Cuando un camión retumba en un edificio, las vibraciones pueden viajar hasta el techo de la estructura y descender nuevamente, generando temblores transitorios a través de los pisos y vigas intermedias.
Ahora los investigadores del MIT han desarrollado un modelo computacional que da sentido a tales vibraciones ambientales, seleccionando características clave en el ruido que dan indicaciones de la estabilidad de un edificio. El modelo puede usarse para monitorear un edificio a lo largo del tiempo en busca de signos de daño oestrés mecánico. Los resultados del equipo se publican en línea en la revista Sistemas mecánicos y procesamiento de señales .
"La implicación más amplia es que, después de un evento como un terremoto, veríamos de inmediato los cambios de estas características, y si hay daños en el sistema y dónde están", dice Oral Buyukozturk, profesor del Departamento de Asuntos Civiles y Ambientales del MITIngeniería CEE: "Esto proporciona un monitoreo continuo y una base de datos que sería como un libro de salud para el edificio, en función del tiempo, muy similar al cambio de presión arterial de una persona con la edad".
los coautores de Buyukozturk, Hao Sun, un postdoc CEE que fue el autor principal del artículo; Aurélien Mordret, un postdoc en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias EAPS; Germán Prieto, el profesor asistente de desarrollo profesional Cecil e Ida Greenen EAPS; y M. Nafi Toksöz, profesor de EAPS.
Tomando signos vitales
El equipo probó su modelo computacional en el Edificio Verde del MIT, un edificio de investigación de 21 pisos hecho completamente de hormigón armado. El edificio fue diseñado en la década de 1960 por el arquitecto y alumna del MIT IM Pei '40, y se erige como la estructura más alta deCambridge, Massachusetts. En 2010, Toksöz y otros en el MIT trabajaron con el Servicio Geológico de los Estados Unidos para equipar el Edificio Verde con 36 acelerómetros que registran vibraciones y movimientos en pisos seleccionados, desde los cimientos del edificio hasta su techo.
"Estos sensores representan un sistema nervioso incrustado", dice Buyukozturk. "El desafío es extraer signos vitales de los datos de los sensores y vincularlos con las características de salud de un edificio, lo que ha sido un desafío en la comunidad de ingenieros".
Para hacer esto, el equipo construyó primero una simulación por computadora del Edificio Verde, en forma de un modelo de elementos finitos, una simulación numérica que representa una gran estructura física y toda su física subyacente, como una colección de elementos más pequeños,subdivisiones más simples: en el caso del Edificio Verde, los investigadores construyeron un modelo de elementos finitos de alta fidelidad, luego conectaron varios parámetros al modelo, incluida la resistencia y la densidad de muros de hormigón, losas, vigas y escaleras en cada piso.
A medida que se diseña el modelo, los investigadores deberían poder introducir una excitación en la simulación, por ejemplo, una vibración similar a la de un camión, y el modelo predeciría cómo deberían responder el edificio y sus diversos elementos.
"Pero el modelo utiliza muchas suposiciones sobre el material del edificio, su geometría, el grosor de sus elementos, etc., que pueden no corresponder exactamente a la estructura", señala Buyukozturk ". Así que estamos actualizando el modelo con la información realmedidas para poder brindar mejor información sobre lo que pudo haberle sucedido al edificio ".
Minería para características
Para predecir con mayor precisión la respuesta de un edificio a las vibraciones ambientales, el grupo extrajo datos de los acelerómetros del Edificio Verde, buscando características clave que correspondan directamente a la rigidez de un edificio u otros indicadores de salud. Para hacer esto de manera eficiente, el equipo desarrolló un nuevométodo con el concepto de interferometría sísmica que describe cómo cambia el patrón de vibración a medida que viaja desde el nivel del suelo hasta el techo.
"Observamos el nivel de los cimientos y vemos qué movimientos provocó allí un camión, por ejemplo, y luego cómo esa vibración viaja hacia arriba y horizontalmente, en velocidad y dirección", explica Buyukozturk.
Los investigadores agregaron esta ecuación a su modelo del Edificio Verde y ejecutaron el modelo varias veces, cada vez con un conjunto de mediciones tomadas por los acelerómetros en un momento dado. En total, el grupo se conectó a las mediciones de vibración del modeloque se tomaron continuamente durante un período de dos semanas en mayo de 2015.
"Estamos continuamente haciendo nuestro sistema computacional más inteligente con el tiempo, con más datos", dice Buyukozturk. "Estamos seguros de que si hay daños en el edificio, se mostrará en nuestro sistema".
edificios inteligentes
Entonces, ¿cómo le ha ido al Edificio Verde desde su construcción hace más de 50 años?
"El edificio es seguro, pero está sujeto a bastante vibración, particularmente en los pisos superiores", dice Buyukozturk. "El edificio, que está construido en un suelo blando, es largo en una dirección y estrecho en la otracon paredes de concreto rígido en cada extremo. Por lo tanto, manifiesta movimientos de torsión y balanceo, especialmente en días ventosos ", dice.
El equipo planea verificar su modelo computacional con experimentos en el laboratorio. Los investigadores han construido una réplica de 4 metros de altura de la estructura de un edificio, que equiparán con acelerómetros. También estudiarán los efectos de las vibraciones ambientalescómo la estructura responde a golpes de martillo y otros estímulos sísmicos. El equipo también está erigiendo una gran estructura de acero en Woburn, Massachusetts, del tamaño de una torre de telefonía celular, y llevará a cabo experimentos similares que finalmente ayudarán a refinar a los investigadores.modelo computacional
"Imaginaría que, en el futuro, dicho sistema de monitoreo será instrumentado en todos nuestros edificios, en toda la ciudad", dice el autor principal Hao Sun ". Equipados con sensores y algoritmos de procesamiento central, esos edificios se volverán inteligentes,y sentirán su propia salud en tiempo real y posiblemente sean resistentes a eventos extremos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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