Amortiguador de masa sintonizado.

Amortiguador de masa sintonizado que comprende, por lo menos, una masa (1) ligada a una estructura (2) mediante medios de soporte (3) de dicho amortiguador de masa sintonizado, adecuados para permitir un movimiento pendular de dicha masa (1) cuando dicha estructura (2) se somete a una fuerza externa, así como medios de amortiguación de dicho amortiguador de masa sintonizado, adecuados para absorber una parte de la energía cinética de la masa móvil (1), caracterizado porque dichos medios de soporte (3) comprenden, por lo menos, un cojinete (3) dotado de una superficie cilíndrica cóncava de deslizamiento (3a) .

Amortiguador de masa sintonizado.

La presente invención se refiere a un amortiguador de masa sintonizado y, en particular, a un amortiguador de masa sintonizado adecuado para la aplicación a estructuras civiles y de edificación (estructuras civiles y edificios) tales como rascacielos, torres y puentes (ver, por ejemplo, el documento DE 10 2006 019913 A1, correspondiente al preámbulo de la reivindicación 1) .

Los amortiguadores de masa sintonizados, conocidos asimismo por el acrónimo TMD (del inglés tuned mass damper) , son dispositivos para amortiguar vibraciones utilizados para estabilizar el movimiento de una estructura sometida a una fuerza externa, impidiendo de ese modo que la estructura resulte dañada o incluso ceda.

Esencialmente, dichos dispositivos son sistemas mecánicos del tipo amortiguador masa-resorte dotados de uno o más grados de libertad y diseñados para estar en resonancia con la estructura en la que están instalados. Cuando la estructura vibra por estar sometida a alguna fuerza tal como, por ejemplo, viento o un terremoto, los amortiguadores oponen la inercia de la masa al movimiento de vibración, generando de ese modo, como efecto de la resonancia, fuerzas de igual magnitud y signo opuesto capaces de anular los movimientos de la estructura.

En el campo técnico de la edificación y la construcción, y en particular en la construcción de estructuras muy altas tales como rascacielos, torres y puentes que son muy sensibles a eventos sísmicos y eólicos, los amortiguadores de masa sintonizados se fabrican a modo de estructuras pendulares en las que la masa es un bloque de cemento o acero soportado por cables o brazos ligados a la estructura. La masa se mueve según la ley de movimiento de un péndulo, almacenando y liberando energía potencial de forma similar a una masa ligada mediante un resorte de un sistema de amortiguador masa-resorte, consiguiéndose la acción de amortiguación mediante uno o varios medios de amortiguación, por ejemplo de tipo hidráulico, dispuestos en una o varias direcciones de movimiento predeterminadas.

Los amortiguadores de masa sintonizados de tipo péndulo tienen problemas de instalación destacables, debido al tamaño de las masas suspendidas y de los medios de soporte relacionados. Por ejemplo, en el caso de un rascacielos la estructura de un amortiguador de masa sintonizado puede ocupar incluso varias plantas del edificio en altura.

Además, después de la instalación, el amortiguador de masa sintonizado requiere siempre una etapa de "sintonización" con respecto al comportamiento dinámico real de la estructura. De hecho, un amortiguador está diseñado en base a un modelo teórico de la estructura a la que será aplicado, por lo que se requieren siempre ajustes del periodo fundamental una vez que la estructura se ha completado. Generalmente, la etapa de sintonización es muy complicada y costosa puesto que el ajuste de la longitud de los cables o brazos que soportan la masa requiere la utilización de equipamiento tal como cabrestantes o tirantes, que pueden ser instalados de manera desmontable o incluso permanente.

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención dar a conocer un amortiguador de masa sintonizado capaz de superar dichas desventajas. Dicho objetivo se consigue mediante el amortiguador de masa sintonizado cuyas características principales se dan a conocer en la primera reivindicación, mientras que se dan a conocer otras características en las reivindicaciones restantes.

El amortiguador de masa sintonizado, según la presente invención, comprende por lo menos una masa ligada a un medio de soporte adecuado para permitir un movimiento pendular de la misma cuando la estructura se somete a una fuerza externa. El medio de soporte comprende, por lo menos, un cojinete dotado de una superficie cilíndrica cóncava de deslizamiento.

La ventaja principal del amortiguador de masa sintonizado según la presente invención, es que tiene un tamaño considerablemente más pequeño con respecto a los amortiguadores conocidos, permitiendo de ese modo una instalación más sencilla en la estructura para la que está previsto. De hecho, elegir el medio de soporte de masa en forma de, por lo menos, un cojinete cilíndrico cóncavo permite reducir el tamaño del sistema, que incide sustancialmente con el tamaño de la masa solamente. Por consiguiente, es posible reducir los costes de fabricación e instalación del amortiguador.

Además, mediante el recubrimiento o fabricación de las superficies de deslizamiento de los cojinetes con materiales de fricción controlada, es posible conseguir medios de amortiguación sin recurrir a dispositivos externos tradicionales, por ejemplo de tipo hidráulico o similares, instalados sobre la estructura y ligados a la masa, lo que reduce más aún los costes de fabricación.

Otra ventaja presentada por la invención es que se simplifica en gran medida la etapa de sintonización del amortiguador. De hecho, las superficies de deslizamiento de los cojinetes están dotadas de radios de curvatura variables, que permiten por lo tanto ajustar el periodo fundamental variando simplemente el punto de contacto entre el medio de soporte y la masa transversalmente a su dirección de movimiento.

Otra ventaja presentada por la invención es que resulta posible fabricar un amortiguador dotado de más grados de libertad mediante la disposición de los cojinetes sobre una estructura multicapa y la orientación de las superficies de deslizamiento de los cojinetes de cada capa de tal modo que definan más direcciones de movimiento.

Además, se puede variar el comportamiento del amortiguador en las diversas direcciones de movimiento mediante la elección de diferentes curvaturas de las superficies de deslizamiento y/o la utilización de diferentes materiales de fricción controlada.

Otras ventajas y características del amortiguador de masa sintonizado, según la presente invención, resultarán evidentes para los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción detallada y no limitativa de algunas realizaciones de la misma haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra una vista en perspectiva de una primera realización de un amortiguador de masa sintonizado, según la presente invención;

figura 2 muestra un detalle -II-de la figura 1;

la figura 3 muestra una vista en perspectiva de una segunda realización de un amortiguador de masa sintonizado, según la presente invención, dotado de medios para sintonizar el periodo fundamental;

figura 4 muestra un detalle -IV- de la figura 3;

la figura 5 muestra una sección transversal -V-V- de la figura 3;

las figuras 6 y 7 muestran un detalle y -VI- y un detalle -VII- de la figura 5, respectivamente;

la figura 8 muestra una vista en perspectiva de una tercera realización de un amortiguador de masa sintonizado, según la presente invención, dotado de dos grados de libertad;

figura 9 muestra un detalle -IX- de la figura 8;

la figura 10 muestra una sección transversal -X-X- de la figura 8; y la figura 11 muestra un detalle -XI- de la figura 10.

Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, el amortiguador de masa sintonizado, según la presente invención, comprende de forma conocida una masa -1- ligada a una estructura -2- a través de medios de soporte -3adecuados para permitir un movimiento pendular de la masa -1- cuando la estructura -2- se somete a una fuerza externa tal como, por ejemplo, viento o un terremoto.

Según el concepto inventivo que es la base de la presente invención, el medio -3- de soporte comprende, por lo menos, un cojinete dotado de una superficie cilíndrica cóncava de deslizamiento -3a-. La masa -1-, obligada a moverse por la acción de una fuerza que actúa sobre la estructura, se mueve a lo largo de la superficie de deslizamiento -3a- del cojinete -3-, aumentando y reduciendo su energía potencial, según la ley de movimiento de un péndulo. El periodo fundamental de la oscilación de la masa -1-, definido mediante el radio de la superficie de deslizamiento -3a-, es sustancialmente igual al periodo fundamental de la estructura -2-, de manera que el amortiguador y la estructura -2- son resonantes.

En el diseño del amortiguador, según la presente invención, la masa -1- está dimensionada para ser igual a 2 a 4% de la masa total de la estructura a la que ésta es aplicada.

Además, el tamaño... [Seguir leyendo]

1. Amortiguador de masa sintonizado que comprende, por lo menos, una masa (1) ligada a una estructura (2) mediante medios de soporte (3) de dicho amortiguador de masa sintonizado, adecuados para permitir un movimiento pendular de dicha masa (1) cuando dicha estructura (2) se somete a una fuerza externa, así como medios de amortiguación de dicho amortiguador de masa sintonizado, adecuados para absorber una parte de la energía cinética de la masa móvil (1) , caracterizado porque dichos medios de soporte (3) comprenden, por lo menos, un cojinete (3) dotado de una superficie cilíndrica cóncava de deslizamiento (3a) .

2. Amortiguador, según la reivindicación anterior, caracterizado porque dichos medios de soporte (3) comprenden una serie de cojinetes (3) que tienen superficies cilíndricas cóncavas de deslizamiento (3a) de curvatura igual y dispuestas en paralelo entre sí, y porque dicha masa (1) está dotada de una serie de pies (4) dispuestos en posiciones correspondientes a las posiciones de los cojinetes (3) .

3. Amortiguador, según la reivindicación anterior, caracterizado porque cada pie (4) consiste en una parte superior (4a) ligada a la masa (1) y una parte inferior (4b) que tiene una superficie cilíndrica convexa (4c) adecuada para contactar con la superficie cilíndrica cóncava de deslizamiento (3a) del respectivo cojinete (3) .

4. Amortiguador, según la reivindicación anterior, caracterizado porque dicha parte superior (4a) y dicha parte inferior (4b) de cada pie (4) son móviles entre sí y están acopladas mediante una junta de rótula cilíndrica o esférica adecuada para permitir la rotación relativa de las mismas.

5. Amortiguador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de amortiguación están fabricados a modo de recubrimientos de materiales de fricción controlada de las superficies cilíndricas cóncavas de deslizamiento (3a) de los cojinetes (3) y las superficies cilíndricas convexas (4c) de las partes inferiores (4b) de los pies (4) .

6. Amortiguador, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los cojinetes (3) y las partes inferiores (4b) de los pies (4) están fabricados íntegramente de materiales de fricción controlada.

7. Amortiguador, según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque dichos materiales de fricción controlada son acero inoxidable y materiales poliméricos seleccionados entre polietileno, resinas poliamídicas y PTFE modificados y/o dopados.

8. Amortiguador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las superficies de deslizamiento (3a) de los cojinetes (3) tienen radios de curvatura que varían transversalmente con respecto a la dirección de movimiento de la masa (1) , comprendiendo además el amortiguador medios de accionamiento (6) adecuados para modificar los puntos de contacto entre la masa (1) y las superficies de deslizamiento (3a) .

9. Amortiguador, según la reivindicación anterior, caracterizado porque los cojinetes (3) están dispuestos en pares sobre la estructura (2) , siendo las respectivas superficies de deslizamiento (3a) paralelas entre sí y teniendo un radio de curvatura que aumenta hacia fuera desde el plano de simetría del amortiguador, en el que la masa (1) se mueve, estando montados los pies (4) correspondientemente por pares y de manera móvil sobre guías (5) fijadas a la masa

(1) y dispuestas transversalmente a su dirección de movimiento, estando conectados dichos medios (6) de accionamiento a cada par de pies (4) y siendo adecuados para modificar su distancia relativa.

10. Amortiguador, según la reivindicación anterior, caracterizado porque dichos medios (6) de accionamiento comprenden un tornillo sin fin (6) dotado, en un extremo, de un elemento de maniobra (7) adecuado para permitir la rotación del mismo en torno a su eje, teniendo dicho tornillo sin fin (6) una primera parte roscada (6a) insertada en un orificio roscado formado en la parte superior (4a) de un primer pie (4) del par y una segunda parte (6b) con roscado opuesto, insertada en un orificio roscado formado en la parte superior (4a) del segundo pie (4) del par.

11. Amortiguador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los cojinetes están dispuestos en una estructura multicapa, comprendiendo cada capa, por lo menos, una base (8) y uno o varios cojinetes (3, 3') así como una serie de pies (4, 4') en posiciones correspondientes a las de los cojinetes (3, 3') , estando definida la dirección de movimiento para cada capa mediante la orientación de las superficies de deslizamiento (3a, 3a') de uno o varios cojinetes (3, 3') .

12. Amortiguador, según la reivindicación anterior, caracterizado porque para cada capa de dicha estructura multicapa las superficies de deslizamiento (3a, 3a') de los cojinetes tienen radios de curvatura que varían transversalmente con respecto a la dirección de movimiento definida por los mismos, comprendiendo además cada capa medios de accionamiento (6, 6') adecuados para modificar los puntos de contacto entre los pies (4, 4') y las superficies de deslizamiento (3a, 3a') .

13. Amortiguador, según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque en las diversas capas de dicha estructura multicapa, los acoplamientos entre las superficies cilíndricas cóncavas de deslizamiento (3a, 3a') de los cojinetes (3, 3') y las superficies cilíndricas convexas (4c, 4c') de los pies (4, 4') están fabricados con materiales de fricción controlada diferentes.

14. Amortiguador, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la masa (1) es igual a 2 a 4% de la masa total de la estructura (2) .