lunes, 24 de junio de 2024 · 0 min read
Análisis modal de la Catedral de Crotone
La Catedral de Crotone se encuentra en Calabria, una región propensa a terremotos. El monitoreo estructural ayuda a proteger esta estructura histórica y cultural de los daños causados por eventos sísmicos. Estos sistemas de monitoreo detectan movimientos del suelo y vibraciones que podrían indicar riesgos.
El análisis modal proporciona una imagen dinámica de la respuesta estructural a las vibraciones. Los proveedores de servicios de ingeniería civil, 2MG y Co.Ma.Te.C., aplicaron una solución de análisis modal de Dewesoft.
Calabria es una región sísmica sujeta a terremotos. Dada su importancia histórica y cultural, es esencial monitorear la Catedral para protegerla de los daños causados por eventos sísmicos. Los sistemas de monitoreo pueden detectar movimientos del suelo y vibraciones que podrían indicar riesgos de daño estructural durante un terremoto. El análisis modal, por otro lado, proporciona una imagen dinámica de la respuesta estructural a las vibraciones.
La Catedral de Crotone data de 1686, como lo atestigua una placa de mármol de la iglesia dedicada a la Santísima Virgen María. Es una estructura de significativo patrimonio cultural e histórico. Es necesario analizar constantemente la integridad estructural para preservar y conservar este monumento para las generaciones futuras.
La Catedral - un poco de historia
La Catedral de Crotone, también conocida como la Catedral de Santa María Assunta, es uno de los principales lugares de culto de Crotone. Se encuentra en la costa del Mar Adriático, en la región de Calabria, Italia.
La historia de la catedral se remonta al siglo XII, cuando los ciudadanos construyeron una iglesia románica en el sitio de la catedral actual. A lo largo de los siglos, la estructura ha sido objeto de varias transformaciones y ampliaciones. En el siglo XVI, durante el período de dominación española, la iglesia sufrió modificaciones significativas en estilo renacentista, lo que le dio al edificio su apariencia actual.
Uno de los momentos más significativos en la historia de la Catedral de Crotone fue el terremoto de 1638, que causó daños considerables a la estructura. La ciudad inició la reconstrucción y restauración, lo que llevó a nuevos cambios arquitectónicos.
El interior de la catedral tiene una planta de cruz latina, con una nave central y dos naves laterales. El altar mayor está decorado con valiosas obras de arte, incluyendo pinturas y esculturas de artistas locales y de la escuela napolitana.
A lo largo de los siglos, la Catedral de Crotone ha experimentado diversas transformaciones estilísticas y arquitectónicas, reflejando los diferentes períodos históricos que han caracterizado a la ciudad y a la región circundante. Hoy en día, la catedral representa un lugar de culto esencial para los fieles y un testimonio tangible de la rica historia y cultura de la ciudad de Crotone.
Los socios de servicio
Este proyecto fue gestionado por 2MG S.r.l. y Co.Ma.Te.C. S.r.l, empresas italianas que ofrecen servicios y consultoría en ingeniería estructural.
2MG S.r.l. ofrece servicios de ingeniería estructural y geológica y apoyo para el desarrollo, implementación e integración de estas actividades. Su negocio incluye el diseño, la instalación y la creación de sistemas de monitoreo para medir parámetros físicos y ambientales. También realiza diagnósticos estructurales, verificaciones reglamentarias y experimentales, servicios de geología e investigaciones geodiagnósticas.
Co.Ma.Te.C. S.r.l es una empresa de consultoría en ingeniería civil y ambiental. Nació de décadas de experiencia adquirida por sus fundadores en diagnósticos estructurales, pruebas de carga, pruebas in situ y diseño. Hoy en día, la empresa ofrece soporte técnico a organismos públicos, empresas y profesionales del sector de la ingeniería. Son expertos en determinar las características físico-mecánicas de materiales y suelos y en apoyar procesos de análisis y verificación.
El sistema de adquisición de datos
Diseñamos el sistema de adquisición para llevar a cabo un análisis modal de la Catedral. Nos hemos enfocado específicamente en garantizar resultados precisos y significativos y en el bienestar de la arquitectura histórica en cuestión.
Un proyecto de esta naturaleza requiere la selección de sensores apropiados para recopilar datos sobre el comportamiento dinámico de la estructura. Se utilizan comúnmente acelerómetros, que miden la aceleración en respuesta a las vibraciones y movimientos de la estructura.
Deben colocarse estratégicamente en diferentes puntos críticos de la Catedral para capturar los modos de vibración más significativos. Necesitábamos identificar el punto de instalación óptimo para asegurar una cobertura completa de la estructura y capturar los modos de vibración dominantes en todas las direcciones. El factor arquitectónico a menudo hace que este proceso sea más problemático, ya que requiere prestar atención a las superficies cubiertas con la instrumentación de análisis para preservar el factor histórico-cultural.
Por varias razones, es esencial tener una instantánea temporal del comportamiento dinámico de la Catedral.
Evaluación de la estabilidad estructural
El análisis modal proporciona información crucial sobre la respuesta dinámica de la estructura a cargas externas, como el viento o los terremotos. Podemos utilizar los datos para evaluar la estabilidad estructural e identificar cualquier problema o riesgo de fallo.
Diseño y mantenimiento
Comprender los modos de vibración natural de la estructura es fundamental para diseñar medidas de refuerzo o mejora de la estabilidad. Además, monitorear el comportamiento dinámico de la estructura a lo largo del tiempo permite la identificación temprana de cualquier deterioro o anomalía que requiera intervenciones de mantenimiento.
Seguridad pública
Un conocimiento profundo del comportamiento dinámico de la Catedral nos permite garantizar la seguridad del público que visita la estructura. Identificar y mitigar los riesgos asociados con problemas estructurales ayuda a proteger la seguridad y el bienestar de las personas.
Adquirir información sobre el comportamiento dinámico de una estructura mediante un análisis modal es esencial para evaluar su estabilidad, diseñar intervenciones de mejora y garantizar la seguridad pública. Un sistema de adquisición bien diseñado y un análisis correcto de los datos proporcionan información valiosa para la gestión y conservación de estructuras históricas y monumentales.
La solución de medición
El sistema utilizado para la adquisición de datos estaba compuesto por lo siguiente:
16x Dewesoft IOLITE® 3xMEMS: Dispositivo de acondicionamiento de señal con acelerómetro tipo MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) integrado, con la función de inclinómetro biaxial integrada (pitch y roll).
2x Dewesoft IOLITE-POWER-INJECTOR IOLITE® modular accessories manual: Inyectores PoE pasivos para alimentar dispositivos IOLITE 3xMEMS.
Dewesoft Artemis OMA Dewesoft ARTeMIS OMA (Operation Modal Analysis): Software de elaboración para análisis modal.
Los sensores instalados son Dewesoft IOLITEi-3xMEMS-ACC-INC. Este dispositivo de adquisición de datos tiene un acelerómetro MEMS de bajo ruido integrado. Está diseñado para monitorear la salud estructural de estructuras inmensas como puentes, edificios, antenas, estadios, grandes máquinas, etc.
Los dispositivos IOLITE 3xMEMS-ACC-INC son sensores integrados para medir vibración, inclinación, velocidad, desplazamiento, pitch y roll. Dentro del dispositivo, un acelerómetro MEMS triaxial integrado mide la aceleración. El acelerómetro está firmemente sujeto al chasis mecánico. Gracias a un proceso de calibración preciso que traza las respuestas de la curva de temperatura, también pueden proporcionar datos de inclinación.
El dispositivo también realiza la conversión de analógico a digital (ADC). Esta característica elimina cualquier ruido captado por el cableado analógico. Las largas distancias, la alta precisión en el proceso de transmisión y el alto nivel de sincronización (1us) ya no son un problema, optimizando el tiempo de instalación y los recursos financieros.
Un microprocesador dentro del dispositivo transmite las muestras de aceleración al software de adquisición de datos DewesoftX que se ejecuta en una PC con Windows. Alternativamente, los dispositivos pueden conectarse a cualquier controlador que ejecute un maestro EtherCAT. La escala del sensor es automática; los datos en g o m/s² están disponibles de inmediato.
Un sensor de temperatura interno montado dentro del dispositivo mide la temperatura del acelerómetro MEMS. DewesoftX muestra estas lecturas como un canal de monitor del sistema. Los valores se actualizan una vez por segundo.
Los archivos de datos de tiempo operativo Dewesoft (DXD) son directamente exportables al software Dewesoft ARTeMIS OMA para realizar el análisis. Con el software Dewesoft ARTeMIS OMA, podemos estimar los parámetros modales completos para estructuras en funcionamiento donde solo hemos adquirido los datos de respuesta de salida. Los parámetros modales son las formas modales, las frecuencias naturales y los coeficientes de amortiguamiento.
El software admite la estimación de frecuencias naturales, coeficientes de amortiguamiento, estimación y animación de formas modales, estimación de formas modales regulares, Descomposición del Dominio de Frecuencia (FDD) y Descomposición del Dominio de Frecuencia Mejorada (EFDD).
Esto hace posible la trazabilidad del cambio en el comportamiento dinámico de la estructura a lo largo del tiempo. Comenzando desde cero con el análisis de vibración de la estructura y terminando con formas modales, ¡podemos observar la degeneración del material en términos de respuesta de vibración de la estructura!
La instalación
Usamos una plataforma elevadora móvil (MEWP) para realizar instalaciones a altura de manera segura y eficiente. Estos vehículos ofrecen varias ventajas y son ampliamente utilizados en diversos sectores, incluidos la construcción, la industria y el mantenimiento de infraestructuras.
La utilidad de las MEWP para instalaciones en altura se debe a varias razones:
Acceso seguro: Estos vehículos permiten a los operadores acceder a puntos altos de manera segura, reduciendo el riesgo de caídas y accidentes laborales.
Eficiencia en el trabajo: Las plataformas de trabajo ofrecen una base estable y un amplio rango de movimiento, permitiendo a los operadores completar tareas a altura rápida y eficientemente.
Flexibilidad: Diferentes tipos de camiones ofrecen una amplia gama de opciones para adaptarse a las necesidades específicas del trabajo, incluyendo el acceso a espacios confinados, grandes alturas o trabajar en terrenos irregulares.
Versatilidad: Las plataformas elevadoras pueden ser utilizadas en diversas industrias y aplicaciones, desde el mantenimiento de edificios hasta la construcción, el mantenimiento de líneas eléctricas y más.
Los resultados
Los puntos de medición y el tipo de módulos elegidos para el análisis modal hicieron que la extrapolación de datos fuera muy difícil. El comportamiento no homogéneo de la estructura de mampostería significó que el diagrama espectral carecía de información. Sin embargo, se identificaron tres frecuencias resonantes. La primera está relacionada con un comportamiento de traslación de la estructura, la segunda implica un elemento estructural y la tercera está relacionada con el movimiento de la cúpula en la parte superior.
Vea los diagramas espectrales de las bandas de frecuencia afectadas en la Figura 11.
Los modos de vibración reproducidos mediante el software Dewesoft Artemis OMA son los siguientes:
Vea la grabación en video del tercer modo en ARTeMIS.
Conclusión
El análisis modal demuestra ser una herramienta esencial para comprender el comportamiento dinámico de las estructuras en el sector civil. Al identificar los modos de vibración natural, esta metodología proporciona información valiosa para evaluar la estabilidad estructural, diseñar intervenciones de mejora y garantizar la seguridad pública. El desarrollo continuo de técnicas avanzadas de análisis y adquisición de datos promete hacer que el análisis modal sea aún más efectivo para apoyar la gestión y conservación de nuestra infraestructura, contribuyendo así a un mundo más seguro y resiliente.
La instrumentación precisa es fundamental para el análisis modal. Garantiza que los datos recopilados sean confiables y representativos del comportamiento dinámico de la estructura. Los acelerómetros y otros sensores deben ser sensibles para detectar incluso los patrones de vibración más sutiles. La instrumentación debe muestrear datos a frecuencias adecuadas para capturar las vibraciones relevantes y evaluar el amortiguamiento de la estructura.
Los datos deben ser comparables y validados con modelos teóricos o simulaciones numéricas. Invertir en instrumentación de alta calidad es esencial para una comprensión completa y confiable del comportamiento dinámico de las estructuras.
Agradecimientos
Por el material proporcionado, muchas gracias a:
Ing. Gianfranco Fiondella (2MG S.r.l.)
Ing. Enrico Ruggiero (2MG S.r.l.)
Ing. Raffaele Mastroianni (Co.Ma.Te.C. S.r.l.)