Identificación experimental de daño en estructuras a través del principio de máxima entropía e información mutua

Abstract

En este trabajo se presentan los resultados experimentales de la detección, aislación e identificación de daño controlado aplicado a una estructura de seis niveles, excitada con una mesa vibradora de movimiento horizontal. El daño se materializa a través de la reducción secuencial de la sección transversal de una columna (Daño Leve) y posterior reducción de todas las columnas de un nivel (Daño Severo). Se incorporan dos anomalías al sistema, la primera por aumento de masa y la segunda por un gradiente ascendente de temperatura. Las propiedades modales de la estructura son determinadas a partir de modelos de espacio estado. Los resultados de esta metodología permiten observar el efecto de daño en la estructura, así como las perturbaciones debido al cambio de masa. Un modelo numérico de la estructura es realizado para comparar los resultados, la variación entre resultados experimentales y numéricos es inferior al 3%, para todos los modos observados. Para lograr el objetivo de detectar, aislar e identificar daño en la estructura, se emplea el principio de Máxima Entropía que utiliza una base de datos generada del modelo numérico utilizando la combinación de valores de frecuencias y formas modales. La ventaja de este método es que no requiere de un entrenamiento para la obtención de resultados. La segunda metodología considera la utilización y procesamiento de imágenes obtenidas del escalograma de Transformadas Wavelet continuas, que son trabajadas a partir del principio de Información y Entropía, los resultados obtenidos son comparados entre sensores sensibles al daño para observar la formación de clúster y realizar la detección e identificación de daño, a partir de redes neuronales. Los resultados experimentales muestran que es posible detectar, aislar e identificar daño con el principio de Máxima Entropía; la detección, se realiza de forma adecuada para las condiciones normales, las condiciones de Anomalía por Masa sólo son detectables para los casos de Daño Severo; la localización, se asigna adecuadamente al nivel donde se realiza la reducción de la sección transversal; la estimación de la magnitud, tiene variaciones en su cuantificación, que mejoran cuando el daño se aplica a todas las columnas del nivel. El método de detección e identificación de daño con Información Mutua y Entropía, realiza la detección a partir de una condición Pseudo-Normal (Normal más Daño Leve) y una condición con Daño (Daño Severo), para las evaluaciones realizadas; la cuantificación de la magnitud del daño es adecuada sólo en las condiciones de Daño Severo. Una metodología para la detección de cambio de estado, en línea, es aplicada a partir de la potencia de la distribución e inferencia bayesiana. Los resultados son probados en una señal artificial y validados en las mediciones de la Torre Central de la Facultad de Ingeniería, antes y después del sismo del 27 de febrero de 2010.