Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández REPORTE DE ESTUDIO DE VIBRACIÓN AMBIENTAL DEL EDIFICIO SERAPIO RENDÓN 87 Página 1 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Índice 1. Introducción................................................................................................................................... 3 2. Descripción de la estructura ......................................................................................................... 4 3. Instrumentos empleados ............................................................................................................... 4 4. Metodología ................................................................................................................................... 5 5. Resumen de periodos .................................................................................................................... 9 6. Periodo del suelo .......................................................................................................................... 10 7. Alcances........................................................................................................................................ 11 8. Bibliografía .................................................................................................................................. 11 ANEXO A.......................................................................................................................................... 12 ANEXO B .......................................................................................................................................... 24 ANEXO C.......................................................................................................................................... 39 Página 2 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández 1 Introducción Las principales características dinámicas de una estructura son sus frecuencias, formas modales y amortiguamiento. Estos parámetros son función de las propiedades de rigidez y masa. Aunque estas son determinadas por el diseñador, pueden variar cuando se construye el edificio. La obtención de estas características sobre la estructura real puede ser de ayudar para establecer un control de calidad, así como para tomar decisiones sobre refuerzos después de ocurrido un evento sísmico. De las diversas formas de excitación para la caracterización dinámica se encuentra las realizadas por fuerzas de impacto, fuerzas estacionarias y la de vibración ambiental. Las fuerzas de impacto se pueden realizar por medio de cables atados a la estructura y al suelo, para después ser tensados y cortados de forma intempestiva por explosivos. Este desplazamiento inicial provoca que la estructura se mueva en vibración libre. Usualmente sólo se puede excitar el primer modo, sin embargo, es posible calcular su amortiguamiento con bastante precisión. Las fuerzas estacionarias son producidas por medio de masas excéntricas que originan fuerzas armónicas. Se pueden lograr diversas frecuencias de excitación, por lo que es posible identificar con claridad los primeros modos de la estructura. El equipo necesario para la excitación es costoso y pesado. La última fuerza de excitación es la vibración libre. Esta es debida al movimiento del suelo producido por microtemblores, tráfico de vehículos y personal, así como el viento. La vibración libre es utilizada en el caso de no ser posible interrumpir el servicio de la estructura, como por ejemplo los puentes vehiculares, y también cuando no se tiene otro medio de excitación. La principal ventaja de medir con esta excitación es que es gratuita; sin embargo, al no tener control sobre ella, es posible que la energía no sea la suficiente para excitar todos los modos de la estructura. La identificación de sistemas estructurales es un campo de estudio de la ingeniería que empezó en la década de los 70’s (Hart y Yao 1977). Uno de los objetivos es la determinación de las principales características dinámicas de las estructuras. En este reporte se presentan los instrumentos utilizados, metodología experimental, así como el método empleado para la determinación de las características dinámicas del Edificio ubicado en Serapio Rendón 87, Col. San Rafael, Alcaldía Cuauhtémoc, CDMX. Página 3 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández 2. Descripción de la estructura La estructura en estudio consta de 5 torres con una dimensión en planta de individual de 10 x 27 m. La torre sujeta a este estudio fue la ubicada en la parte central (ver figura 1). Planta del edificio. Se indica la torre sujeta a estudio. 3. Instrumentos empleados Se utilizaron 4 Sensores PCB393B31 con una sensitividad de 10 V/g (Figura 2) Sensor PCB393B31 Página 4 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Adicionalmente a los sensores se utilizó un sistema de adquisición de datos Modelo Siglab, con 4 entradas y 2 salidas. Tiene una conversión analógica digital de 20 bits y cuenta con un filtro anti-alias. La información recolectada fue guardada en una computadora portátil para después ser procesada por medio de un programa desarrollado en Matlab. Se realizaron 6 mediciones de 5 minutos cada uno de los arreglos en vibración ambiental. En total se registraron 30 minutos por cada sensor. 4. Metodología Se realizaron 2 diferentes tipos de arreglos de sensores sobre la estructura. En todos los casos se colocaron 2 sensores en el centroide de uno de los cuerpos de la estructura. Los otros dos sensores se ubicaron en zonas extremas, tanto en dirección longitudinal como transversal (ver figuras 3 a 6) Disposición uno de sensores (Eventos 1 a 3) Página 5 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Disposición dos de sensores (Eventos 5 y 6) Evidencia fotográfica de estas disposiciones se muestra en el Anexo C. La velocidad de muestro utilizado fue de 512 Hz. En el post-procesamiento se realizó una decimación de las señales de tal forma que la máxima frecuencia observable fue de 8.5Hz. Así mismo se utilizó un filtro pasa altas tipo Butterworth para eliminar frecuencias DC a 0.1 Hz. Página 6 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Los registros típicos de aceleración se muestran en las figuras 5 a 8. Todos los registros de aceleración se pueden ver en el anexo A. Un espectro típico del contenido de frecuencias de las señales se muestra en la figura 8. Todos los espectros de contenidos de frecuencia se muestran el anexo B. Figura 5. Registro típico de aceleración en dirección Transversal. Figura 6. Registro típico de aceleración en dirección Longitudinal. Página 7 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Figura 7. Figura 8. Registro típico de aceleración en dirección Longitudinal Extremo. Registro típico de aceleración en dirección Transversal Extremo. Página 8 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Figura 9. Espectro de frecuencia típico de las señales registradas. 5. Resumen de periodos Después de analizar los espectros de frecuencia se identificaron los siguientes periodos mostrados en la tabla 1. Tabla 1. Resumen de periodos del edificio “Serapio Rendón 87”. Azotea edificio “Serapio Rendón 87” Periodo (s) Modo 0.397 Longitudinal 0.342 Transversal 0.360 Torsión Página 9 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández 6. Periodo del suelo Para determinar el periodo natural del terreno se instalaron tres sensores en campo libre. Dos sensores colocaron en posición horizontal, perpendiculares entre sí, y otro en dirección vertical (figura 10). De acuerdo con la técnica propuesta por Nakamura (1994) el periodo natural se puede obtener a través del cociente de frecuencias entre la señal horizontal y la vertical. Figura 10. Sensores a nivel de calle. Página 10 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández En la figura 11 se presenta el cociente H/V de uno de los canales horizontales. Figura 11. Relación H/V del contenido de frecuencias del suelo. El valor obtenido es de 1.017 Hz, que equivale a 0.983 segundos. 7. Alcances Los resultados obtenidos son ante las condiciones de temperatura, viento y tráfico en el momento de la medición. 8. Bibliografía Hart, G. C., and Yao, J. T. P., ”System Identification in Structural Dynamics”, Journal of the Engineering Mechanics Division, ASCE, v. 103, n. EM6, December 1977, pp. 10891104. Nakamura, Y. (2000). Clear identification of fundamental idea of Nakamura’s technique and its applications. In Proceedings of the 12th world conference on earthquake engineering (Vol. 2656). New Zealand: Auckland. Página 11 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández ANEXO A REGISTROS DE ACELERACIÓN Página 12 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Página 13 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Página 14 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Página 15 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. 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Ruiz Sandoval Hernández Página 38 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández ANEXO C EVIDENCIA FOTOGRÁFICA DE LA COLOCACIÓN DE SENSORES EN EL EDIFICIO Página 39 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Eventos 1 a 3 (Posición UNO) Canal 1 longitudinal Canal 2 transversal Canal 3 longitudinal extremo Fotografía 1. Sensores en dirección longitudinal y transversal Página 40 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Fotografía 2. Sensor en dirección transversal extremo Página 41 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Eventos 4 a 6 (Posición DOS) Canal 1 longitudinal Canal 2 transversal Canal 3 transversal extremo Canal 4 longitudinal esquina Fotografía 3. Sensores en dirección longitudinal y transversal Página 42 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Fotografía 4. Sensor en dirección transversal extremo Página 43 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Fotografía 5. Sensor en dirección longitudinal esquina Página 44 de 45 Serapio Rendón 87 Elaborado por: Dr. Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández Evento Suelo Canal 1 vertical Canal 2 horizontal Canal 3 horizontal Fotografía 6. Sensores en direcciones vertical y horizontales Página 45 de 45
