Detección de daño estructural en vigas de concreto parcialmente agrietadas

Abstract

En esta investigación se presentan los resultados de un estudio enfocado a identificar daños en vigas de concreto simple. Se determinaron mediante ensayes y simulaciones numéricas la existencia, ubicación y cuantificación del daño estructural en vigas simplemente apoyadas. Los ensayes se realizaron en el Laboratorio de Estructuras de la Universidad Autónoma Metropolitana. El método empleado para efectuar la detección de daño utiliza una combinación entre los modelos estadísticos autorregresivo (AR) y autorregresivo con exógeno (ARX). Dichos modelos se aplican a series de tiempo obtenidas con acelerómetros, las cuales fueron registradas en condiciones de operación y ambientales desconocidas. Para calibrar y validar el modelo AR-ARX también se generaron registros de aceleración sintéticos, en los que la fuente de excitación fue un ruido blanco de banda ancha. Además del método mencionado, se utilizaron otras técnicas para la detección de daño, como el cambio en las frecuencias naturales y en las formas modales. En cada uno de los métodos mencionados se efectúo la detección de daño. Sin embargo, el método AR-ARX, al ser un método más refinado, no sólo identificó daño, sino además proporcionó la localización y cuantificación del mismo. Por otra parte, se simuló el comportamiento de las vigas en su evolución de daño hasta el colapso. En este proceso se utilizaron elementos planos (2D) y tridimensionales (3D), en los cuales la falla puede representarse como una discontinuidad o grieta. Se utilizó el modelo constitutivo con superficie de daño diferente en tensión y en compresión (DTC) para el proceso de falla. Este modelo considera la energía de fractura y el tipo de ablandamiento que puede presentarse en elementos de concreto. Con estos modelos se realizaron curvas de la carga contra el desplazamiento y se comprobaron con las obtenidas experimentalmente. Las vigas también se modelaron con elementos unidimensionales (1D), donde el comportamiento no lineal de las vigas se representó mediante un resorte rotacional en la zona agrietada. Para determinar el valor de dicha rigidez se utilizaron formulaciones basadas en energía.