monitorización de estructuras

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Monitorización de flechas en forjado sometido a nuevas cargas

En el caso que voy a presentar, la solicitud de la dirección técnica se centraba en realizar la monitorización en continuo de las deformaciones (flechas) de un forjado sujeto a nuevos esfuerzos derivados de un nuevo caso de uso del mismo.

La propiedad del inmueble realizo un proyecto de modernización que incluía entre otras medidas, la ejecución de una nueva entrada al edificio utilizando para ello un gran cajón de vidrio estructural con un peso que superaba las 40 T.  Monitorizar las flechas en el forjado inmediatamente inferior al de ubicación de la nueva estructura resultaba básico por dos motivos.

Acceso al edificio
Cajón de vidrio estructural. El elevado peso del conjunto y la limitación en las flechas máximas obligo a una monitorización en continuo de las deformaciones a lo largo del proceso de montaje mecánico y posterior estabilización de la estructura.
  1. Evidenciar que las flechas obtenidas con la nueva carga eran acordes al cálculo realizado por la dirección técnica.
  2. Asegurar que en ningún caso se superaban los movimientos límite que pudiesen afectar a la integridad del cerramiento de vidrio estructural que lógicamente por las características del propio material tiene un comportamiento no elástico.

La solución planteada por nuestro equipo técnico se resumía en instalar un total de 14 sensores capaces de registrar con precisión sub-milimétrica las flechas en cada punto de control y trasladarla a la plataforma kBuilding con el objeto de realizar un seguimiento por parte de la dirección facultativa y asistencia técnica de la propiedad.

Como elementos a destacar en esta monitorización destacan:

  • Utilización de imanes de neodimio para fijar con rapidez puntos fijos de anclaje a la estructura metálica auxiliar de refuerzo.
  • Como elemento de unión entre el punto de anclaje en la estructura y el sensor empleo de hilos de invar (baja dilatación térmica) que evitasen errores de medida motivados por los cambios de temperatura en el entorno.
  • Empleo de bases metálicas de nivelación para garantizar la linealidad vertical del desplazamiento.
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Aspecto de dos sensores de desplazamiento vertical responsables de capturar y enviar a la plataforma kBuilding las deformaciones (flechas) de la estructura metálica de refuerzo instalada como refuerzo de la existente.

Tras más de 8 meses de monitorización en continuo, la estructura de refuerzo auxiliar al entrar en carga evidencio movimientos dentro del rango esperado en el calculo inicial,  luego se procedió a desmontar todo el sistema de instrumentación instalado para permitir el uso comercial del local empleado para la instalación de los equipos.

Grafica de movimientos forjado
Evolución en el tiempo de la flecha de la estructura desde el momento en que la estructura empieza a soportar la nuevas solicitaciones.

 

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Monitorización de vibraciones en soterramiento urbano de vías de ferrocarril

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Ubicación de sensor de vibraciones apoyada a la losa inferior del soterramiento. 

Durante las obras de soterramiento urbano de las vías de tren, la ejecución de los trabajos ha obligado a que de manera puntual el trazado ferroviario discurra de manera paralela a la losa de cubierta del soterramiento.

Ante la posibilidad de que el paso continuo de trenes pudiese afectar estructuralmente a la losa inferior del soterramiento, la dirección de obra asesorada por el técnico Javier Rebollo (Rebollo Ingeniería) considera oportuno monitorizar por un lado las vibraciones en continuo en la losa inferior del soterramiento y por otra lado los posibles desplazamientos en determinadas posiciones de la losa de supresión.

El equipo de kBuilding realiza una monitorización triaxial de Vpp con frecuencia de registro máxima de 400 Hz y con un tiempo de envío a la plataforma kBuilding de apenas 60 s. Toda la información obtenida a lo largo del tiempo correlacionada con el paso de los convoyes ferroviarios ha permitido a la dirección de obra disponer de información necesaria para su toma de decisiones.

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Situación del concentrador de señales anclado a los pilotes laterales. Es necesario instalar un soporte horizontal para optimizar la señal GPRS.

A nivel de instalación de los equipos, el único problema surgió por la baja señal de GPRS en el interior del soterramiento. Dicha cobertura es condición necesario para el envío de los datos a la plataforma kBuilding. Para mejorar la cobertura se opto por situar la antena GPRS en una ménsula que aleja la antena de la pared y con ello se consigue optimizar la cobertura y el envío de datos.

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BIM y Monitorización estructural

Logo de BIM y SHM

En la última edición de BIMEXPO (Madrid Octubre 2016) coincidiendo con la feria CONSTRUTEC, se evidencio la cada vez mayor importancia de esta metodología de trabajo colaborativo para la creación y gestión de un proyecto de construcción.

El principal objetivo del BIM (Building Information Modeling) es centralizar toda la información del proyecto en un modelo de información digital creado por todos los agentes involucrados.  Esto supone una evolución de los sistemas tradicionales basados en planos e informes ya que incorpora información geométrica (3D), tiempos (4D) y costes (5D) así como información sobre sostenibilidad y eficiencia energética.

El uso del BIM va más allá de la fase de diseño, abarcando la ejecución del proyecto y extendiéndose a lo largo del ciclo de vida del edificio permitiendo así la gestión del mismo y reduciendo los costes de operación.

Es en este uso, una vez finalizado la ejecución del proyecto, donde la monitorización estructural, ambiental y/o energética del edificio, aportan valiosa información a la hora de optimizar los costes de explotación y mantenimiento del edificio, monumento, etc.

Actualmente, empiezan a aparecer las primeras colaboraciones entre empresas con productos complementarios entre si; por un lado empresas con plataformas de gestión integral basadas en BIM, que actúan como gestores documentales del edificio, y por otro, empresas que generan datos e informes vinculados al edificio, que encuentran en la plataforma de gestión documental basada en BIM la herramienta perfecta para clasificar esa información vinculada a las partes del edificio.

Como caso real de este tipo de colaboraciones BIM & SHM tenemos el proceso de integración realizado por los siguientes productos:

PetroBIM es una novedosa herramienta BIM capaz de integrar online y de forma visual toda la información disponible de un bien cultural, haciendo que todo tipo de proyectos de restauración, estrategias de conservación preventiva, gestión y divulgación puedan convertirse en un modelo-maqueta virtual que permita navegar, desplazarse e interactuar con él, crear secciones virtuales, generar filtros para consultar gráficas, emitir búsquedas instantáneas de información, etc.

Pantalla de Visualización de la Plataforma PetroBIM. La incorporación de datos obtenidos de la Plataforma kBuilding, permite disponer de datos de monitorización de manera integrada con otra información del monumento (ensayos, informes, etc.).

kBuilding, es una innovadora herramienta SHM orientada a ingenierías estructurales, estudios de arquitectura, empresas de construcción, servicios técnicos de ayuntamientos, etc. que facilita realizar la monitorización de estructuras, parámetros ambientales y energéticos en tiempo real custodiando, gestionando y visualizando toda la información en un servicio web capaz de gestionar los datos capturados por la red sensorial.

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La captura de datos estructurales/ambientales en monumentos históricos es fundamental para un mantenimiento adecuado. Así mismo, la consulta de datos de manera centralizada y organizada, optimiza los recursos. En la foto, interior de la Iglesia Prerrománica de San Miguel de Lillo. Oviedo. Asturias.

El modelo de colaboración establecido entre ambas empresas permite que el servidor  de kBuilding responda a las peticiones realizadas por la herramienta PetroBIM cuando uno de sus usuarios desea conocer datos de alguno de los sensores instalados en el monumento monitorizado. Todos los sensores instalados aparecen localizados con precisión sobre el monumento y esto permite a los técnicos aglutinar toda la información de manera colaborativa optimizando los estudios, ensayos, informes y trabajos realizados en el monumento a lo largo del tiempo.

Resumiendo, este tipo de soluciones colaborativas entre empresas, garantiza que los datos capturados perduren a lo largo de todo el ciclo de vida del proyecto/estudio, evitando duplicidades y en muchos casos evitar estudios e información duplicada motivada por falta de organización y colaboración.

Sin duda la tecnología BIM ha aparecido para quedarse y en los próximos meses surgirán más iniciativas de este tipo, todo un avance para el sector de la construcción y  conservación del patrimonio.

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Nuevos tiempos para las construcciones urbanas

 

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La reconstrucción de edificios en cascos históricos ha sido un problema en las ciudades. Madrid de los Austrias.

 

Es estos últimos años, se ha observado un repunte en la reconstrucción y rehabilitación de edificios situados en el  casco antiguo de las ciudades, revalorizando estas zonas céntricas y dejando atrás los tiempos de decadencia a las que se habían visto sometida.

La falta de solares libres en el centro histórico, hace casi obligatoria la demolición de la estructura existente, ya sea de manera total o parcial (en el caso de que tengamos que conservar la fachada principal por tratarse de un edificio singular). La nueva promoción tendrá que adaptarse a la demanda actual del mercado, por lo que es muy habitual la construcción de sótanos para ofrecer plazas de garaje y trasteros a los nuevos inquilinos.

Una vez que estamos en el solar, es cuando aparecen las primeras tramas, cuando pasamos del papel a pie de obra. El comportamiento de una estructura sometida a cambios en su reparto de cargas hace que esta sufra movimientos. Podemos hacer un estudio previo del comportamiento que puede tener la estructura o incluso una simulación, pero en la obra pueden surgir diferentes batallas. Y es ahí cuando incorporar las nuevas tecnologías que disponemos actualmente cobra sentido. Monitorizar estas estructuras con kBuilding te ofrece mejoras en cuestiones de:

  • SEGURIDAD
  • RENDIMIENTO
  • ECONOMÍA
  • ESTÉTICA (En el caso de monitorización de edificios históricos)

Las actividades de demolición y vaciado de un solar, afectan directamente a los edificios colindantes, disminuyendo temporalmente sus prestaciones y capacidades. Uno de los primeros síntomas, son los movimientos de reajuste de la estructura debidos al efecto descarga generado por la demolición, que nos da lugar principalmente a la aparición de grupos de grietas y fisuras en las medianeras. La monitorización de estas grietas para observar su comportamiento a lo largo de la ejecución de la obra de vaciado del solar, nos puede prevenir de daños más graves e importantes en la estructura.

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Medianeras monitorizadas por kBuilding en el Barrio Salamanca, Madrid.

 

En cuanto a las excavaciones, a diferencia de las construcciones de grandes residenciales en el extrarradio, en estos casos hay que tomar una serie de precauciones, ya que se trabaja con menor grado de libertad al poder afectar a las cimentaciones de edificios anexos. En varias ocasiones hemos visto noticias sobre desplomes de muros en edificios colindantes a una obra o incluso su colapso y esto suele ocurrir por la intrusión de la excavación en zonas que afectan al terreno de cimentación del otro edificio, produciendo movimientos de tierras que comprometen a la seguridad del edificio.

Como dice el dicho, es mejor prevenir que curar, por lo que aparte de tomar las precauciones típicas, previas a la ejecución de la obra, ahora podemos beneficiarnos de nuevas tecnologías como es la monitorización remota de kBuilding. Basándonos en la colocación de sensores ( fisurómetros, inclinómetros, acelerómetros…)  que permiten registrar, visualizar y alertar de posibles movimientos en  tiempo real de la estructura que queremos controlar, manteniendo la seguridad en la zona de trabajo de la obra.

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Monitorización de una Vivienda Unifamiliar

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Personal a la llegada de la vivienda unifamiliar. En la vivienda no se disponía de suministro eléctrico luego todo los equipos instalados son 100% autónomos.

En este nuevo caso real de monitorización estructural utilizando la plataforma kBuilding.es, el objetivo inicial era evaluar el posible movimiento de una vivienda unifamiliar ubicada en una ladera dentro de una urbanización próxima a la ciudad de Jaén.

La vivienda unifamiliar con una superficie en planta superior a las 150 m² presenta actualmente una fuerte inclinación a favor de la ladera. La nivelación de la parcela con rellenos mal compactados se articula como la causa potencial del movimiento. Una cimentación basada en losa de hormigón, ha hecho que si bien la vivienda presente un desnivel acumulado entre de más de 15 cm, en la vivienda no han aparecido grietas. La vivienda se mueve como un bloque rígido apoyado en un terreno sin consolidar y con nulas características mecánicas.

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Equipo concentrador de señal IP68 anclado a la solera (planta baja) de la vivienda unifamiliar. El equipo es 100% autónomo sin necesidad de suministro eléctrico.

Con la intención de seguir controlando el movimiento de la vivienda, el equipo técnico responsable de la estabilización, ha optado por la instalación de dos inclinómetros de precisión anclados a la solera de la planta sótano de la vivienda y en el punto mas alejado del eje de giro de la losa de cimentación.

 

Actualmente el sistema de monitorización lleva mas de 4 meses monitorizando el movimiento de la losa. El objetivo es pasados 6 meses de seguimiento,  ejecutar la solución técnica que permita la estabilización de la losa (inyección de mortero o ejecución de micro pilotes) y comprobar durante los siguientes 6 meses la efectividad de la solución adoptada.

A nivel de costes, este tipo de monitorización está en linea con el alcance del proyecto y su duración. Se puede redondear a un coste final de 50 €/mes por cada señal adquirida incluyendo instalación y alquiler de equipos durante la fase de monitorización.

 

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Monitorización del hundimiento de una solera

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Solera de hormigón en nave industrial de estructura mixta.

En ocasiones las instalaciones comerciales o industriales están construidas sobre capas de rellenos de gran espesor. El proyectista recurre al PG3 para determinar la calidad del relleno (seleccionados, adecuados, tolerables, marginales e inadecuados) pero durante la ejecución en muchas ocasiones un inexistente plan de control de calidad permite que las calidades del relleno así como su correcta ejecución y control (ensayo proctor, densidades in-situ, placas de carga, etc) no cumplan con lo prefijado en el  proyecto por el técnico.

Esta situación ocasiona a medio plazo un asentamiento en algunos casos de la estructura y solera (cimentaciones superficiales) y en otros (estructura pilotada) únicamente de la solera apoyada en el relleno. En cualquier caso son situaciones que exigen un estudio técnico y un seguimiento de la patología estructural que permita evaluar si el problema está solucionado o por lo menos bajo control.

El caso real que voy a exponer parte de una nave comercial construida sobre un relleno de 10 metros de arcillas que han resultado finalmente de alta deformabilidad. Si bien la estructura de hormigón prefabricado está pilotada y no se sufre movimientos, la solera de hormigón, con 40 cm de canto está sufriendo en algunas partes un hundimiento progresivo inducido por el secado de las arcillas. Con un asentamiento teórico estimado en el ultimo informe geotécnico de 16 cm., el objetivo de la propuesta técnica es controlar el asentamiento y su evolución en el tiempo.

Alternativas planteadas

Partiendo de la premisa que la estructura no sufre movimientos se plantean dos alternativas.

  • Un seguimiento topográfico de la solera. Para ello partiendo de un pilar de la estructura se diseñaría un conjunto de puntos de control en la solera que se controlarían en un intervalo de 3 meses. (4 visitas en 12 meses).
  • Una monitorización en continuo del hundimiento de la solera. Mediante la instalación de medidores de distancia de hilo inextensible anclados entre las vigas de la estructura y la solera de hormigón.
Sensor de desplazamiento por cable

Mejor solución

La instalación de 6 medidores electrónicos de distancia de hilo inextensible conectadas a una herramienta de análisis de los datos (www.kbuilding.es) ha sido la solución preferida por los técnicos responsables del proyecto.

Las tres principales ventajas que han encontrado son:

  • Posibilidad de acceder en todo momento a la información de la evolución de los movimientos de la solera en los puntos de interés.
  • Disponer de movimientos absolutos y su variación en el tiempo. Posibilidad de asociar estos movimientos con lluvias en la zona. (las arcillas deformables son muy sensibles a la presencia de agua).
  • Poder generar alarmas si se producen movimientos fuera de los límites de control preestablecidos.

En resumen, en este proyecto, con un presupuesto equivalente para ambas alternativas, el disponer de 6 puntos monitorizados y estrategicamente situados en una solera de aproximada de 4.000 m² unido a conocer en tiempo real datos sobre su movimiento en función al tiempo ofrece a los técnicos responsables del proyecto más información útil que la alternativa de un seguimiento topográfico discreto (medidas cada 3 meses) de un mayor número de puntos.