de la frecuencia natural de la estructura, la que
comienza a vibrar de distintas maneras producto de la gran masa que soporta, sus
propiedades de rigidez y por efecto del fenómeno de resonancia logrado cuando
el motor alcanza su frecuencia natural.
El análisis será la medición resultante de las vibraciones que desarrolla la estructura. A
través de un transductor de desplazamiento de tipo LVDT, el cual envía señales eléctricas
a un osciloscopio.
Materiales y Equipos Utilizados
Generador de vibraciones: Motor constituido básicamente por dos discos
posicionados paralelamente que poseen un peso en
un tramo de sus bordes, y que giran en direcciones
opuestas. A distintas velocidades circunferenciales
logran múltiples amplitudes de ondas de motor, las
que, afectando la frecuencia natural de la estructura,
influyen en el desplazamiento de la estructura
Transductor de desplazamiento: Equipo de tipo LVDT que se encarga de medir las
oscilaciones de la estructura.
Estructura metálica: Marco rígido rectangular empotrado mediante 4 columnas de
sección mucho menor a la de las vigas.
Equipo de Registro: Equipo que interpreta les señales enviadas por el transductor de
desplazamiento y posteriormente grafica las oscilaciones
digitalmente (osciloscopio). Cada cuadro en el eje de las ordenadas
mide 1 mm de amplitud experimental.
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2. COSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES LAB # 2
CON-232
Pie de Metro: Instrumento utilizado para medir las dimensiones de las secciones
de la estructura metálica.
Esquema de estructura.
Esquema de deformación.
Resultados Obtenidos:
Se obtiene la grafica resultante de vibración, tanto del generador de vibraciones como de
la estructura, en una pantalla de ordenador que mostrará ambas simultáneamente.
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3. COSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES LAB # 2
CON-232
Oscilación del motor
2 [hz]
3.4 [hz]
3.5 [hz]
3.7 [hz]
3.75 [hz]
3.8 [hz]
4.9 [hz]
5.1 [hz]
5.3 [hz]
6.5 [hz]
8.5 [hz]
10 [hz]
Amplitud Experimental de la estructura
0.2 [mm]
1.8 [mm]
6 [mm]
7 [mm]
12.5 [mm]
Resonancia
1.6 [mm]
1.3 [mm]
1 [mm]
1 [mm]
0.7 [mm]
0.7 [mm]
Variables.
E: Módulo de elasticidad (Acero)
I: Inercia
K: Rigidez de la estructura (una columna)
Wn: Frecuencia angular
Ω: Frecuencia circular de la fuerza
P: Amplitud de la fuerza
Rd: Factor de amplificación dinámica
Φ: Desfase
U: Amplitud del movimiento
E = 2.1 * 106
KgF/cm2
I = bh3
/12
K = 12 EI/H3
Wn = √k/√m
Ω = f * 2π
P(t) = MdbΩ2
r sen(Ωt)
Rd = { √[(1-[Ω/ Wn]2
)2
+(2ξΩ/Wn)2
] }-1
Φ = tan-1
(Rd)
U = (P0*Rd/K)sen(Ωt-φ)
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4. COSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES LAB # 2
CON-232
Cálculos Realizados
Periodo Teórico:
Periodo Real:
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5. COSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES LAB # 2
CON-232
Coeficiente de amortiguamiento:
Amortiguamiento Crítico:
Amortiguamiento:
Conclusiones.
Durante el desarrollo de las pruebas experimentales sobre la estructura, se
observan aumentos drásticos de desplazamiento al acercarnos al nivel de resonancia.
Cuando el motor pasa por la frecuencia natural del edificio (resonancia) las vibraciones de
la estructura se disparan.
Al comparar los resultados teóricos y experimentales obtenidos de las amplitudes de
movimiento de la estructura frente a los efectos del generador de vibraciones se aprecia una
diferencia pequeña, con lo cual se puede concluir que las suposiciones teóricas de la resonancia y
las condiciones experimentales fueron muy adecuadas. De otra forma una diferencia considerable
entre los valores teóricos y experimentales nos indicarían que o bien hubo un error de medición o
las condiciones de experimentación no fueron las optimas u ambas opciones.
Al bajar la intensidad del motor la estructura no reduce su amplitud de onda
inmediatamente, el fenómeno de estabilización de frecuencias es un proceso lento. En el
caso de la estructura, al bajar el motor su frecuencia, la estructura no lo hace con el
(vibraciones libres).
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6. COSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES LAB # 2
CON-232
Coeficiente de amortiguamiento:
Amortiguamiento Crítico:
Amortiguamiento:
Conclusiones.
Durante el desarrollo de las pruebas experimentales sobre la estructura, se
observan aumentos drásticos de desplazamiento al acercarnos al nivel de resonancia.
Cuando el motor pasa por la frecuencia natural del edificio (resonancia) las vibraciones de
la estructura se disparan.
Al comparar los resultados teóricos y experimentales obtenidos de las amplitudes de
movimiento de la estructura frente a los efectos del generador de vibraciones se aprecia una
diferencia pequeña, con lo cual se puede concluir que las suposiciones teóricas de la resonancia y
las condiciones experimentales fueron muy adecuadas. De otra forma una diferencia considerable
entre los valores teóricos y experimentales nos indicarían que o bien hubo un error de medición o
las condiciones de experimentación no fueron las optimas u ambas opciones.
Al bajar la intensidad del motor la estructura no reduce su amplitud de onda
inmediatamente, el fenómeno de estabilización de frecuencias es un proceso lento. En el
caso de la estructura, al bajar el motor su frecuencia, la estructura no lo hace con el
(vibraciones libres).
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