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Tesis:

Instrumentación de edificios para la evaluación del estado estructural en tiempo real

  • Autor: GARCÍA DÍAZ, Julián

  • Título: Instrumentación de edificios para la evaluación del estado estructural en tiempo real

  • Fecha: 2020

  • Materia: Sin materia definida

  • Escuela: FACULTAD DE INFORMATICA

  • Departamentos: AEROTECNIA

  • Acceso electrónico: http://oa.upm.es/66441/

  • Director/a 1º: NAVARRO CANO, Nieves
  • Director/a 2º: RUA ALVAREZ, Edelmiro

  • Resumen: En este trabajo de investigación, se pretende desarrollar un nuevo sistema de monitorización de estructuras en edificios, promovido por la rápida evolución de las tecnologías que están transformando nuestro entorno en ciudades inteligentes. La visión de esta ciudad para el año 2030 por parte de los expertos identifica tecnológicamente una serie de áreas de actuación: energía y medio ambiente, edificios e infraestructuras, movilidad e intermodalidad, gobierno y servicios sociales, así como unas áreas transversales: TIC, sensores, seguridad y materiales. La optimización de la ciudad inteligente a través de su monitorización se verá incrementada en los años venideros no sólo a nivel privado sino también en la parte pública, con la incorporación de una red de sensores avanzados que recabe información de alumbrado, contaminación ambiental y acústica, tráfico, etc., que será utilizada para gestionar de forma eficiente todos los procesos que gobiernan una ciudad por parte de las distintas administraciones. Desde la parte privada, el sector de la construcción, y en particular el de la edificación, es partícipe de este avance y ha ido incorporando en los últimos años diversas soluciones en materia de sistemas de gestión energética, control automatizado avanzado de instalaciones, domótica, inmótica, seguridad, etc., en una transición hacia los denominados Edificios Inteligentes. Por tanto, los sistemas de control dinámicos son uno de los pilares esenciales de la construcción inteligente. Algunas de sus aplicaciones se encuentran muy desarrolladas tecnológicamente como por ejemplo la domótica o en algunos casos en obra civil o edificaciones singulares, donde el control y evolución de las estructuras es un requisito fundamental para garantizar la seguridad de los usuarios o por motivos de conservación del patrimonio arquitectónico y cultural, como la monitorización de la Sagrada Familia durante la excavación del túnel del tren de alta velocidad. Por el contrario, para la gestión del estado estructural de edificios durante su ciclo de vida útil no existen en la actualidad aplicaciones capaces de determinar y analizar el comportamiento estructural de un edificio en su conjunto. En este escenario se ha creado un sistema de sensores de fibra óptica embebidos en hormigón capaces de medir las deformaciones producidas tanto por las cargas impuestas como por la temperatura ambiente en un edificio de paneles prefabricados de hormigón. Pero hasta llegar a este punto, se han realizado pruebas en elementos estructurales más sencillos, analizando flechas, deformaciones, y se ha podido concretar de una manera muy precisa el momento en que un elemento estructural fisura. Así pues, estudiaremos a lo largo de este trabajo el comportamiento de dos vigas de hormigón de secciones y armados diferentes, y comprobaremos la flecha instantánea, el momento de fisuración real, y la deformación del acero durante los sucesivos estados de carga. En segundo lugar, veremos el comportamiento de un panel prefabricado sometido a flexocompresión, detectando el momento de fisuración real. También se ha monitorizado una viga en un edificio en construcción, con el fin de poder trasladar esta tecnología a la realidad, y, por último, se ha construido un edificio de paneles prefabricados de hormigón en el que se han analizado las deformaciones provocadas por la temperatura ambiente, y por dos estados de carga diferentes. Se ha podido comprobar también el momento en que se produce la fisuración del hormigón debido a la flexión de los paneles de cubierta. Con la investigación que se presenta a continuación se demuestra que embeber sensores de fibra óptica en el hormigón nos da información precisa del comportamiento real de las estructuras, y que son sistemas que acercan más al sector de la edificación al escenario de ciudad inteligente. ----------ABSTRACT---------- In this research work, the aim is to develop a new system for monitoring structures in buildings, promoted by the rapid evolution of technologies that are transforming our environment into smart cities. The vision of this city for the year 2030 by experts, identifies technologically a series of action areas: energy and environment, buildings and infrastructure, mobility and intermodally, government and social services, as well as some transversal areas: ICT, sensors, safety and materials. Optimization of smart city through its monitoring will be increased in the coming years not only to private level but also on the public, with the addition of a network of advanced sensors that you collect information of environmental and noise pollution, traffic, lighting, etc., that will be used to manage efficiently all processes that govern a city by the different administrations. From the private part, the construction sector, and in particular the building sector, is a participant in this progress and has been incorporating in recent years various solutions in the field of energy management systems, advanced automated control of facilities, home automation, inmotic, security, etc., in a transition to the so-called Smart Buildings. Therefore, dynamic control systems are one of the essential pillars of smart construction. Some of its applications are highly technologically developed such as home automation or in some cases in civil works or singular buildings, where the control and evolution of the structures is a fundamental requirement to guarantee the safety of the users or for reasons of conservation of the architectural and cultural heritage, such as the monitoring of the Sagrada Familia during the excavation of the high-speed train tunnel. For the management of the structural state of buildings during their useful life cycle, there are currently no applications capable of determining and analyzing the structural behavior of a building. In this scenario, a system of fiber optic sensors embedded in concrete has been created capable of measuring the deformations produced both by the imposed loads and by the ambient temperature in a precast concrete panel building. But until reaching this point, tests have been carried out on simpler structural elements, analyzing deflections, deformations, and it has been possible to specify in a very precise way the moment when a structural element crack. Thus, throughout this work we will study the behavior of two concrete beams of different sections and reinforcements, and we will check the instantaneous deflection, the actual cracking moment, and the deformation of the steel during the successive states of load. Second, we will see the behavior of a precast panel subjected to flexocompression, detecting the actual cracking moment. A beam in a building under construction has also been monitored, in order to be able to translate this technology into reality, and, finally, a building of precast concrete panels has been built in which the deformations caused by the ambient temperature, and by two different states of charge. It has also been possible to verify the moment in which the cracking of the concrete occurs due to the bending of the roof panels. The research presented below shows that embedding fiber optic sensors in concrete gives us precise information on the real behavior of the structures, and that they are systems that bring the building sector closer to the smart city scenario.