{"id":13233,"date":"2024-02-02T12:59:34","date_gmt":"2024-02-02T18:59:34","guid":{"rendered":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=13233"},"modified":"2024-05-02T09:05:06","modified_gmt":"2024-05-02T15:05:06","slug":"geomatica-aplicada-para-la-obtencion-de-estados-deformacionales-en-la-ingenieria-estructural","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=13233","title":{"rendered":"Geom\u00e1tica aplicada para la obtenci\u00f3n de estados deformacionales en la ingenier\u00eda estructural"},"content":{"rendered":"
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Milena Mesa-Lavista*\u00a0ORCID:0000-0002-6966-1590,
\n<\/span>Fabiola Ye\u0301pez-Rinco\u0301n*\u00a0<\/span>ORCID:0000-0001-5025-9967,
\n<\/span>Karlas Carolina Gutie\u0301rrez-Gonza\u0301lez*\u00a0<\/span>ORCID:0000-0002-8417-5945,
\n<\/span>Yris Laura Mancilla-de la Cruz*\u00a0<\/span>ORCID: 0000-0001-6463-4959,
\n<\/span>Andrea N. Escobedo*\u00a0<\/span>ORCID: 0000-0002-1172-4077<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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CIENCIA UANL \/ AN\u0303O 27, No.124, marzo-abril 2024<\/p>\n

DOI: https:\/\/doi.org\/10.29105\/cienciauanl27.124-6<\/a><\/p>\n<\/div>\n

Descargar PDF<\/a><\/p>\n

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RESUMEN<\/h4>\n
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Los avances en las evaluaciones no destructivas para estructuras civiles han sido significativos en los u\u0301ltimos an\u0303os. Algunas innovaciones y nuevas te\u0301cnicas de medicio\u0301n incluyen: fotogrametri\u0301a y videogrametri\u0301a, termografi\u0301a infrarroja, esca\u0301ner la\u0301ser 3D, sensores remotos, etc. En este trabajo se exponen tres proyectos de investigacio\u0301n que se llevaron a cabo en el laboratorio de ensaye de materiales de la Facultad de Ingenieri\u0301a Civil donde se realizaron mediciones con las te\u0301cnicas de fotogrametri\u0301a digital. Primeramente, se empelo\u0301 el me\u0301todo de seguimiento fotograme\u0301trico de vista u\u0301nica para medir los desplazamientos de 9 especi\u0301menes de castillos cortos para mamposteri\u0301a confinada, que fueron fabricados y ensayados a compresio\u0301n axial. Posteriormente, se evidencia un proyecto donde se ensayaron dos uniones viga-columna con concreto reforzado con fibras y donde fue posible determinar los desplazamientos y las aberturas de las grietas alcanzadas. Por u\u0301ltimo, se muestra un proyecto donde se ensayo\u0301 un muro de mamposteri\u0301a confinada con carga ci\u0301clica reversible, en este se tomaron una serie de ima\u0301genes y videos con distintas posiciones de ca\u0301maras para obtener una reconstruccio\u0301n del ensayo.<\/p>\n

Palabras clave: Geoma\u0301tica en estructuras, te\u0301cnica de fotogrametri\u0301a, ensayo de elementos estructurales.<\/p>\n

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ABSTRACT<\/h4>\n
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Advances in non-destructive evaluations for civil structures have been significant in recent years. Some of the advances and new measurement techniques include photogrammetry and videogrammetry, infrared thermography, 3D laser scanning, remote sensors, etc. This work presents three research projects that were carried out in the laboratory of testing materials of the Faculty of Civil Engineering where measurements were made with photogrammetry digital techniques. First, the single view photogrammetric tracking method was used to measure the displacements of 9 specimens of short castles for confined masonry, which were fabricated and tested in axial compression. Subsequently, a project is evident where two beam-column joints with fiber-reinforced concrete were tested and it was possible to determine the displacements and openings of the reached cracks. Finally, a project is shown where a confined masonry wall with reversible cyclic load was tested, in which a series of photos and videos were taken with different camera positions to obtain a reconstruction of the test.<\/em><\/p>\n

Keywords: Geomatics in structures, photogrammetry technique, structural elements testing.<\/em><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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En ingenieri\u0301a civil las mediciones no destructivas incluyen una amplia gama de aplicaciones que requieren la determinacio\u0301n de la forma tridimensional de un objeto y los cambios que sufre ante la aplicacio\u0301n de cargas (Anterrieu et al.<\/em>, 2019; Galantucci\u00a0y Fatiguso, 2019). E\u0301stas se han empleado habitualmente en obras de intere\u0301s histo\u0301rico; sin embargo, en la u\u0301ltima de\u0301cada se han venido implementando en la obtencio\u0301n de lecturas de deformaciones y desplazamientos en elementos estructurales.<\/span><\/p>\n

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Particularmente, la fotogrametri\u0301a ofrece un gran potencial de soluciones de medicio\u0301n en la ingenieri\u0301a estructural. En la bibliografi\u0301a este tipo de ejercicios se reporta en cajas modulares que constan de distintas ca\u0301maras digitales con interfaces de computadora, sistemas de iluminacio\u0301n y dispositivos de calibracio\u0301n combinados con operadores de ima\u0301genes de precisio\u0301n a subpixel que permite ubicar las coincidencias de mu\u0301ltiples figuras que se ajustan y autocalibran por medio de interfaces poderosas en laboratorios de ensaye. Estos equipos demuestran el gran potencial del procedimiento en la medicio\u0301n de deformaciones fotograme\u0301tricas, a pesar de ser sumamente costosos.<\/p>\n

En conjunto, estas metodologi\u0301as y avances en evaluaciones no destructivas han mejorado significativamente la capacidad de los ingenieros al evaluar la salud y la integridad de las edificaciones civiles sin la necesidad de realizar pruebas que podri\u0301an ser costosas o peligrosas. Estas herramientas son fundamentales en el mantenimiento preventivo y la seguridad de las infraestructuras civiles.<\/p>\n

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La aplicacio\u0301n de la geoma\u0301tica y las te\u0301cnicas no destructivas en la ingenieri\u0301a estructural es una li\u0301nea de investigacio\u0301n que se esta\u0301 desarrollando en el Instituto de Ingenieri\u0301a Civil de la Facultad de Ingenieri\u0301a Civil en la UANL. El objetivo de este trabajo es calibrar el me\u0301todo no destructivo al aplicarlo como procedimiento en distintos proyectos civiles, y se ha llevado a cabo en tres ejercicios: (1)<\/em> ensayo de castillos cortos a compresio\u0301n uniaxial; (2)<\/em> registro de de- terioros superficiales en una unio\u0301n viga-columna de concreto reforzado con fibras de acero adicionada y (3)<\/em> comportamiento de muros de mamposteri\u0301a ante cargas ci\u0301clicas reversibles. En estos proyectos participaron los doctores del IIC Jose\u0301 A\u0301lvarez Pe\u0301rez, Jorge Humberto Cha\u0301vez Go\u0301mez, Adria\u0301n Leonardo Ferrin\u0303o Fierro y Fabia\u0301n R. Ruvalcaba Ayala.<\/p>\n

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METODOLOGI\u0301A<\/h4>\n
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Ensayo de castillos cortos a compresio\u0301n uniaxial<\/h4>\n
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Para los ensayos en laboratorio de este proyecto se conto\u0301 con nueve castillos cortos que fueron mallados con una cuadri\u0301cula de 5×5 cm. Cada espe\u0301cimen se etiqueto\u0301 con un nu\u0301mero consecutivo de control del 1 al 9. Se realizaron dos procesos en la construccio\u0301n de informacio\u0301n en 3D: 1. Fotorreconstruccio\u0301n de cada castillo utilizando una sobreposicio\u0301n mayor a 80% a tres alturas. 2. Seguimiento del desplazamiento en el registro fotogra\u0301fico (figura 1). Durante el seguimiento de los desplazamientos se empleo\u0301 la referenciacio\u0301n espacial al determinar el registro exacto del mallado y puntos de control establecidos. A partir de e\u0301stos se obtuvieron los desplazamientos que se compararon hasta la carga de rotura con las mediciones de los LVDT y strain-gauges<\/em>. Los especi\u0301menes se ensayaron utilizando una prensa electrohidra\u0301ulica Tinius Olsen. Estas pruebas se realizaron con control de velocidad de desplazamiento (0,005 mm\/s) (A\u0301lvarez-Pe\u0301rez et al.<\/em>, 2023; Mesa-Lavista et al<\/em>., 2022).<\/p>\n

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Figura 1. Geom\u00e1tica aplicada en el proyecto de castillos cortos a compresi\u00f3n uniaxial.<\/p><\/div>\n

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Registro de deterioros superficiales en una unio\u0301n viga-columna de concreto reforzado con fibras de acero adicionada<\/h4>\n
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En este proyecto se ensayaron dos uniones viga-columna de concreto reforzado: con y sin fibras de acero adicionadas. En los ensayos se aplico\u0301 una carga ci\u0301clica reversible en un periodo especi\u0301fico (Garci\u0301a et al<\/em>., 2019). En este caso, se siguio\u0301 el procedimiento que se describe a continuacio\u0301n: a)<\/em> se rocio\u0301 pintura para motear la zona de intere\u0301s en el espe\u0301cimen, b)<\/em> se coloco\u0301 iluminacio\u0301n y una ca\u0301mara en la zona de intere\u0301s y c)<\/em> se programo\u0301 una serie sincronizada de tomas fotogra\u0301ficas en time lapse<\/em> de 2 seg y una serie en video secuencial con el objetivo de valorar los desplazamientos de la viga. Con esta te\u0301cnica se logro\u0301 medir las aberturas de las grietas (figura 2).<\/p>\n

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Figura 2. Registro de deterioro superficial en una uni\u00f3n viga-columna de concreto reforzado con fibras de acero adicionada.<\/p><\/div>\n

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Comportamiento de muros de mamposteri\u0301a antecargas ci\u0301clicas reversibles<\/h4>\n
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Los muros de mamposteri\u0301a confinada son ampliamente utilizados en la construccio\u0301n de vivienda, proveen la capacidad de resistir cargas gravitacionales y laterales inducidas por sismos o huracanes. Actualmente existe la necesidad de proporcionar una evaluacio\u0301n completa de estas estructuras frente a la solicitud de esfuerzos de flexio\u0301n y de cizallamiento. En este proyecto se ensayo\u0301 un muro de mamposteri\u0301a sometido a carga ci\u0301clica reversible. Para ello se emplearon dos gatos hidra\u0301ulicos con sus respectivas celdas de carga de 150 ton cada uno, aplicando previamente una precompresio\u0301n al muro. En una primera etapa se realizaron pruebas con esca\u0301neres por medio de un proceso fotograme\u0301trico con cinco modelos de ca\u0301maras GoPro, con la disposicio\u0301n que se presenta en la figura 3. La programacio\u0301n de las fotografi\u0301as se realizo\u0301 a cada 0.5 seg.<\/span><\/p>\n

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Figura 3. Control fotogram\u00e9trico del comportamiento de un muro de mamposter\u00eda ensayado a carga c\u00edclica reversible.<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Metodologi\u0301as destructivas<\/h4>\n
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En los tres proyectos se empleo\u0301, adema\u0301s, un procedimiento destructivo. En e\u0301ste se utilizo\u0301 el sistema de medicio\u0301n tradicional con LVDTs y strain-gauges<\/em> en la determinacio\u0301n de los desplazamientos y deformaciones, respectivamente. Los castillos se ensayaron a compresio\u0301n axial; las uniones y los muros a carga ci\u0301clica reversible, en los tres casos hasta la rotura. Las mediciones realizadas con las te\u0301cnicas tradicionales sirvieron de gui\u0301a para la calibracio\u0301n de los me\u0301todos no destructivos.<\/p>\n

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RESULTADOS<\/h4>\n
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Como resultado del proyecto 1 se valido\u0301 la te\u0301cnica fotograme\u0301trica no destructiva al compararla con los desplazamientos medidos a trave\u0301s de los LVDT. Adema\u0301s, se logro\u0301 determinar con precisio\u0301n el momento exacto en que comenzaron a aparecer grietas en los especi\u0301menes, permitiendo medir su comportamiento despue\u0301s de la falla. Esto es especialmente relevante porque despue\u0301s de que el espe\u0301cimen se estropea, los procesos de medicio\u0301n tradicionales con strain-gauges<\/em> ya no son efectivos, pues el objeto se dan\u0303a y no puede seguir realizando mediciones.<\/p>\n

Por otra parte, en el proyecto de las uniones viga-columna se logro\u0301 observar el inicio y la propagacio\u0301n de las grietas, registrando el desarrollo completo del deterioro superficial. Estos detalles no pueden apreciarse con precisio\u0301n mediante las formas convencionales. Este mismo feno\u0301meno se observo\u0301 en el proyecto de los muros, ya que se logro\u0301 un resultado similar al determinar el inicio y desarrollo de las grietas. En este proyecto, en particular, el uso de la te\u0301cnica no destructiva es au\u0301n ma\u0301s relevante, ya que se valido\u0301 su aplicacio\u0301n en el monitoreo continuo de estructuras reales y la identificacio\u0301n de defectos en a\u0301reas de difi\u0301cil acceso, donde se requiere una medicio\u0301n ra\u0301pida y sencilla.<\/p>\n

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CONCLUSIONES<\/h4>\n
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En cada una de estas investigaciones se generaron ma\u0301s de 8,000 ima\u0301genes, las cuales esta\u0301n siendo procesadas; los resultados sera\u0301n fundamentales en la interpretacio\u0301n del comportamiento de los elementos estructurales analizados. Queda demostrado que el uso de te\u0301cnicas no destructivas, como la fotogrametri\u0301a en este caso, contribuye significativamente a la conservacio\u0301n del patrimonio, ya que permite evaluar el estado de las edificaciones y objetos sin causar dan\u0303o fi\u0301sico.<\/span><\/p>\n

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Los resultados obtenidos hasta el momento respaldan la utilizacio\u0301n de esta te\u0301cnica en futuras mediciones en el a\u0301mbito de la investigacio\u0301n, ya que es capaz de medir desplazamientos y prever comportamientos sin depender exclusivamente de medidores tradicionales que tienen limitaciones, en diagno\u0301sticos precisos y en el monitoreo continuo de estructuras existentes.<\/p>\n

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* Universidad Auto\u0301noma de Nuevo Leo\u0301n, San Nicola\u0301s de los Garza, Me\u0301xico.
\nContacto: mmesal@uanl.edu.mx, fabiola.yepezrn@uanl.edu.mx, karlas603@hotmail.com, yrislaura.md98@gmail.com, andrea.escobedotmz@uanl.edu.mx<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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REFERENCIAS<\/h4>\n
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A\u0301lvarez-Pe\u0301rez, J., Mesa Lavista, M., Cha\u0301vez-Go\u0301mez, J. H., et al<\/em>. (2023). Strapping Spiral Ties for Short Tie-Columns in Confined Masonry Walls Using a Micro-Numerical Model, Ingenieri\u0301a e Investigacio\u0301n<\/em>, 43(2), e97253, https:\/\/doi.org\/10.15446\/ing.investig.97253<\/p>\n

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Anterrieu, O., Giroux, B., Gloaguen, E., et al<\/em>. (2019). Non-destructive data assimilation as a tool to diagnose corrosion rate in reinforced concrete structures, Journal of Building Engineering<\/em>, 23, 193-206, https:\/\/doi.org\/https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.jobe.2019.01.033<\/p>\n

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Galantucci, R.A., y Fatiguso, F. (2019). Advanced damage detection techniques in historical buildings using digital photogrammetry and 3D surface anlysis. Journal of Cultural Heritage<\/em>, 36, 51-62, https:\/\/doi.org\/https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.culher.2018.09.014<\/p>\n

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Garci\u0301a, J.E., Cha\u0301vez, J.H., Tera\u0301n, B.T., et al<\/em>. (2019). Metodologi\u0301a para el estudio experimental del comportamiento histere\u0301tico de una unio\u0301n viga-columna de concreto reforzado con fibras de acero adicionada<\/em>, XXII Congreso Nacional de Ingenieri\u0301a Si\u0301smica, Nuevo Leo\u0301n, Me\u0301xico.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Mesa-Lavista, M., A\u0301lvarez-Pe\u0301rez, J., Cha\u0301vez-Go\u0301mez, J. H., et al<\/em>. (2022). Axial compressive behavior of short tie-columns with strapping spiral ties. Revista de la Construccio\u0301n<\/em>, 21(3), 657-668, https:\/\/doi.org\/10.7764\/rdlc.21.3.657<\/p>\n

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Maas, H.G., y Hampel, U. (2006). Photogrammetric techniques in civil engineering material testing and structure monitoring. Photogrammetric Engineering y Remote Sensing<\/em>, 1, 39-45, https:\/\/doi.org\/10.14358\/PERS.72.1.39<\/p>\n

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Recibido: 05\/12\/2022. <\/strong>
\nAceptado: 25\/10\/2023.<\/strong><\/p>\n

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