Evaluación estructural de edificaciones históricas mediante análisis modal operacional (OMA)

Abstract

El análisis modal operacional (OMA) se ha consolidado en las últimas décadas como un método de gran interés para caracterizar los parámetros dinámicos (frecuencias naturales, modos de vibración y coeficientes de amortiguamiento modal) de todo tipo de estructuras. Los buenos resultados obtenidos, la simplicidad de aplicación y el bajo coste de su ejecución, hacen de esta técnica una herramienta muy atractiva. Presenta un especial interés la asociación de OMA al mundo de la arquitectura histórica, donde el uso de técnicas no destructivas resulta fundamental para su evaluación estructural. La aplicación de OMA antes y durante el desarrollo de un programa de rehabilitación sobre una edificación histórica, proporciona una serie de datos sobre los efectos que dicha intervención ha tenido sobre la estructura de dicha edificación. Por un lado, permite observar los cambios en los parámetros dinámicos de la estructura, haciendo estimaciones de éstos en diferentes estados de la rehabilitación, realizándose así un control de la intervención. Por otro lado, los datos obtenidos pueden usarse para calibrar y validar modelos numéricos, reduciéndose así el elevado nivel de incertidumbre que presentan los modelos de elementos finitos (EF) de este tipo de edificaciones. La calibración del modelo se refiere a la corrección de las deficiencias inherentes en el modelo de EF, haciendo coincidir los resultados de éste con los datos obtenidos experimentalmente a través de OMA. En el presente documento de investigación, tras repasar los fundamentos teóricos y el estado del arte de la aplicación de OMA sobre estructuras históricas de fábrica, se presenta la doble vertiente que ofrece dicha técnica a través de su aplicación práctica sobre una serie de casos de estudio. El Teatro Romano de Cádiz (Cádiz, España), la Capilla de la Jura (Jerez de la Frontera, España), la Iglesia de Santiago (Jerez de la Frontera, España), el Monasterio de San Jerónimo de Buenavista (Sevilla, España) y la Capilla del Palacio de Würzburg (Würzburg, Alemania) son las edificaciones históricas analizadas dinámicamente en el presente documento. El objetivo fundamental de la presente tesis es avanzar en la aplicación del Análisis Modal Operacional (OMA), como técnica no destructiva, para evaluar la seguridad estructural sobre estructuras históricas de fábrica. Se propone sistematizar y extender el método como una herramienta fundamental para el diseño y el control de proyectos de rehabilitación sobre este tipo de edificaciones, utilizando esta técnica tanto para la evaluación y control de las mismas, como para la validación y verificación de modelos numéricos de cálculo estructural. Finalmente, se concluye que el Análisis Modal Operacional (OMA) ha alcanzado un grado de madurez significativo en relación al mundo de la arquitectura histórica. En el presente trabajo se apuesta por el desarrollo de esta técnica de identificación modal en este tipo de edificaciones, respaldándonos en los buenos resultados obtenidos. Se consolida el uso de la técnica OMA, tanto para llevar a cabo el control de una intervención estructural, como para calibrar modelos numéricos de gran escala. Estos modelos, que representan construcciones históricas generalmente masivas y originariamente llenas de suposiciones, tras su calibración nos permiten estimar el efecto estructural de las intervenciones antes de que estas se produzcan.