Mesa de Sacudidas Mejorada Mejora las Pruebas Sísmicas

En 2019, la mesa de sacudidas de la Universidad de California San Diego (UCSD) se mejoró de un grado de libertad a seis. Este cambio permitió una mejor prueba de estructuras al simular movimientos durante terremotos. Después de esta mejora, se realizaron pruebas para verificar cómo reaccionaba la mesa de sacudidas mejorada y el suelo debajo a las Vibraciones. El objetivo principal era ver cómo habían cambiado las reacciones a estas vibraciones en los últimos 20 años desde que se hicieron las pruebas iniciales.

Durante las pruebas recientes, la masa de reacción se excitó de cuatro maneras: hacia adelante y hacia atrás, de lado a lado, rotación y hacia arriba y hacia abajo. Los resultados de estas pruebas ayudaron a los científicos a entender aspectos importantes como la Frecuencia Natural del sistema, cuánta energía se pierde durante las vibraciones y las formas de estas vibraciones. Comparar los resultados de las pruebas recientes con los de hace 20 años reveló que la frecuencia natural había cambiado ligeramente, con una diferencia de aproximadamente 0.5Hz en dos de los métodos de prueba. Para la mayoría de las pruebas, los Desplazamientos medidos en las nuevas pruebas fueron mayores que los de las pruebas anteriores. Este informe también analizó las razones detrás de estas diferencias.

#Desarrollo de la Mesa de Sacudidas

La mesa de sacudidas de UCSD fue construida para imitar movimientos reales de terremotos para probar varias estructuras. El proyecto comenzó en octubre de 2002 con financiamiento de la Fundación Nacional de Ciencias. La instalación fue diseñada para ser la mesa de sacudidas al aire libre más grande de Estados Unidos, capaz de manejar elementos de prueba de tamaño real.

Inicialmente, cuando se construyó la mesa de sacudidas, solo podía probar un tipo de movimiento. Durante este tiempo, los científicos realizaron pruebas para recopilar datos y entender cómo interactuaban el suelo y la masa de reacción. Esta investigación fue esencial para asegurar que la mesa de sacudidas pudiera soportar las fuerzas que necesitaría aplicar a los modelos. Una vez que se mejoró la mesa de sacudidas para permitir más tipos de movimientos, se necesitaron pruebas adicionales para recopilar datos frescos y ver cómo estas mejoras impactaron en el sistema.

La mesa de sacudidas mejorada tiene 12.2 metros de ancho y 7.6 metros de largo, y puede soportar 20 millones de newtons de peso, lo que la convierte en la más grande de su tipo en el mundo. La masa de reacción, que ancla la mesa de sacudidas, tiene dimensiones de 33.12 metros de largo y 16.91 metros de ancho. El diseño de la mesa de sacudidas mejorada incluyó una nueva disposición de los actuadores, que permiten el movimiento en seis direcciones diferentes.

#Características del suelo

Antes de las mejoras, se realizaron múltiples pruebas para analizar el suelo alrededor de la mesa de sacudidas. La capa superior del suelo era una mezcla de arcilla, grava y arena, mientras que las capas más profundas consistían en materiales más densos. Era necesario entender bien las características del suelo para asegurar la estabilidad de la mesa de sacudidas y para interpretar con precisión los datos de prueba.

Las propiedades del suelo eran críticas ya que afectan cómo se comporta la masa de reacción durante las pruebas. La estratificación del suelo es esencial para entender la dinámica del sistema. Se realizaron pruebas para verificar la capacidad del suelo para soportar el peso de la mesa de sacudidas y los modelos que se colocaron sobre ella. También se tomó nota de la respuesta del suelo a las vibraciones, lo que ayudaría en pruebas y simulaciones futuras.

#Pruebas Antes de la Mejora

Inicialmente, en 2003, se completaron pruebas para evaluar las capacidades de la mesa de sacudidas. Durante estas pruebas, la masa de reacción se excitó de tres maneras diferentes: hacia adelante y hacia atrás, de lado a lado y rotación. Las fuerzas aplicadas fueron creadas por grandes excitadores conectados a la masa de reacción. Se recopilaron datos de varios acelerómetros distribuidos alrededor de la masa para medir cómo reaccionaba cuando era excitada.

Estas pruebas preliminares proporcionaron datos valiosos sobre las características de la masa de reacción y cómo interactuaba con el suelo circundante. Los resultados confirmaron el diseño de la masa y ayudaron a entender los efectos de las vibraciones.

#Pruebas Después de la Mejora

Tras finalizar las mejoras, se realizó otro conjunto de pruebas en abril de 2022. Esta vez, la mesa de sacudidas podía probar movimientos adicionales, incluyendo la traducción vertical. El objetivo era recopilar datos de alta calidad sobre las nuevas dinámicas de la mesa de sacudidas y compararlos con los datos de hace 20 años.

Durante esta fase de pruebas, se utilizaron dos tipos de pruebas: pruebas de frecuencia escalonada y pruebas de frecuencia barrida. Cada método ayudó a evaluar el rendimiento de la masa de reacción bajo diferentes condiciones. Se posicionaron sensores en varios puntos alrededor de la masa de reacción para recolectar datos detallados sobre cómo se registraban los movimientos.

Los datos obtenidos de estas pruebas fueron cruciales para determinar las propiedades dinámicas del sistema, incluyendo cuánta energía se perdía en las vibraciones y cuánto se balancearían las estructuras durante un terremoto.

#Técnicas de Recolección de Datos

Para recopilar y analizar los datos de manera efectiva, se empleó una variedad de técnicas. Los sensores utilizados eran capaces de captar vibraciones con precisión, mientras que la información se recopilaba continuamente durante los períodos de prueba. Los datos se analizaron más tarde para identificar las características clave de la respuesta de la mesa de sacudidas.

El proceso también incluyó el filtrado de los datos crudos para eliminar cualquier ruido no deseado que pudiera afectar la precisión de los resultados. Se utilizaron técnicas como el ajuste por mínimos cuadrados para derivar valores útiles de los datos registrados, asegurando que los resultados reflejaran con precisión el rendimiento real del sistema.

#Comparación de Resultados Recientes con Pruebas Anteriores

Al comparar los resultados de las pruebas recientes con los de 2003, se hicieron varias observaciones. Los datos de 2022 mostraron desplazamientos totales más altos en todos los tipos de pruebas, excepto uno. Los movimientos verticales observados durante las pruebas de excitación vertical destacaron diferencias notables, sugiriendo cambios en cómo reaccionaron los materiales en comparación con años anteriores.

A pesar de algunas diferencias observadas, el comportamiento general del sistema parecía similar entre los dos períodos de prueba. Se notó que los desplazamientos máximos ocurrían a frecuencias naturales ligeramente diferentes, pero estas variaciones eran a menudo menores y podían atribuirse a varios factores, incluidas las condiciones del suelo circundante y los métodos de prueba.

Los hallazgos también indicaron que las propiedades dinámicas del sistema masa de reacción-suelo no habían cambiado significativamente, sugiriendo que las mejoras en la mesa de sacudidas no alteraron drásticamente su rendimiento general.

#Entendiendo las Contribuciones del Movimiento de Cuerpo Rígido

El análisis de datos también se centró en entender cuánto de los movimientos totales eran debido al movimiento de cuerpo rígido en lugar de a la deformación. El movimiento de cuerpo rígido se refiere al movimiento de la masa de reacción como un todo sin deformación interna. Este aspecto es crucial para evaluar el comportamiento realista de las estructuras durante eventos sísmicos simulados.

Durante las pruebas, se identificaron y categorizaron las contribuciones del movimiento de cuerpo rígido según el tipo de movimiento. Se notaron mayores contribuciones durante los movimientos hacia adelante y hacia atrás en comparación con los movimientos verticales o de rotación. Esta diferenciación ayuda a informar sobre futuros esfuerzos de modelado y simulación.

#Conclusión

Las pruebas de vibración forzada realizadas en la mesa de sacudidas mejorada en UCSD proporcionaron información vital sobre la dinámica de la masa de reacción y su interacción con el suelo. A pesar de los cambios realizados para mejorar las capacidades de prueba, el estudio reveló que las características esenciales del sistema se mantenían consistentes a lo largo de los años.

Los conocimientos obtenidos de estas pruebas serán invaluables para la investigación futura y el desarrollo de modelos computacionales más sofisticados. Al entender la respuesta dinámica del sistema a varias excitaciones, los investigadores pueden seguir mejorando la seguridad y las prácticas de diseño en las estructuras expuestas a eventos sísmicos.

En general, las mejoras no solo han avanzado las capacidades de prueba, sino que también han contribuido significativamente al estudio continuo de la interacción suelo-estructura en el contexto de la ingeniería sísmica. Los datos y conocimientos ayudarán a dar forma a futuros estándares de seguridad y prácticas de diseño para estructuras construidas para resistir fuerzas sísmicas.