Variación de los Parámetros Modales del Edificio de la Cámara Chilena de la Construcción a Partir de Registros Ambientales y Sísmicos

Abstract

Estudios recientes han demostrado que las propiedades modales de diversas estructuras varían en función de cambios ambientales. Un ejemplo muy estudiado, es el caso del edificio de la biblioteca Millikan del Instituto Técnológico de California (Caltech). En este edificio se ha observado una sensibilidad importante de las frecuencias ante eventos metereológicos, encontrándose variaciones del 3% durante lluvias, un aumento de hasta 2% ante altas temperaturas y una variación diaria del 2%. Estas variaciones presentan una dificultad a los sistemas automáticos que intentan reportar el daño o perturbaciones anormales de una estructura en tiempo real. El presente trabajo tiene como objetivo la identificación de los parámetros modales del edificio de la Cámara Chilena de la Construcción a través del registro continuo de vibraciones, y el análisis de su variación en función de variables metereológicas. La primera etapa de este trabajo fue la validación del método de identificación utilizado, Subespacio Estocástico, en un modelo computacional del edificio. Se ingresaron al modelo 10 registros artificiales de aceleración de ruido blanco en la base. De este procedimiento se concluye que los resultados de las frecuencias identificadas son bastante precisos, con errores menores a 0.5%; en cambio el amortiguamiento presenta una gran sensibilidad, con errores de hasta un 52%. Para el proceso de identificación en el edificio, se midieron aceleraciones durante 7 meses continuos. De todo el período de tiempo, se seleccionaron los primeros 10 minutos de cada hora y se identificaron las primeras 7 frecuencias y sus respectivas razones de amortiguamiento. Para este caso los valores de las frecuencias presentan una variación moderada (2.1% hasta 6.7%), en contraste con el amortiguamiento, que sufre grandes variaciones (168% hasta 264%) en relación al valor medio. Para el modo 1, que corresponde al caso con menor variación, un 99.9% de la muestra tiene valores en frecuencia en el rango 1.004 Hz y 1.026 Hz, con media de 1.015 Hz. La variación con respecto a la media es de 2.1%. Para esta frecuencia el amortiguamiento está comprendido en el rango 0.20% y 1.56%, con media de 0.67%. Para el modo 6, que corresponde al caso con mayor variación, un 99.9% de la muestra tiene valores en frecuencia en el rango 3.761 Hz y 4.020 Hz, con media de 3.895 Hz. La variación con respecto a la media es de 6.7%. Para esta frecuencia el amortiguamiento está comprendido en el rango 0.32% y 3.09%, con media de 1.05%. Posteriormente, se analizó en conjunto los parámetros modales y variables metereológicas. Se observa que las frecuencias estudiadas son afectadas por parámetros climáticos, principalmente, temperatura y precipitación. Todas las frecuencias analizadas presentas ciclos diarios de similar comportamiento a los ciclos de temperatura. Durante 24 horas continuas de un ciclo normal de temperatura y sin precitaciones por ejemplo, la frecuencia asociada al modo 6 tuvo una variación de 7% con respecto a los valores mínimos y máximos identificados en esas 24 horas. En el caso de precipitaciones, éstas tienen una influencia en las frecuencias predominantes de la estructura. En un caso se observó que las frecuencias aumentaron en 1.2%. La variación de la frecuencia comienza casi inmediatamente al iniciarse la lluvia, aumentando su valor durante las precipitaciones y luego comienzan a disminuir paulatinamente hasta el sexto día. Del presente estudio se concluye que las frecuencias modales analizadas varían en promedio 4% debido a factores ambientales. El fenómeno metereológico que más influye en la variación de la frecuencia es la temperatura.