Introducción a la Monotorización de las Estructuras y el Porqué de su Importancia

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Contenido

[editar] Introducción

Con la entrada en vigor del Código Técnico de la Edificación (CTE) se intenta dar respuesta a los requisitos básicos de seguridad y habitabilidad establecidos en la LOE como objetivos de Calidad en la Edificación.

El objetivo del requisito básico «Seguridad Estructural» consiste en asegurar que la edificación tenga un comportamiento adecuado frente a las acciones e influencias previsibles a las que pueda estar sometido durante su construcción y uso previsto.

Para poder alcanzar esta meta, es necesario cumplir con las exigencias básicas marcadas en el CTE: Resistencia, Estabilidad y Aptitud al Servicio.

La Resistencia y la Estabilidad deben ser las necesarias para no generar riesgos indebidos durante todas las fases de la edificación, y en el caso de existir por alguna acción extraordinaria, no producir consecuencias desproporcionadas respecto a la causa original, facilitando a su vez el mantenimiento previsto.

Puesto que el aspecto y la capacidad de carga de una estructura pueden disminuir con el tiempo debido al envejecimiento de los materiales y a la influencia del medio ambiente, puede producirse un estado crítico.

La propiedad de la estructura que garantiza que tal estado no sobrevendrá, dentro de la vida de servicio esperada, es la Durabilidad.

La Durabilidad de una estructura se puede conseguir con un diseño adecuado, construcción de calidad y un mantenimiento a posteriori. Por lo tanto, un mal diseño, una mala construcción y un mantenimiento pobre, sumados a un uso incorrecto y a nuevas condiciones ambientales o a un incremento premeditado de las cargas o de la vida de servicio, pueden llegar a colapsar la estructura o pueden hacer necesaria la reparación y/o el refuerzo de la misma.

Actualmente el 50 % de los fallos que se producen en la construcción se atribuyen a errores de proyecto y el restante 50 % a una ejecución deficiente y a la falta de calidad de los materiales. Casi la mitad de los daños se descubren durante la construcción y un 17% antes del décimo año desde su finalización.

La distribución de estos fallos según el material estructural utilizado es del 86 % para el hormigón armado, y un 7% para el hormigón pretensado y las estructuras mixtas.

Por lo tanto la meta que se debe perseguir en toda estructura no sólo es el buen diseño y la calidad en su construcción, sino también una segura y duradera explotación.

Es obvio que instrumentar y controlar una estructura mediante un sistema que nos suministre datos a tiempo real supone no sólo perseguir el buen diseño y la calidad en la construcción, sino también una segura y durable explotación de las estructuras. Las estructuras más seguras y por lo tanto más duraderas son aquellas que usualmente son gestionadas, por lo que la monitorización puede desempeñar un papel esencial en la gestión estructural.

Analizar los datos obtenidos nos permite conocer el comportamiento de la estructura y en consecuencia planifi car una posible actuación, por lo que la información analizada es básica para optimizar las operaciones de mantenimiento, reparación o reemplazo de la estructura.

Los sistemas de monitorización pueden utilizarse durante periodos cortos o largos de tiempo y de forma periódica o ontinua. Para algunas aplicaciones, la monitorización periódica da resultados satisfactorios, pero la información entre dos monitorizaciones se pierde. Sólo una monitorización continua durante la vida de una estructura puede registrar su historia de forma completa.

[editar] El porqué de su importancia

Las ventajas que se pueden obtener al monitorizar una estructura, se pueden englobar en:

Gestión estructural

La detección de un fallo durante la ejecución de una obra puede usarse para identificar posibles desviaciones del diseño proyectado. Los datos monitorizados se pueden integrar en los sistemas de gestión estructural y de esta forma incrementar la calidad en la toma de decisiones, siendo éstas más fiables e imparciales.

Incremento de la seguridad

El mal funcionamiento de una estructura implica a menudo consecuencias serias. Como no, la más grave es la de un accidente que implique pérdidas de vidas humanas, aunque existen otras de menor importancia como dejar parcialmente fuera de servicio infraestructuras vitales para la población.

Si las estructuras son monitorizadas mediante sistemas fiables y permanentes es posible estudiarlas para poder garantizar su seguridad y la de sus usuarios.

También cabe la posibilidad de que algunas estructuras estén en mejores condiciones que las supuestas previamente. En estos casos la monitorización nos permite aumentar los márgenes de seguridad sin tener que realizar ninguna intervención en la estructura. Por lo tanto una pequeña inversión en el inicio del proyecto conduce a un ahorro a largo plazo.

Si las estructuras presentan deficiencias que no pueden ser identificadas mediante una inspección visual, la monitorización aumenta la seguridad estructural, ya que las decisiones se toman antes de que sea demasiado tarde, además de que el coste de una reparación es menor ya que el tiempo de intervención también lo es.

Mejora de conocimientos

Por otra parte la monitorización ayuda a mejorar y ampliar el conocimiento de la estructura, además de permitir realizar una calibración exacta de los modelos numéricos que predicen el comportamiento de la estructura. Así el proyecto y la construcción se pueden optimizar estructural y económicamente.

Analizar el comportamiento de una estructura en condiciones reales o en un laboratorio, puede ayudar a mejorarlas en un futuro. Esto puede conducir a una construcción más barata, más segura y más duradera, con una fiabilidad aumentada, aunque debemos apuntar que la diversidad estructural debida a factores como la región geográfica donde este situada, a las influencias ambientales, a las propiedades del suelo, a las cargas, etc., hacen imposible tener un conocimiento absoluto y generalizado de todo tipo de estructuras.

Fig1-Monotorizacion Estructuras.jpg

[editar] Aplicaciones actuales

En la actualidad son varias las estructuras que se han monitorizado para estudiar su comportamiento y obtener información en tiempo real. A modo de ejemplo, se recogen las siguientes aplicaciones e investigaciones:

  • Monitorización de un puente de reciente construcción en Dresden (Alemania):

Puente de hormigón postensado en el cual se instalan 4 sensores de fibra óptica en el vano central, embebidos en el hormigón y paralelos a la dirección de los cables de postensado, para poder estudiar su comportamiento (Slowik et al., 1998) (fig. 1).

  • Monitorización de la rehabilitación del puente histórico de Horsetail Falls (Oregon):

Se refuerzan dos vigas del puente y se instalan 28 sensores de fibra óptica, para observar su comportamiento a lo largo del tiempo. Bajo las láminas de refuerzo de fibra de carbono son instalados 14 de los sensores, mientras que el resto son colocados en la parte exterior de las vigas tapados por una fi na capa de epoxy (Seim et al., 1999) (fi guras 2, 3, 4 y 5).


Fig2-Monotorizacion Estructuras.jpg Fig3-Monotorizacion Estructuras.jpg

Fig4-Monotorizacion Estructuras.jpg Fig5-Monotorizacion Estructuras.jpg


  • Monitorización de los puentes gemelos de Versoix (Suiza):

La estructura inicial del puente se diseña mediante dos vigas paralelas de hormigón postensado que soportan una losa de hormigón de 30 cm más los voladizos de ambos lados. Para poder aumentar el tránsito de vehículos se decide ampliar el puente y se opta por ensanchar más las vigas y aumentar sus voladizos. Para estudiar el comportamiento real de la nueva estructura frente la antigua, y observar la interacción entre el viejo y nuevo hormigón, se opta por monitorizar la nueva estructura instalando más de 100 sensores de fibra óptica (Inaudi et al., 1999) (figuras 6, 7, 8 y 9).


Fig6-Monotorizacion Estructuras.jpg Fig7-Monotorizacion Estructuras.jpg

Fig8-Monotorizacion Estructuras.jpg Fig9-Monotorizacion Estructuras.jpg


  • En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) se ha desarrollado un sistema integrado de monitorización y control para cordones postensados y su aplicación en estructuras.

El sistema está basado en la tecnología de los sensores de fibra óptica y su función consiste en monitorizar los desplazamientos/ deformaciones que se producen en cada uno de los alambres periféricos de un cordón de postensado e informar sobre las redistribuciones de tensiones existentes a tiempo real, detectando de este modo posibles focos de corrosión o incluso roturas localizadas en alguno de los alambres.

Se han realizado una serie de campañas de ensayos donde, gracias a la monitorización instalada se ha estudiado el comportamiento de los cordones tesados, detectando el instante de rotura de los alambres afectados por una corrosión teórica y obteniendo valores de la redistribución de tensiones (Villalba, 2006) (figuras 10 y 11).


Fig10-Monotorizacion Estructuras.jpg


Para validar el sistema de monitorización, se ha testado sobre vigas de hormigón con armadura postensada interior adherente (trazados de cables rectos y trazados parabólicos), obteniendo resultados de su comportamiento a flexión y cortante (Villalba, 2006) (fig. 12).


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Gracias a la instrumentación instalada se ha controlado también el tesado de cada una de las vigas postensadas (figuras 13, 14, y 15).


Fig13-Monotorizacion Estructuras.jpg Fig14-Monotorizacion Estructuras.jpg

Fig15-Monotorizacion Estructuras.jpg


  • Otros ejemplos, son las monitorizaciones en túneles y anclajes de muros (Schulz et al., 1999), pudiendo detectar gracias a ellos, incrementos o descensos de carga debido a un cambio en el terreno o al deslizamiento de los anclajes.

[editar] Referencias

1. INAUDI, D., VURPILLOT, S. and GLISIC, B. (1999) Long-Term Monitoring of a concrete bridge with 100 1 Fiber Optic Long-Gage Sensors. Proceedings of Non-destructive Evaluation Techniques for Aging Infrastructure & Manufacturing, Newport Beach, USA. Vol. 3587, pp. 50-59.

2. SCHULZ, L., UDD, E., SEIM J.M., and. MCGILL, G.E. (1999) Advanced fi ber grating strain sensor systems for bridges, structures and highway. Proceedings of IABSE Symposium, Rio de Janeiro, Vol. 83, pp. 132.

3. SEIM, J., UDD, E., SCHULZ, W. and LAYLOR, H.M. (1999) Composite Strengthening and Instrumentation of the Horsetail Falls Bridge with Long Gauge Length Fiber Bragg Grating Strain Sensors. OFS-13 Symposium, Kyongju, Korea.

4. SLOWIK, V., SCHATTENER, E. and KLINK, T. (1998) Fiber Bragg Grating Sensors in Concrete Technology, LACER n.o 3, pp. 109-119.

5. VILLALBA, V. (2007) Monitorización de la Corrosión en Estructuras Postensadas mediante Sensores de Fibra Óptica. Tesis doctoral ETSECCPB.


[editar] Artículos relacionados


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