MEDICIÓN DE FUERZAS Y DESPLAZAMIENTOS EN OSCILACIONES DE ESTRUCTURAS SIMPLES MEDIANTE ANÁLISIS DE IMÁGENES

En este trabajo se desarrolla un método para obtener fuerzas y desplazamientos mediante análisis de imágenes en ensayos dinámicos de estructuras simples, es decir, sistemas de masas concentradas cuyo movimiento queda asociado a un grado de libertad definido. De esta forma se puede caracterizar el comportamiento de la estructura por medio de la curva de histéresis que relaciona el corte basal y el desplazamiento relativo. El análisis de imágenes tiene como ventaja que no es invasivo, y la secuencia de video asociada permite ver el mecanismo de agrietamiento, modo de falla y vaciamiento de nudos.Se estudia el caso de marcos con voladizos a escala 1:10 construidos con micro-hormigón armado, ensayados en la mesa de simulación sísmica del Laboratorio de Ingeniería Sismorresistente del Departamento de Obras Civiles. Los ensayos se filmaron con una cámara de alta velocidad determinando el corte basal a partir de la aceleración de la masa obtenida por doble derivación de los desplazamientos medidos del registro fílmico.Una dificultad que se encontró fue que la aceleración presenta variaciones súbitas debido a la complejidad del sistema dinámico de la masa concentrada. Se investigó en qué grado es este efecto relevante para las deformaciones y esfuerzos en los materiales componentes. Para esto se ensayó un par de marcos a escala 1:10 incorporando un sistema de medición de corte basal directo en cada columna que consistió en un apoyo con roce despreciable en la dirección horizontal conectado a una celda de carga que mide la reacción en esa dirección.Los resultados de corte basal directo, comparados con los obtenidos por el análisis de imágenes, comprobaron que las variaciones súbitas de la aceleración no se traducen en desplazamientos que representen esfuerzos o deformaciones adicionales de consideración. Por lo mismo se estudian y aplican métodos matemáticos que sirvan para eliminar estos efectos que no son importantes para caracterizar el comportamiento de la estructura.
 A method to obtain forces and displacements through image analysis in dynamic tests of simple structures is developed. Using this technique the hysteresis loop, wich characterizes the behavior of the structure, can be traced directly. Furthenmore, image analysis is not invasive, and the associated video sequence allows examining directly the failure mode.Reduced scale frames built with steel and micro-concrete were studied and tested at the shake table of the Laboratory of Seismic Engineering of the Civil Engineering Department. The tests were filmed with a high speed camera in order to obtain shear forces from the mass acceleration determined by double derivation of the measured displacements from the filmic record.An unexpected difficulty was found when mass acceleration was calculated: besides of noise signal, sudden variations due to the complexity of the dynamical system. However, these variations were related only to negligible strains and stresses in the component materials because of the small displacements involved. Direct measurement of force, showed that sudded variations are not transmitted to the columns and they do not cause significant reaction forces nor bending moments. For this reason it was possible to apply mathematical methods to get rid of those effects and to clean acceleration register obtaining exacted and undistorted hysteresis curves.