Propuesta de metodología para la estimación de la capacidad residual de edificaciones de albañilería usando el monitoreo de salud estructural

Abstract

El monitoreo de salud estructural es un método de detección de daños que usa un seguimiento permanente de la información brindada por sensores ubicados en diferentes puntos de una estructura. Al ser obtenida la información en tiempo real, es posible conocer sobre el estado de una estructura ante un sismo en un corto tiempo. Se sabe además que, en un sismo, la muerte de seres humanos es ocasionado principalmente al colapso de las edificaciones, no necesariamente provocadas por el evento principal, sino por las réplicas. Esto ocurre debido a que las estructuras pierden parte de su capacidad luego de soportar el primer evento. Estudios muestran, además, que más del 83% de las viviendas en Lima metropolitana y Callao son de albañilería (Díaz, 2019). En ese sentido, se plantea una metodología para evaluar la capacidad residual de las edificaciones de albañilería usando el monitoreo de salud estructural, tal que pueda ser implementado en el corto tiempo que existe entre un evento principal y su réplica. Se llevo a cabo un ensayo experimental con especímenes a escala, sometidos a movimientos sísmicos en mesa vibradora. Los especímenes se instrumentaron con sensores de aceleración de bajo costo. Se observo que en el rango elástico es posible calcular los desplazamientos con las aceleraciones medidas. Sin embargo, en el rango inelástico se origina un desplazamiento residual. Se plantearon también 110 estructuras de albañilería modeladas como sistemas de un grado de libertad (SDOF), con las que se realizaron análisis dinámicos con registros históricos peruanos, considerando un sismo principal y su réplica. Con los resultados obtenidos, fue posible estimar el desplazamiento residual y la degradación de las propiedades de las estructuras. Finalmente, se aplicó la metodología propuesta a los modelos SDOF y a un modelo tridimensional de tres pisos, concluyendo que, es posible estimar la respuesta máxima de las edificaciones de albañilería para la réplica.

Structural health monitoring is a method of detecting damage to a structure with permanent monitoring of the information provided by sensors located at different points of the structure. Because the information is obtained in real time, it is possible to evaluate the residual capacity against aftershocks immediately after a first earthquake event. The death of human beings in an earthquake is mainly due to the collapse of buildings, caused not necessarily by the main event, but by aftershocks. This is because the structures lose part of their capacity after supporting the first event. Studies also show that more than 83% of the houses in metropolitan Lima and Callao are masonry (Díaz, 2019). In this sense, a methodology is proposed to evaluate the residual capacity of masonry buildings using structural health monitoring, so that it can be implemented in the short time between a mainshock and its aftershock. An experimental test was carried out with scale specimens subjected to seismic movements on a shaking table. The specimens were instrumented with low-cost acceleration sensors. It was observed that in the elastic range it is possible to calculate the displacements with the measured accelerations. However, in the inelastic range a residual displacement originates. 110 masonry structures modeled as single degree of freedom system (SDOF) were also proposed, with which dynamic analyzes were carried out with Peruvian historical records, considering a mainshock and its aftershock. With the results obtained, it was possible to estimate the residual displacement and the degradation of the properties of the structures. Finally, the proposed methodology was applied to the SDOF models and to a three-story three-dimensional model, concluding that it is possible to estimate the maximum response of the masonry buildings for the aftershock.