Sensores de bajo coste para el diagnóstico estructural de edificios históricos con muros de fábrica convencional
En la mayoría de las ciudades todavía quedan en pie edificaciones cuya construcción se remonta a varios siglos atrás. Estas edificaciones están constituidas por fábrica de piedra, ladrillo o tapia y, por lo general, no se siguió ningún código estructural para el diseño. Diversos eventos, ya sean de...
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de Sevilla (US) |
| Repositorio: | idUS. Depósito de Investigación de la Universidad de Sevilla |
| OAI Identifier: | oai:idus.us.es:11441/143934 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/11441/143934 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | MEMS accelerometers operational modal analysis damage detection historic masonry buildings ambient vibration tests |
| Sumario: | En la mayoría de las ciudades todavía quedan en pie edificaciones cuya construcción se remonta a varios siglos atrás. Estas edificaciones están constituidas por fábrica de piedra, ladrillo o tapia y, por lo general, no se siguió ningún código estructural para el diseño. Diversos eventos, ya sean de origen natural o ligados a la acción del hombre, pueden originar lesiones en las mismas. El conocimiento del estado de daño es clave para el diseño de una intervención adecuada. Una de las vías más empleadas para el diagnóstico estructural se basa en la ejecución periódica (o continua) de ensayos de vibración ambiental y el análisis modal operacional (OMA), identificando así variaciones en las propiedades dinámicas de la estructura. Este procedimiento supone un elevado desembolso económico, tanto por la necesidad de acelerógrafos de alta precisión como por la compra de licencias de software comercial para aplicar los métodos de OMA. En este contexto, esta tesis doctoral presenta una alternativa para reducir el coste de la caracterización dinámica de edificaciones históricas de fábrica. Por un lado, se trabaja en los equipos de medida, desarrollándose hasta cuatro prototipos de acelerógrafos distintos. La economía se consigue con el uso de acelerómetros MEMS, los cuales se acoplan por cable a una Raspberry Pi 3 (Modelo B). Por otro lado, se trata la parte del procesado de las series temporales, lo cual conduce a la implementación de un método de OMA en el dominio de la frecuencia (FDD) en un lenguaje de programación de código abierto como es Python. Adicionalmente, esta tesis doctoral propone un protocolo para obtener un diagnóstico estructural periódico de la tipología constructiva objeto de esta investigación, el cual se ha designado con las siglas ITEHBA. La verificación del adecuado funcionamiento de los prototipos de acelerógrafos se ha realizado a través de cinco campañas experimentales: la primera en uno de los lienzos de la Muralla de la Macarena de Sevilla y las restantes sobre el edificio de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Sevilla. En todas las campañas también se tomaron datos con una unidad GMS Plus6-73 para tener una referencia. La misma metodología se usó en la validación de un prototipo de acelerógrafo diseñado por el Departamento de Ingeniería Electrónica (DIE) de la Universidad de Sevilla. Precisamente, este último prototipo fue el usado para la caracterización dinámica de dos torres defensivas medievales: la Torre Blanca de la Muralla de la Macarena de Sevilla y la Torre del Homenaje del Castillo de Utrera. Esta investigación revela que la detección de las frecuencias naturales de edificaciones es posible con un presupuesto reducido (los prototipos tienen un coste inferior a 210 €). En la etapa de validación, el máximo error relativo en la identificación de este parámetro modal con los prototipos diseñados en esta tesis doctoral fue inferior al 5.5 %. En lo relativo a las edificaciones históricas de fábrica, el prototipo del DIE permitió identificar las frecuencias naturales con un excelente grado de aproximación (máximo error relativo del 3.43 % en la Torre Blanca e inferior al 1 % en la Torre del Homenaje). Por su parte, el método FDD desarrollado Python proporcionó resultados prácticamente idénticos al software comercial. Finalmente, la aplicación del protocolo ITEHBA a los dos casos de estudio demostró la utilidad del protocolo para un rápido diagnóstico estructural de edificaciones históricas con muros de carga de fábrica convencional. |
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