Diseño óptimo de múltiples amortiguadores de masa sintonizada sobre pasarelas peatonales

Abstract

El control de las vibraciones en pasarelas peatonales es un tema que, actualmente, va cobrando importancia debido a la búsqueda de una mayor esbeltez en las estructuras de nueva construcción, con la finalidad de lograr un ahorro económico. La disposición de sistemas de amortiguamiento en las pasarelas para la reducción de las vibraciones hasta unos valores admisibles, en términos de confort de los peatones, requiere un estudio detallado de los principales factores que afectan a la dinámica de la estructura y del sistema conjunto formado por estructura y TMD (Tuned Mass Damper), siendo este último un dispositivo de disipación de energía con una determinada masa, amortiguamiento y rigidez que queda unido a la estructura. Este estudio se hace mucho más complicado para estructuras con comportamiento no lineal, donde la asunción de ciertas hipótesis clásicas para el diseño de TMD es inviable, o en estructuras cuyas propiedades dinámicas presentan una gran variabilidad debido, por ejemplo, a la carga actuante. Además de lo anterior, en el diseño de un TMD se debe tener en cuenta la forma del modo o modos de vibración que se ven excitados en la estructura con objeto de determinar su ubicación. En un modo de vibración con una forma modal en la que aparece un único punto de máximo valor modal o antinodo, la disposición del TMD es clara: el único punto de máximo valor modal; sin embargo, cuando la forma modal presenta varios antinodos, la disposición de un único TMD en el punto de máximo valor modal no es suficiente para paliar los problemas vibratorios, por lo que es necesario recurrir a un sistema de múltiples TMD (MTMDs) colocados estratégicamente en los diferentes antinodos del modo de vibración afectado. En el presente TFM se ha desarrollado una metodología para el diseño optimizado de MTMDs en una estructura con comportamiento no lineal geométrico. Para ello, se ha partido del estudio de la carga peatonal y de la interacción de ésta con la estructura. Tras ello, se ha realizado un análisis teórico de la respuesta de una estructura en la que se incluye un sistema de amortiguación (con objeto de visualizar el efecto del amortiguador), así como un estudio de las diferentes metodologías para el diseño optimizado de TMD en una estructura. Dichos estudios han permitido la elaboración de una metodología que combina el Criterio de Desempeño (diseñar una estructura de acuerdo a una restricción impuesta sobre una variable de desempeño), la minimización de la masa del sistema de MTMDs dispuesto y la utilización de algoritmos genéticos para dotar de versatilidad al proceso de optimización. La metodología desarrollada se ha validado sobre una pasarela peatonal suspendida de cables de acero situada en el municipio de Zuheros (provincia de Córdoba), cuyo modelo de cálculo numérico se ha actualizado de acuerdo a medidas de campo obtenidas mediante un ensayo de vibración ambiental. Dicha pasarela cumple con las hipótesis de comportamiento no lineal geométrico concebidas para el desarrollo de la metodología, habiéndose obtenido resultados satisfactorios tras el proceso de diseño de MTMDs, en el que se ha considerado un único modo de vibración afectado que posee tres antinodos.