Implementación de un controlador LQG para la protección sísmica de un modelo estructural de un grado de libertad

Implementation of a LQG controller for a structural model´s seismic protection with oe degree of slackness

Presenta el modelado y la identificación de una estructura de un grado de libertad, así como el diseño de un controlador activo LQG que busca reducir las vibraciones de la estructura de un piso ante excitaciones sísmicas en su base. El controlador usa como realimentación la aceleración del primer nivel de la estructura y se diseña con base en el modelado y la identificación del sistema estructural realizado. El modelo se validó experimentalmente y el desempeño del sistema de control se verificó en simulación y experimentalmente, excitando la estructura en su base con los sismos de El Centro y Armenia, observando disminuciones en la aceleración relativa de la estructura hasta en un 63,68% y desplazamientos relativos inferiores al 1% de la altura.

1. INTRODUCCIÓN

Las estructuras civiles convencionales se pueden clasificar como sistemas pasivos, ya que sus respuestas a excitaciones están predeterminadas por los parámetros dinámicos (masa, rigidez y amortiguamiento) y se minimizan al modificarse estas características estructurales (Gómez, Marulanda, y Thomson, 2008). La filosofía del diseño sismorresistente actual se basa en proporcionarle a la estructura suficiente resistencia, rigidez y ductilidad, determinadas por los códigos de construcción; la nueva filosofía debe ir encaminada a proporcionar un mayor grado de disipación de energía, aumentando la ductilidad global en la edificación; un ejemplo de esto se implementó en la NERHP desde el 2000,con la inclusión de un capítulo sobre aisladores sísmicos y otro sobre amortiguadores en edificaciones (NERHP, 2003). Esta medida afecta directamente el Coeficiente Básico de Disipación de Energía, Zeta, incrementándolo a valores muy superiores de los establecidos en la NSR-98. Una ventaja que tienen los sistemas de control es que buscan que la estructura permanezca en el rango elástico, lo cual es conveniente porque no pretende utilizar el amortiguamiento aportado por la disipación de energía que se obtiene al producirse los ciclos de histéresis en los materiales no estructurales y, sobre todo, en los estructurales.

Este enfoque ha llevado al desarrollo de cuatro tipos básicos de dispositivos de control estructural: Pasivos, Activos, Híbridos y Semiactivos, los cuales, por medio de estrategias de control, mejoran considerablemente la respuesta estructural del edificio cuando es excitado por fuerzas externas como sismos o vientos.

La creciente necesidad de evitar catástrofes ha impulsado yevolucionado el control estructural rápidamente, tanto en su parte teórica como en su práctica; las aproximadamente 102 implementaciones de control pasivo en Norte América (Soong. y Spencer, 2002), las más de 721 estructuras con dispositivosde control pasivo alrededor del mundo (Center, 2008) y las decenas de implementaciones de control hibrido, activo y semiactivo en estructuras reales alrededor del mundo (Datta, 2003; Song, Ma, y Li, 2006; Soong y Spencer, 2002; Symans y Constantinou, 1999) así lo demuestran.