Análisis del comportamiento dinámico en estructuras de la ingeniería civil por medio de la visión computacional.

Abstract

En el presente Trabajo de Fin de Máster se pretende llevar a cabo la aplicación de Análisis Modal Operacional sobre estructuras reales por medio del uso de sensores de visión computacional y técnicas de “Template-Matching”. Los sensores de visión computacional son sensores tipo contacless utilizados en el campo de las estructuras para medir los desplazamientos a los que se ve sometido una estructura determinada, frecuentemente ante cargas arbitrarias. Las técnicas de “Template-Matching” son utilizadas para la identificación de un punto determinado en una grabación, dicho punto es frecuentemente denominado “template”. La combinación de los sensores de visión computacional y estas técnicas serán desarrolladas para poder obtener los desplazamientos de un punto de una determinada estructura haciendo uso de una “Consumer Grade Camera”, es decir, una cámara de uso particular con características técnicas comunes. Previamente a la ejecución de los ensayos de medición se efectuarán ensayos de prueba en los que se calibrará el método hasta conseguir que los resultados arrojados por el mismo sean considerados como válidos. Durante esta fase, se procederá a analizar el movimiento de un péndulo al ser una “estructura” relativamente sencilla que presenta un único grado de libertad. Una vez calibrado adecuadamente el método, utilizando un sensor de visión computacional y las técnicas de “Template-Matching” junto a la aplicación del Análisis Modal Operacional se obtendrán las propiedades modales de una estructura: modos de vibración, frecuencia natural y relación de amortiguamiento. La estructura elegida en este caso se trata de una viga en voladizo, empotrada en un extremo, consistiendo en una estructura con un total de seis grados de libertad. Además, se consigue realizar un ensayo con resultados satisfactorios en campo de aplicación de este tipo de técnicas con una “Consumer Grade Camera”, obteniendo la frecuencia natural de la estructura de forma aproximada.

This Master’s Tesis main objective is to complete a correct application of Operational Modal Analysis on real structures using computer vision sensors and Template-Matching techniques. Computer vision sensors are contactless sensors used in the field of structures to measure the displacements experienced by a particular structure, often under arbitrary loads. Template-Matching techniques are used for the identification of a specific point in a recording, commonly referred as template. The combination of computer vision sensors and these techniques are developed along this document to obtain the displacements of a point on a specific structure using a consumer grade camera, which refers to a commonly used camera with standard technical features. Before the measurement tests are done, preliminary tests will be performed to calibrate the method until the results obtained are considered valid. During this phase, the pendulum’s motion will be analyzed as a simple system with a single degree of freedom. Once the method has been properly calibrated, using a computer vision sensor and Template-Matching techniques comnbinated with the application of Operational Modal Analysis, the structure’s modal properties will be obtained, including vibration modes, natural frequency, and damping ratio. In this case, the chosen structure is a cantilever beam consisting on a structure with a total of six degrees of freedom. Additionally, a successful test is performed using a consumer grade camera which allows to obtaini a natural frequency of the structure.