Amortiguador por fricción para cable.

Un dispositivo amortiguador para amortiguar el movimiento relativo entre un primer miembro estructural y un segundo miembro estructural en una construcción,

comprendiendo el dispositivo amortiguador un primer elemento de fricción (2a, 2b) asociado mecanicamente con el primer miembro estructural, incluyendo el primer elemento de fricción (2a, 2b) una primera superficie de fricción hecha de un primer material de fricción, un segundo elemento de friccion (3a, 3b) asociado mecanicamente con el segundo miembro estructural, incluyendo el segundo elemento de fricción (3a, 3b) una segunda superficie de fricci6n hecha de un segundo material de friccion,

estando las primera y segunda superficies de friccion en acoplamiento friccional mutuo (1 a, 1 b) de modo que el movimiento relativo entre las primera y segunda superficies de fricción sea amortiguado por el acoplamiento friccional (la, 1 b) entre las primera y segunda superficies de fricción,

estando el dispositivo amortiguador caracterizado porque al menos uno de los primer y segundo materiales de friccion es un material polimerico de baja fricción.

Amortiguador por fricción para cable.

La invención se refiere al campo técnico de la amortiguación del movimiento relativo entre elementos de una estructura y, en particular, a la amortiguación de la vibración en cables tirantes estructurales.

Los puentes atirantados, puentes colgantes y otras construcciones soportadas o reforzadas por cables, tales como torres de acero elevadas, postes de telecomunicaciones y aerogeneradores requieren cables para garantizar su resistencia y estabilidad estructurales.

Dichos cables a menudo están sometidos a vibraciones causadas por el viento y la lluvia o inducidas por movimientos de la estructura. Se ha observado que estas fuerzas dan origen a oscilaciones transversales y vibraciones de los cables (véase el documento 1. Kovacs, "Zur Frage der Seilschwingungen und der Seildampfung", Die Bautechnik 10/1982, págs. 3-10) ; con el tiempo, los cables pueden resultar gravemente dañados por dicho movimiento repetitivo, especialmente en la región de los cables donde están fijados a puntos de anclaje fijos.

Ya se ha sugerido suprimir dichas vibraciones de cables proporcionando amortiguadores de vibración de cables. Se han usado o propuesto varios principios de amortiguación, tales como neopreno, amortiguadores hidráulicos, amortiguación mediante sistemas de masa sintonizados e incluso frenos por corrientes parásitas. Sin embargo, todos estos dispositivos están acompañados por graves inconvenientes; la acción de amortiguación de los amortiguadores hidráulicos comienza a valores muy bajos, cercanos a cero, al comienzo de la vibración, y estas fuerzas son esencialmente proporcionales a la velocidad del punto a amortiguar. Dichos amortiguadores están, por lo tanto, siempre en funcionamiento y las juntas resultan, por lo tanto, dañadas muy rápidamente, conduciendo a fugas lo que hace al amortiguador ineficaz. Una desventaja adicional de amortiguadores viscosos e hidráulicos es que pueden estar optimizados solamente para un modo de vibración. Los sistemas de masa sintonizados son demasiado voluminosos, y técnicamente difíciles de realizar, y amortiguan solamente una frecuencia Eigen particular. Hasta la fecha se ha considerado desventajoso usar estos sistemas en base a que, dado que su acción de amortiguación es eficaz incluso para oscilaciones relativas muy pequeñas del cable, y dado que cada movimiento causa desgaste, dichos sistemas adolecen de tasas de desgaste elevadas y, por consiguiente, requieren un elevado mantenimiento. También se percibió que algunos de estos sistemas de amortiguación padecen deslizamiento y juego, con el resultado de que su función de amortiguación era impredecible e inconstante.

Para superar las desventajas perCibidas del uso de amortiguadores eficaces para pequeños movimientos, se propuso en la solicitud de patente europea EP1035350, presentada por el solicitante de la presente solicitud, usar un dispositivo amortiguador que era eficaz solamente para movimientos que implicaban fuerzas relativamente grandes. Esto se consiguió usando un amortiguador por fricción que tiene un coeficiente de fricción estático significativamente mayor que su coeficiente de fricción dinámico. De hecho, aunque no se menciona en el documento EP1035350, se usó hierro colado como un material de fricción apropiado, dado que podía usarse para crear un acoplamiento friccional con un coeficiente estático al menos un 40% mayor que su coeficiente de fricción dinámico. Este amortiguador por fricción de la técnica anterior usa deliberadamente materiales de fricción que tienen propiedades de "pegado y deslizamiento" (sfick-slip) elevadas. La expresión "pegado y deslizamiento" se refiere a un efecto que surge como resultado de una diferencia significativa entre los coeficientes de fricción estático y dinámico de la inteñaz friccional entre las superficies de fricción. Se requiere una fuerza tangencial relativamente grande para iniciar el movimiento entre los elementos de fricción. Sin embargo, una vez que se ha superado esta gran fuerza tangencial, y los elementos de fricción comienzan a moverse unos con respecto a otros, la fuerza tangencial requerida para mantener el movimiento es significativamente menor. De este modo, el coeficiente de fricción estático actúa como barrera o filtro que impide el movimiento debido a fuerzas tangenciales por debajo de cierto umbral. El coeficiente de fricción dinámico determina la fuerza de amortiguación tangencial que actúa contra el movimiento relativo de las superficies de fricción una vez que éstas comienzan a moverse y, de este modo, actúa para amortiguar el movimiento. El coeficiente de fricción dinámico de los materiales de fricción usados en los amortiguadores de la técnica anterior, tales como hierro colado, está típicamente en la región del 60% de su coeficiente de fricción estático. Ambos de estos coeficientes pueden variar, sin embargo, dependiendo de factores medioambientales tales como humedad, y factores mecánicos tales como la cantidad de desgaste o rugosidad en las superficies de fricción. El amortiguador por fricción de la técnica anterior estaba, por lo tanto, diseñado para amortiguar solamente las oscilaciones más grandes de mayor energía. Las pastillas de fricción de hierro colado también padecen gravemente de efectos relacionados con la edad. La superficie de hierro puede volverse pulida, por ejemplo, lo que altera su rendimiento de amortiguación. O la fricción puede generar temperaturas en el hierro que son tan elevadas que hay peligro de que las superficies se fusionen entre sI.

Nótese que el amortiguador de la técnica anterior desvelado en el documento EP1035350 intentaba reducir esta variación de los coeficientes de fricción usando resortes para ejercer una fuerza normal relativamente contante entre las dos superficies friccionales. De esta manera, la influencia de la expansión o contracción térmica sobre la fuerza normal en los elementos de fricción se eliminaba virtualmente.

Los amortiguadores de fricción de la técnica anterior padecen las siguientes desventajas, sin embargo:

En primer lugar, los amortiguadores de la técnica anterior fueron diseñados para amortiguar solamente movimientos con una fuerza y magnitud mayores que cierto umbral. De esta manera, se esperó reducir el número de movimientos relativos entre las superficies de fricción, y de este modo reducir el desgaste (y por lo tanto los costes de mantenimiento) en los amortiguadores. Esta solución se propuso a pesar del hecho de que significaba que el amortiguador no amortiguaria vibraciones de magnitud más pequeña o menor energía. Sin embargo, a menudo es deseable amortiguar un intervalo de vibraciones tan amplio como sea posible, incluyendo vibración de baja energía, o movimientos de fuerza y magnitud pequeñas, dado que incluso pequeñas vibraciones pueden causar endurecimiento por medios mecánicos y desgaste en la estructura que está siendo amortiguada. Amortiguando vibraciones pequer"ias y de baja energía, también es posible impedir su amplificación a vibraciones más grandes, más dar"iinas, por ejemplo mediante efectos de resonancia acumulativos.

En segundo lugar, incluso aunque fueron diser"iados para reducir el número de movimientos entre los elementos de fricción, el uso de hierro colado en los amortiguadores de fricción de la técnica anterior significa que estos siguen padeciendo un desgaste relativamente rápido de las superficies de fricción y, por lo tanto, requieren inspección, ajuste y mantenimiento regulares.

En tercer lugar, los materiales de fricción usados en la técnica anterior padecen corrosión, especialmente donde estos amortiguadores se usan en condiciones expuestas tales como puentes atirantados, donde la humedad y la entrada de agua son difíciles de evitar.

En cuarto lugar, las propiedades de pegado y deslizamiento de los amortiguadores de la técnica anterior inevitablemente conducen a movimientos súbitos y discontinuos entre los elementos cuyo movimiento relativo está siendo amortiguado. Un salto súbito se produce en el instante en que la fuerza tangencial se vuelve lo suficientemente grande para superar el coeficiente de fricción estático del amortiguador. Cuando esto ocurre, el material de los elementos estructurales que están siendo amortiguados (habitualmente acero) sufre una deformación súbita y relativamente grande. Cuando este tipo de deformación discontinua se repite, ésta puede conducir a fallo estructural grave en el acero debido al desgaste mecánico o endurecimiento por medios mecánicos. Los amortiguadores se sitúan a menudo cerca de los puntos de anclaje de cables tirantes, por ejemplo, para amortiguar el movimiento lateral del cable, y reducir de este modo la cantidad de deformación del cable donde éste entra en... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo amortiguador para amortiguar el movimiento relativo entre un primer miembro estructural y un segundo miembro estructural en una construcción, comprendiendo el dispositivo amortiguador

un primer elemento de fricción (2a, 2b) asociado mecánicamente con el primer miembro estructural, incluyendo el primer elemento de fricción (2a, 2b) una primera superficie de fricción hecha de un primer material de fricción,

un segundo elemento de fricción (3a, 3b) asociado mecánicamente con el segundo miembro estructural, incluyendo el segundo elemento de fricción (3a, 3b) una segunda superficie de fricción hecha de un segundo material de fricción,

estando las primera y segunda superficies de fricción en acoplamiento friccional mutuo (1 a, 1b) de modo que el movimiento relativo entre las primera y segunda superficies de fricción sea amortiguado por el acoplamiento friccional (1a, 1b) entre las primera y segunda superficies de fricción,

estando el dispositivo amortiguador caracterizado porque al menos uno de los primer y segundo materiales de fricción es un material polimérico de baja fricción.

2. Dispositivo amortiguador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material polimérico de baja fricción comprende un lubricante distribuido.

3. Dispositivo amortiguador de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el material polimérico de baja20 fricción es tereftalato de polietileno.

4. Dispositivo amortiguador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los coeficientes de fricción estático y dinámico del acoplamiento friccional (1a, 1b) entre el primer material de fricción de la primera superficie de fricción y el segundo material de fricción de la segunda superficie de fricción difieren en una cantidad

que es menor que el 25% del coeficiente de fricción estático.

5. Dispositivo amortiguador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que al menos uno de los primer y segundo miembros estructurales es un cable bajo tensión.

O 6. Dispositivo amortiguador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende un medio de solicitación (5a, 5b) para proporcionar una fuerza de solicitación que presiona la primera y la segunda superficies de fricción una contra la otra.

7. Dispositivo amortiguador de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el medio de solicitación (5a, 5b) 35 comprende al menos un resorte.

8. Dispositivo amortiguador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende un medio de ajuste de la fricción (7a, 7b) para ajustar el coeficiente de fricción del acoplamiento friccional entre las primera y segunda superficies de fricción.

9. Dispositivo amortiguador de acuerdo con la reivindicación 8 cuando es dependiente de la reivindicación 6 ó 7, en el que el medio de ajuste de la fricción (7a, 7b) comprende un medio de ajuste de la solicitación para ajustar la fuerza de solicitación.

10. Dispositivo amortiguador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que tanto el primer como el segundo materiales de fricción son el material polimérico de baja fricción.

11. Dispositivo amortiguador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que uno de los primer y segundo materiales de fricción es el material polimérico de baja fricción y el otro es un metal.

12. Estructura de ingeniería civil que comprende un primer miembro estructural y un segundo miembro estructural, estando la estructura de ingenieria civil caracterizada porque comprende uno o más dispositivos de amortiguación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11.

13. Estructura de ingeniería civil de acuerdo con la reivindicación 12, en la que el primer miembro estructural es 10 un cable estructural, bajo tensión, unido a al menos un punto de anclaje en el segundo miembro estructural.

14. Estructura de ingeniería civil de acuerdo con la reivindicación 13, en la que al menos uno de los dispositivos de amortiguación está dispuesto para amortiguar movimientos oscilatorios en el cable adyacente al, al menos un, punto de anclaje.

15. Método de amortiguación de movimiento relativo entre un primer miembro estructural y un segundo miembro estructural, comprendiendo el método las etapas de:

una primera etapa de dotar al primer miembro estructural de una primera superficie de fricción que comprende un primer material de fricción,

O una segunda etapa de dotar al segundo miembro estructural de una segunda superficie de fricción que comprende un segundo material de fricción,

una tercera etapa de aplicar una fuerza para presionar las primera y segunda superficies de fricción conjuntamente en acoplamiento friccional mutuo (1a, 1b) de modo que el movimiento relativo entre las primera y segunda superficies de fricción sea amortiguado por el acoplamiento friccional (1 a, 1b) entre las primera y

segunda superficies de fricción,

estando el método caracterizado porque al menos uno de los primer y segundo materiales de fricción es un material polimérico de baja fricción.

FIG.1