Proyectos de investigación Básica o Aplicada-PII, 2019-2
Geoffrey Peter Gutiérrez Quispe; David Vidhal Sagua Pacheco; Bruno Noe Choquepata Huaricallo; Christian Malaga Chuquitaype; Julio Ernesto Riquelme Pareja; Jorge Rosas Espinoza
Objetivo
Realizar el Monitoreo de Salud Estructural en el Pabellón de la Facultad de Ingeniería Civil – UNSA, mediante metodologías no destructivas empleando sensores de bajo costo.
Resumen:
El monitoreo de salud estructural (MSE) es un método no destructivo de identificación de daño en estructuras civiles. Esta técnica implementa sensores de aceleración por ejemplo sistemas microelectromecánicos (MEMS) o piezoeléctricos y un sistema de conectividad remoto en la estructura a inspeccionar. Los sensores utilizados son un tipo de transductores que cuantifican in-situ las vibraciones en la edificación y envían datos a un servidor que almacena, administra y procesa dicha información. El análisis desarrollado con las propiedades dinámicas permite detectar y localizar los elementos con mayor riesgo de falla. En el presente proyecto de investigación se implementará una estación remota de monitoreo de salud estructural en el pabellón de la Facultad de Ingeniería Civil de la UNSA. Para ello, un conjunto de acelerómetros MEMS y componentes adicionales del sistema (otros sensores, procesadores de datos, etc.) se instalarán estratégicamente en la edificación para captar las vibraciones ambientales que se presenten durante el período de monitoreo. El sistema de monitoreo remoto estará compuesto por una red de sensores inalámbricos divididos en tres subsistemas principales: 1) Nodos sensoriales 2) Nodos coordinadores 3) Conexión remota a estación base. El intervalo de tiempo de monitoreo remoto de la estructura estará comprendido entre 6 a 18 meses. Con la data obtenida del sistema de monitoreo se procederá a filtrar la información para luego procesarla usando técnicas numéricas en base a un lenguaje de programación, estas habrán sido previamente validadas con una estructura a escala, y así obtener las características dinámicas de la edificación como las matrices de rigidez, masa, amortiguamiento y parámetros modales propios de la estructura. Esta información procesada es acompañada de la elaboración de un modelo numérico de la edificación en OpenSees. Esta herramienta informática simula el comportamiento estructural de la edificación tomando en cuenta las propiedades mecánicas de los materiales obtenidas en campo. Este modelamiento toma en cuenta el comportamiento no lineal de los materiales que conforman la estructura para así llegar a tener un comportamiento estructural real y confiable; estos resultados se van a calibrar con los que se obtengan del monitoreo. Primero se tomara para el concreto la técnica de no linealidad de Mander (curva esfuerzo-deformación) y obtención de diamantinas; para el acero se harán escaneos para verificar su espaciamiento.
Palabras clave
Monitoreo, Salud Estructural, Sensores, Acelerómetros, MEMS, Edificaciones, Bajo costo, Ingeniería Estructural, Concreto Armado, Sistema Aporticado, Modos de Vibración. AREQUIPA, UNSA
Problema central
Esta investigación se justifica en que se desconoce la salud estructural y cuál sería el comportamiento real del pabellón de la FIC ante eventos sísmicos futuros debido a que esta edificación ya ha presentado daños debido a eventos sísmicos pasados; en la región Arequipa no se tiene políticas de monitoreo de estructuras esenciales y tampoco se está aprovechando estas nuevas tecnologías y recursos en el campo de la ingeniería estructural como si se viene desarrollando en otros países.
Hipótesis planteada
La implementación de un sistema de monitoreo estructural empleando sensores de bajo costo permitirá conocer la salud estructural actual del pabellón de la FIC – UNSA a partir de identificación de sus propiedades dinámicas.
Resultados esperados
- 02 artículos publicados en revistas indizadas en Scopus o WoS (que no pertenezcan a la categoría ESCI al ser revistas sin impacto); 01 generado por el IP, co-investigadores e Investigador Invitado de Impacto Internacional y 02 generado por el investigador de pregrado) uno relacionado al procedimiento propiamente dicho y otro relacionado a la sensibilidad, especificad, confiabilidad, valor predictivo positivo y valor predictivo negativo del método.
Solo podrán figurar como autores o co-autores de los artículos con fines de titulación, las siguientes personas:
- Uno (01) a tres (03) investigadores de Pregrado
- Un (01) investigador principal
- Un (01) investigador visitante de impacto Nacional o Internacional
- 03 estudiantes o egresados de pregrado de la UNSA titulados con la opción de Tesis formato artículo
con publicación en revistas indizadas Base Scopus o Web of Science
- 01 ponencia realizada nacionalmente.
- 02 profesionales Capacitados (pasantías, cursos talleres, etc. con duración mayor a 24HH).
- Un libro (versión digital) redactado en lenguaje común y corriente (para entregar a Autoridades
Públicas, Medios de Comunicación, Repositorio, algunos Colegios) con fines de divulgación de la(s) Investigación(es) desarrolladas.
Según se indican en las bases, el VRI, se encargará de la Impresión de ejemplares, organizar la presentación y hacer la distribución.
Impactos esperados
Impacto Social
En términos sociales, la naturaleza abierta del proyecto propuesto permitirá que la sociedad pueda sumarse a la tarea de protección de edificios existentes. Su aplicación para el análisis de todo tipo de edificaciones tendrá un impacto positivo directo en la seguridad social y proveerá de datos que soporten la definición de nuevas políticas sectoriales en vivienda y construcción.
Impacto Económico
La identificación y/o caracterización de las propiedades dinámicas reales de la estructura permitirá disponer un accionar de prevención que contemple un costo-beneficio menor si se compara con los costos asociados a una intervención postevento sísmico. Además, el uso de sensores MEMS constituye un impacto económico positivo debido a que su costo significativamente menor respecto a sistemas tradicionales hace mucho más accesible la implementación de este sistema de monitoreo.
Impacto Académico
El desarrollo de esta investigación generará un impacto académico positivo debido a que por ser la primera de este tipo en la región Arequipa, sentará las bases y una guía para futuras investigaciones relacionadas a esta área.