Roles and Responsibilities

Este amortiguador de masa híbrido del tipo péndulo de cuerpo rígido, el cual usa un servomotor, desarrollado por la empresa japonesa Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co.,Ltd. en conjunto Kajima Corporation. Esta última empresa le asigna el nombre de sistema de control TRIGON.

Este dispositivo, compacto y de alto rendimiento ha sido desarrollado para disminuir las vibraciones inducidas por sismos y vientos en edificios de alta elevación, y de esta forma, mejorar la habitabilidad en los pisos superiores. La viabilidad de este sistema ha sido confirmada por variados ensayos desarrollados por la empresa.

Este sistema usa un mecanismo compacto, que permite la fácil sintonización del período natural del sistema vía un mecanismo pasivo que consta de una masa auxiliar en forma de V, que se desliza sobre rodillos que operan conforme al principio del péndulo. Este mecanismo es controlado activamente por un motor eléctrico, que adopta un algoritmo de control para las normas de control.

Las características especiales de este sistema son las siguientes:

1) Este sistema es clasificado como de tipo híbrido, en que un sistema de control motorizado es añadido a un sistema pasivo capaz de sintonizar el período natural.

2) La base de las masa auxiliar es en forma de V y se desliza sobre rodillos moviéndose conforme al principio del péndulo, eliminando el mecanismo colgante de un péndulo convencional. Por lo tanto, este sistema puede ser de una altura tan pequeña como 3.5 m.

3) Las masas auxiliares constan de un carril en forma de V y un peso muerto. El período natural del mecanismo del sistema puede ser ajustado cambiando el ángulo de operación del carril en forma de V, pudiendo ser fácilmente sintonizado al periodo natural del edificio. Este cambio de ángulo puede realizarse gracias a los "espaciadores", cuya altura determina el período fundamental (ver Figura 4.8).

Figura 4.8 Ajuste del Período Fundamental de Vibración.

El presente sistema HMD incluye sensores, una unidad de impulsión, un freno mecánico, un sistema accionador, un sistema de control y un dispositivo de monitoreo de seguridad. La fuerza de impulsión del motor eléctrico pone en acción la masa auxiliar en forma de V horizontalmente, vía el engranaje de reducción y un mecanismo de engranaje piñón y cremallera. En la Fig. 4.9 se muestra las componentes del amortiguador de masa híbrido en forma de V.

El sistema es equipado con funciones inteligentes, tales como arranque automático de la unidad de impulsión cuando la oscilación del edificio excede un nivel estandard seguro, debido a sismos o a fuertes vientos, y la inmediata implementación de la parada de emergencia por el sistema de monitoreo de seguridad en caso de ser necesario.

En cuanto al costo del dispositivo la empresa calcula que la razón de costo dispositivo/edificio es entre un 0.4 y 1 %.

Este sistema fue aplicado a un edificio de alta elevación, el Shinjuku Park Tower terminado en Abril de 1994 y ubicado en Tokio, Japón. La parte superior del edificio es usada como habitaciones de hotel, la parte media como oficinas y la parte inferior como corredores. En el edificio se instalaron tres amortiguadores de masa en forma de V.

La Fig. 4.10 muestra una vista exterior del edificio donde fue instalado el sistema HMD y cuyas características principales son las siguientes:

Area del edificio 8800 m2 Area total de piso 264100 m2

Altura 235 m (máximo)

Número de pisos 52, 47 y 41 Período natural diseñado

Dirección transversal 5.24 s Dirección longitudinal 4.50 s Peso total (sobre el suelo) 130000 ton

El edificio fue fundado para experimentar traslación en la dirección transversal, acompañada por torsión cuando es expuesta a vientos fuertes, esto debido a las aspectos climáticos y su forma característica. Por ende, podría tener un gran impacto en la habitabilidad del hotel, localizado en los pisos superiores del edificio.

Para mejorar la habitabilidad en los eventos sísmicos o de vientos fuertes, el sistema de amortiguamiento se instaló en una habitación especialmente habilitada como sala de máquinas en el piso intermedio Nº39, basado en los siguientes cuatro objetivos de diseño del edificio:

1) Debería ser posible sintonizar el largo período natural del sistema al de la estructura de edificio, dentro de un amplio rango.

2) El sistema debe tener grandes efectos de amortiguamiento.

3) El sistema entero debe ser compacto para cumplir con las condiciones de instalación en el edificio.

4) Los pisos superiores e inferiores de la sala de máquinas, deben ser mantenidos en un nivel de ruido aceptable y uniforme durante la operación del sistema.

La Fig. 4.11 muestra una vista exterior del HMD desarrollado para este edificio. Los parámetros principales son los siguientes:

Número instalado 3 unidades

Masas de las masa auxiliares 110t x 3

Recorrido máximo ±100 cm

Rango de sintonización del período natural 3.7 - 5.8 s

Capacidad del motor AC 75 KW x 3

Dimensiones 7.6 x 4.4 x 3.5 m

Masa total 145t x 3

La Fig. 4.12 muestra la ubicación general de los HMD dentro del edificio. Las unidades HMD son instaladas en la parte S del edificio, desviada del centro de gravedad de la sección del edificio, para así controlar el 1er modo de vibración lateral en la dirección transversal acoplado con el torsional. Los sensores de detección de oscilación dentro del edificio(debida a vientos) son instalados en el piso Nº39 donde las unidades HMD están instaladas, y los sensores de detección de sismos son instalados en el 1er piso.

Figura 4.12 Disposición del sistema HMD en el edificio.

Desde la terminación del Shinjuku Park Tower, el sistema HMD instalado en el edificio ha operado en buena forma. En la Figura 4.13 se muestra gráficamente una comparación de respuestas de las Torres ante fuertes vientos y el terremoto de Nihon - Kai chubu, 1983. Además durante el gran terremoto Hanshin centrado en la parte sur de la prefectura Hyogo en enero 17 de 1995, fue excitado el modo de oscilación de ler orden del edificio, a pesar de la distancia alejada de aproximadamente 500 Km. Lo que confirmó el excelente efecto de amortiguamiento de la oscilación del edificio debido a la activación del sistema HMD.