CIRES, A.C.

12/12/17 19:41 pm



SISTEMA ACELEROMÉTRICO DIGITAL PARA ESTRUCTURAS "SADE"


INTRODUCCIÓN


Actualmente en México, existe un reducido número de edificios instrumentados a pesar de que nuestro país uno de los de mayor riesgo sísmico en el mundo.

Esa situación limitó la comprensión del comportamiento estructural de varios edificios que sufrieron daños severos y evidenció la importancia de disponer de datos generados en las estructuras, para llevar a cabo estimaciones de la respuesta y evaluación de los parámetros que se emplean en el diseño estructural de edificios. Así, el Instituto de Ingeniería de la UNAM (IIUNAM) y el Centro de Instrumentación y Registro Sísmico, A. C. (CIRES), retomaron en 1987 la instrumentación sísmica de edificios en la Ciudad de México.

La instrumentación para registrar aceleraciones sísmicas en estructuras tiene costos elevados de adquisición, instalación, conservación, procesamiento y análisis de la información obtenida durante cada sismo, aunado a las estimaciones numéricas y modelos matemáticos por parte de los especialistas. Sin embargo, los modernos sistemas de instrumentación buscan realizar de forma remota, automática y rápida, muchas de las actividades de adquisición, conservación, monitoreo, operación y procesamiento, reduciendo así el costo.

SADE


ANTECEDENTES


El CIRES desarrolló el Sistema Acelerométrico Digital para Estructuras (SADE) en 2003, capaz de registrar el efecto de sismos fuertes en puntos seleccionados en las estructuras de los edificios.
Cuando una estructura se somete a la acción de aceleraciones sísmicas, la medida de sus efectos provee información útil para estudiar y evaluar su respuesta dinámica, así como la posible evolución de su comportamiento.
El SADE consiste en acelerómetros tipo digital con sensores triaxiales y biaxiales dispuestos ortogonalmente.

SADE

Gabinete del Sistema Acelerométrico Digital para Estructuras, SADE

SADE

Medición de aceleración y magnitud espectral en 4 puntos en una estructura con acelerómetros triaxiales con el SADE. (Las 3 señales en la parte final del gráfico, son las funciones: seno, escalón y diente de sierra)



FUNCIONAMIENTO


El sistema es capaz de iniciar el registro cuando las aceleraciones sísmicas superen los niveles de activación preestablecidos o cuando se capte una señal de activación externa. Opcionalmente, esta activación puede ser generada por el Sistema de Alerta Sísmica Mexicano (SASMEX®), cuando éste detecte el inicio de un sismo fuerte con epicentro en la Costa del Pacífico (Jalisco, Colima, Michoacán, Guerrero y Oaxaca).

El SADE dispone de una señal de referencia de tiempo exacto, generada por un receptor del sistema de posicionamiento global satelital (GPS), que se utiliza para fechar los registros obtenidos por el sistema para estudiar la evolución de las fases del movimiento. La frecuencia de muestreo de los sensores es de 100 veces por segundo, con una precisión a 16 bits. El almacenamiento eventual de la información se realiza en una Central de Registro y Control (CRC), donde los sensores envían sus datos a través de una red Ethernet.

El procesamiento automático de las aceleraciones sísmicas registradas en la CRC incluye el cálculo de distribución de energía en diferentes frecuencias y la determinación de funciones de transferencia características de la estructura; las gráficas comparativas generadas por el sistema permiten observar la evolución del comportamiento del edificio. El conocimiento de la evolución de la respuesta dinámica del inmueble permite estimar sus condiciones de seguridad sísmica después de ocurrir sismos fuertes.


Adquisición de datos


El SADE almacena las señales medidas en los sensores, realiza los cálculos y envía informes cuando la aceleración medida en los sensores seleccionados rebasa un nivel de activación previamente definido. Este nivel se determina mediante la observación del comportamiento de la estructura con la excitación de los movimientos normales del suelo debidos a paso de vehículos pesados y a la acción del viento sobre la estructura; este ajuste se optimiza con la respuesta del edificio ante los sismos que se van registrando. Los acelerómetros dispuestos en la estructura transmiten su información a la CRC mediante una red de datos digitales y éste, a su vez, retransmite la información, a través de Internet, a un servidor de datos externo para respaldar la información.

El SADE envía automáticamente un informe de resultados cada vez que detecta un evento. Los datos incluidos en el informe se muestran en la siguiente tabla. Contienen información en los dominios del tiempo y de la frecuencia para cada canal del sensor; en el caso de la Función de Transferencia, los resultados dependerán de las combinaciones de cocientes entre sensores que previamente se determinen.

SADE


VENTAJAS


El SADE puede aprovecharse para:
* Conocer y analizar la respuesta dinámica de la estructura.
* Conocer los posibles cambios en rigidez, si las fuerzas sísmicas superan la resistencia del edificio.
* Registrar las historias de aceleración durante un evento sísmico, además de obtener la distribución y nivel de energía asociada a cada frecuencia.
* Calcular el cociente de espectros entre dos puntos seleccionados (Función de Transferencia) y comparar, para cada evento sísmico, la evolución del comportamiento de la estructura.
* Enviar automáticamente los resultados a los expertos y responsables de la seguridad estructural, para decidir sobre la conveniencia de continuar laborando en el inmueble o iniciar la evacuación para inspeccionar las condiciones de integridad del edificio.


INSTRUMENTACIÓN DE UN EDIFICIO


En 2006, el CIRES instaló un Sistema Acelerométrico Digital para Estructuras (SADE), con un receptor de la señal de Alerta Sísmica en un edificio de 23 niveles de la Ciudad de México, con el objeto de obtener información del efecto que puedan causar movimientos sísmicos fuertes, para evaluar su respuesta dinámica estructural y disponer simultáneamente del servicio de avisos del SASMEX® información útil para optimizar la eficacia de las acciones de prevención del riesgo sísmico que practica el personal del inmueble.

Descripción del Sistema en el edificio

La instalación del SADE en el edificio consta de un puesto central de operación (CRC) interconectado con 11 estaciones remotas, de las cuales tres se instalaron con servo sensores triaxiales ortogonales en la base de la estructura y siete con sensores biaxiales para los ejes horizontales, dispuestos de acuerdo con los ejes principales de la estructura: longitudinal, transversal y vertical. Además, se instaló un sensor triaxial en campo libre, con equipo de radio comunicación Ethernet.


El sistema concentra y almacena las señales medidas en los sensores, realiza los cálculos y envía automáticamente informes de resultados cuando la aceleración medida en los sensores predeterminados rebasa un nivel prefijado. Este nivel se determinó mediante la observación del comportamiento de la estructura en un periodo de observación que duró varias semanas.

La estación central del SADE usa marcas de tiempo absoluto, referidas al sistema GPS (Sistema de Posicionamiento Global), para facilitar la identificación de los eventos sísmicos y su correlación con los efectos medidos. La supervisión del sistema en el edificio se hace en forma remota a través de Internet.

Desde su puesta en operación, en 2006, se han medido los efectos en la estructura de 15 sismos: 10 de magnitud M<6 y 5 de magnitud M>6; destaca el sismo M6.3 del 13 de abril de 2007, con epicentro en Guerrero y el sismo del 29 de noviembre de 2007, M7.4.

SADE
















RESULTADOS GENERADOS


A continuación se presentan los resultados generados del sismo del 13 de abril de 2007, M6.3 ocurrido en Guerrero. En la primera figura 1; se observa la gráfica de aceleración de los 11 puntos de medición, así como su magnitud espectral (lado derecho) que corresponden a los sensores biaxiales (BS1 - BS7) y los sensores triaxiales (TS1 - TS3) respectivamente.

La segunda figura 2; muestra tres Funciones de Transferencia con relación a los ejes longitudinal y transversal que corresponden a los cocientes entre algunos puntos superiores y de la base. Cada gráfica se compara con dos resultados previos: uno referente a una activación por vibración ambiental y la otra por un sismo.


SADE

Figura 1. Aceleración y Espectro de Magnitud obtenidos de manera automática en un edificio de 23 niveles en la Ciudad de México durante el sismo del 13 de abril de 2007 M6.3 (Fuente: Servicio Sismológico Nacional)

SADE

Figura 3. Tres Funciones de Transferencia de los ejes Longitudinal y Transversal obtenidos de manera automática en un edificio de 23 niveles en la Ciudad de México, durante el sismo del 13 de abril de 2007 M6.3 (Fuente: Servicio Sismológico Nacional)



Centro de Instrumentación y Registro Sísmico, A. C.
Anaxágoras 814, Col Narvarte. C.P. 03020 Ciudad de México.
Tels:(55) 5687-4542, (55) 5687-4582
Fax:(55) 5669-2512 Email: correo@cires.org.mx
Copyright © 2005, 2017 CIRES, A. C. Derechos Reservados

AVISO DE PRIVACIDAD