Fiber optic strain gages for stress analysis by means of the hole drilling technique

ABSTRACT: The article deals with the application of the hole drilling technique on structural elements of architectural heritage constructions by using eight fiber optic strain gages. The objective of the research is the on site deduction of the stress state on stone masonry of architectural heritage constructions. The hole drilling method is a Minor Destructive Testing (MDT) giving information about the Principal Stresses of the local stress state around the measured zone and, in consequence, it favours the estimation of the stresses associated with a certain direction, for example the vertical stress of a stone masonry element. Fiber optic technology allows the storage of the strains in the strain gages even when the unit of measure is temporarily not connected. Thus it will be able to monitor the stress measurements as a time function. The tests carried out have compared the applied loads in a laboratory machine with the results obtained by the hole drilling technique through fiber optic strain gages. Until now only resistive strain gages have been used. In this sense the contribution is innovative with an evident advance towards the complete structural characterisation of stone masonry structural elements

Simplified model to consider influence of gravity on impacts on structures: Experimental and numerical validation

Traditionally, the effect of gravitational force has not been considered in the study of impacts on structures, partly due to lack of knowledge. In most cases, it may be reasonable to disregard this effect, but it is not clear where the limit is and, therefore, in which cases its effect should be considered. Is this limit the same regardless of the type of structure? What criterion should be adopted? This paper develops a simplified model that allows, through a simple formulation, the calculation of the displacement and contact force in an impact considering the effect of the force of gravity on the structural response. In this article, the formulation has been validated with experimental impact tests on beams and also with finite element models. In addition, a coefficient is proposed which enables the evaluation, prior to any analysis, of whether the impact will be significantly influenced by the force of gravity, whatever the structure under study

¿Ofrece la universidad suficiente conocimiento a sus alumnos de Ingeniería Civil en materia de rehabilitación de la construcción?

La Universidad debería adaptarse a los cambios cíclicos que imperan en la sociedad. En la actualidad, el sector de la construcción está experimentando un auténtico declive en numerosos países debido a numerosos factores por lo que, en muchos casos, la opción de rehabilitar lo construido debería potenciarse a nivel formativo. El criterio de rehabilitación es realmente amplio: abarca desde el volver a hacer habitable cualquier edificio, por simple que éste sea, que, poco a poco, ha ido perdiendo sus condiciones iniciales de confort, estabilidad, seguridad, estética, etc., o bien, el que dedica la atención a edificios emblemáticos, de gran valor histórico, cuyo mantenimiento y rehabilitación debiera de ser una obligación moral con la finalidad de permitir su uso a las generaciones actuales y futuras, conservando así ese bagaje construido singular del que dispone la Humanidad. Desgraciadamente, desde las aulas de Ingeniería Civil de la Universidad se dedica muy poca atención a los principios, motivaciones y protocolos de actuación en la rehabilitación de construcciones. Trabajos previos realizados por los autores del presente artículo así lo han reflejado. En lo que sigue, se refiere brevemente cual es la situación actual de la enseñanza de dicha temática en facultades de Ingeniería Civil de diferentes países del mundo, y se hace un llamamiento para que ésta sea considerada dentro de la formación impartida a nuestros alumnos. Para ello, con base en la investigación realizada se propone lo que podría ser una guía tentativa de asignatura

Caracterización física y mecánica de los morteros de cal utilizados en la rehabilitación de edificios históricos por medio de ensayos no destructivos

El conocimiento de las propiedades mecánicas y la resistencia de las estructuras de fábrica son esenciales en muchas de las intervenciones en edificios históricos. Éstas pueden ser evaluadas de diferentes maneras, una de ellas, mediante el uso de fórmulas empíricas o fenomenológicas en donde es necesario conocer ciertas propiedades mecánicas de los componentes de la fábrica. En el caso del mortero, debido al pequeño espesor que presentan, es muy complejo obtener muestras representativas, siendo complicado, por ausencia de información, obtener una caracterización mecánica del mismo y, por ende, dichas características suelen suponerse con las incertidumbres que ello conlleva. El objetivo del presente estudio es contribuir a la caracterización mecánica de los morteros de cal de edificios históricos mediante el empleo de correlaciones con parámetros obtenidos de ensayos no destructivos. Para ello, fueron confeccionados 8 tipos de morteros utilizando una tipología de cal (CL90S) y diferentes proporciones de conglomerante:árido (1:1, 1:2, 1:3 y 1:5). Además, se emplearon dos tipos de áridos, piedra caliza y silícea. Se realizaron más de 200 probetas prismáticas de 40x40x160mm. Las muestras se ensayaron de forma destructiva (flexión y compresión) a 28, 91 y 180 días de curado y de una manera no destructiva (ultrasonido y penetrometría). Adicionalmente, se analizó la influencia del progreso de carbonatación en estos morteros

Integración de sistemas de instrumentación electrónica, adquisición de datos y desarrollo de aplicaciones de software para la monitorización remota de patologías estructurales

El paso inexorable del tiempo y los condicionantes ambientales contribuyen al constante deterioro de los edificios. Si se trata de patrimonio cultural, su conservación y mantenimiento adquieren un cariz más relevante si cabe. En aquellos edificios en los que no se ha realizado conservación o ésta ha sido deficiente, el deterioro de la construcción obliga a una costosa rehabilitación, con una fase previa asociada al estudio de los procesos patológicos estructurales desarrollados. Se presenta una visión práctica sobre la integración de sistemas de instrumentación electrónica, adquisición de datos y desarrollo de software aplicados, de manera novedosa, al análisis de procesos patológicos estructurales, que permitan al investigador, entre otros: -monitorizar de manera remota, sin necesidad de desplazarse a la localización, la evolución en tiempo real de los datos recogidos por los sensores instalados, -realizar un histórico de los datos tomados, accesible tanto en forma de gráficas de evolución entre diferentes períodos de tiempo, como de fichero para su postprocesado, -establecer protocolos de actuación que evalúen sistemáticamente y de forma computerizada los factores que producen el deterioro en las edificaciones, definiendo alarmas automáticas en caso de que las magnitudes controladas excedan valores límites prefijados. Dicha integración se basa en la implantación de una arquitectura RTU sobre PC Industrial, junto a las tarjetas de adquisición de datos adecuadas al tipo de sensores dispuestos, que realiza ininterrumpidamente la recogida de los datos tomados, junto con la instalación de un servidor de aplicaciones, que periódicamente se comunica con el sistema, extrae los datos y les da persistencia en una base de datos, y finalmente un servidor web, que permite el acceso remoto a estos datos mediante una aplicación desarrollada en JavaFX que constituye una novedosa plataforma para el desarrollo de aplicaciones enriquecidas de Internet

Utilización de materiales compuestos en actividades de reconstrucción

El presente trabajo se enmarca dentro del conjunto de acciones y pautas previstas para la realización de un estudio previo de viabilidad técnica para la redacción del proyecto de reconstrucción de la Isla Horadada de la bahía de Santander, España. La Isla de la Horadada es una formación rocosa, de aproximadamente 70 m2, en el centro de la bahía de Santander y por ello expuesta a las inclemencias del tiempo, de las mareas y de los temporales. La formación presentaba hasta el año 2005 una curiosa estructura geométrica natural en forma de arco. La parte superior de la estructura colapsó con motivo de un temporal invernal. Como consecuencia de que la historia de la ciudad de Santander se encuentra estrechamente arraigada a la estructura objeto de estudio, se impulsó, por parte del Ayuntamiento de la ciudad, una serie de actuaciones cuyo objetivo fue estudiar la viabilidad técnica de la reconstrucción del arco de la isla. El carácter multidisciplinar de este tipo de actuaciones hace necesaria una distribución racional de las tareas a realizar. Dentro de este marco general, y en base a la contrastada experiencia de los integrantes de los equipos de investigación participantes, se encargaron labores experimentales encaminadas a lograr la caracterización física, mecánica y de durabilidad de los materiales originales y de los susceptibles de ser utilizados en la reconstrucción, así como del estudio de la compatibilidad entre ellos

Optimización en las actuaciones de mejora de la eficiencia energética en la edificación

Presentando las particularidades de España tanto del sistema eléctrico de potencia como del estado actual de la edificación, se plantea la eficiencia energética, como una solución necesaria e interesante para el usuario. El estudio realizado posteriormente busca la optimización técnico-económica por parte del usuario en la selección de las actuaciones constructivas de mejora, desarrollando una metodología de análisis y decisión, extrapolable a otro tipo de aplicaciones

Monitorización remota de construcciones históricas: metodología empleada y puesta en marcha en la Iglesia del Seminario Mayor de Comillas

El artículo tiene como objetivo presentar la metodología seguida para la puesta en marcha de la monitorización remota de la Iglesia del Seminario Mayor de Comillas. En primer lugar, se exponen los trabajos desarrollados referentes al registro de los daños existentes en la Iglesia. La finalidad fue la de disponer de datos de entrada para elegir las zonas en las que instalar los dispositivos de seguimiento, haciendo coincidir éstas con las áreas en las que los daños eran mayores. Así, el levantamiento de grietas fue elaborado a partir de la toma de datos realizada in situ, procediendo en gabinete a confeccionar planos en los que se representaron los daños registrados en arcos, contrafuertes, bóvedas, muros interiores y muros de fachada. En la toma de datos llevada a cabo, además de registrar el trazado de las distintas grietas se realizó una evaluación cualitativa de las mismas, clasificando éstas visualmente de forma aproximada por su espesor. Además, se realizó un reportaje fotográfico detallado con el fin de complementar la información recogida en los planos. Una vez localizadas las zonas de mayor concentración de daño, se dispusieron en las mismas una serie de puntos de control manual y sensores en continuo. De forma discreta se controlaron un total de 22 variables: 16 puntos de control para evaluar la apertura/cierre de grietas y 6 placas inclinométricas para detectar posibles desplomes de los muros. Por su parte, para poder realizar el control de forma continua se tiene planificado instalar en el edificio un total de 18 sensores: 7 LVDTs a modo de fisurómetros, 4 servoinclinómetros, 3 cintas de convergencia, 2 termohigrómetros, 1 veleta y 1 anemómetro. Dichos sensores se agruparon en tres estaciones de adquisición de datos que, a su vez, se encuentran conectadas a un PC Industrial en el que se almacenan las mediciones, equipado con dos baterías que garantizan el funcionamiento ininterrumpido del sistema durante aproximadamente una semana en caso de cese de la corriente eléctrica. Fue desarrollada una aplicación basada en JavaFX que, además de permitir la gestión remota de los datos almacenados en el servidor, posibilita la definición de alarmas y otra serie de funcionalidades interesantes, todo ello en un entorno gráfico muy intuitivo. El sistema remoto de monitorización instalado ha posibilitado disponer de un control centralizado de los parámetros objeto de seguimiento. A modo de ejemplo, se presentan alguna de las mediciones registradas hasta la fecha

Investigación teórico-experimental sobre ensayos ligeramente destructivos (MDT) utilizados para la caracterización mecánica in situ de estructuras de fábrica del patrimonio construido

RESUMEN: La conservación del patrimonio cultural esta considerado como un principio fundamental en la vida cultural de las sociedades modernas. En los últimos años, se han realizado extensas investigaciones en torno a esta área, conduciendo a desarrollos en la inspección, ensayos no destructivos, monitorización y análisis estructural de monumentos. Por otra parte, el análisis de construcciones antiguas formula importantes desafíos dada la complejidad de su geometría, la variabilidad de las propiedades de los materiales tradicionales, las diferentes técnicas de construcción, la ausencia de conocimiento sobre los daños existentes, y de cómo afectan determinadas acciones a las construcciones a lo largo de su vida. Dichos desafíos suponen que las construcciones del patrimonio arquitectónico estén sometidas a una serie de dificultades de diagnóstico y restauración, que limitan la aplicación de las disposiciones normativas y las pautas vigentes en el ámbito general de la construcción. Y es por todo ello que la comprensión, el análisis y la reparación de construcciones históricas se establece como uno de los desafíos más importantes de los técnicos modernos. ¿Sería razonable operar a un enfermo sin tener constancia objetiva del mal que adolece?, en ese caso ¿porqué intervenimos en nuestra herencia cultural sin tener conocimiento contrastado de las causas desencadenantes de sus procesos patológicos? Respondiendo a la cuestión formulada, las intervenciones en las construcciones antiguas, dada su fragilidad, requieren precisión, detalle y formación especial en el desarrollo de un estudio previo riguroso de diagnóstico que de soporte a las decisiones sobre las técnicas de intervención que deben adoptarse. En este proceso es fundamental la fase de reconocimiento - análisis, dado que es en esta etapa en la que se plantean hipótesis y se comprueban, de forma objetiva, a través de cálculos y ensayos. Dentro de la fase referida, debe prestarse especial atención al reconocimiento experimental, dado que dicha inspección además de contribuir a la obtención de parámetros de entrada de los modelos de análisis, tiene como misión el contribuir a calibrarlos mediante la comprobación experimental de los resultados obtenidos analíticamente en determinados puntos de control. Por su parte, es deseable que dicho reconocimiento experimental se realice de la forma menos intrusiva posible para con la construcción, sobremanera en el caso de bienes de carácter monumental. En línea con lo argumentado, la investigación que se presenta incide, dentro del proceso metodológico general de intervención en una construcción antigua, en la fase del reconocimiento experimental, in situ, ligeramente destructivo, y a su vez, dentro de éste, en las técnicas orientadas a obtener información útil desde un punto de vista de la caracterización mecánica de elementos estructurales de fábrica. En este sentido, se pretende contribuir a la puesta a punto, en España, de métodos para la evaluación in situ de la fiabilidad de los elementos estructurales existentes en construcciones históricas de obra de fábrica. Para ello, se van a focalizar los esfuerzos en el calibrado, en laboratorio, de las técnicas de gatos planos, hole drilling y mini-presurometría de fábricas, y posteriormente se aplicarán a casos reales in situ.ABSTRACT: Cultural heritage conservation is considered as a fundamental principle of modern societies' cultural life. In recent years, extensive research has been done on this area, leading developments on inspection, non-destructive testing, monitoring and monument structural analysis. In other hand, old buildings analysis implies significant challenges due to the complexity of its geometry, variability of traditional materials properties, different construction techniques, lack of knowledge about existing damage, and how certain actions affect throughout their life to buildings. These challenges mean that architectural heritage buildings are subject to diagnosis and refurbishment difficulties, which limit the application of standards and construction guidelines. That is why the understanding, the analysis and the historic buildings' repair, are considered as one of the most important challenges of modern technicians. Would it be reasonable to operate a patient without objective evidence of the illness that suffers? In that case, why do we intervene in our cultural heritage without knowing the causes that have initiated its pathological processes? Answering to this question, interventions in old buildings, because of its fragility, require accuracy, detail and a special education in the development of a previous diagnostic study, in order to give support to decisions to be adopted on intervention techniques. In this process, it is essential the phase survey - analysis, because it is at this stage where the hypothesis are set out and verified with calculations and tests. Within this phase, it should pay special attention to experimental survey, since such inspection contributes to both obtaining input parameters of the model analysis, and contributes to calibrate it using the experimental verification of the results obtained analytically at certain checkpoints. Moreover, it is desirable that such experimental survey is performed of the least intrusive way as possible for the construction, greatly in the case of monumental constructions. Within the general process of intervention on old constructions, the research presented insists on the on-site experimental survey stage, slightly destructive, and within it, on the techniques aimed to obtain useful information for the mechanical characterization of masonry structural elements. In this sense, it aims to contribute to the development in Spain of methods for on-site evaluation of the structural elements' reliability in masonry historical buildings. For this, efforts will focus on the calibration, in laboratory, of the techniques of flat jacks, hole drilling and masonry mini-pressurometer, and then its application to real on-site cases

Modelling criteria proposal for dynamic analysis of beam bridges under moving loads using fem models

Regulations establish requirements to be met in dynamic analyses of moving loads, but do not establish any criteria for how to model a bridge for dynamic analysis. In other words, what spatial and temporal discretisation must the model comply with in order for the results to be accurate? In this article, four control coefficients and their limiting values are established so that, depending on the characteristics of the bridge and the speed of the moving load, it can be guaranteed that the results of the FEM models are accurate. A total of 35 cases, focused on beam bridges, are analysed and the computational models are compared with a proposed formula for moving loads. It is shown that with common geometric discretisation techniques and, independently of the time discretisation, a bridge can undergo resonance when the moving load passes but the model cannot represent this phenomenon. Finally, it is demonstrated that by complying with the modelling criteria proposed in this article, any structural response could be correctly captured by the calculation models