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ES1293187U - Dispositivo para evaluar la integridad de una estructura - Google Patents

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ES1293187U
ES1293187U ES202290011U ES202290011U ES1293187U ES 1293187 U ES1293187 U ES 1293187U ES 202290011 U ES202290011 U ES 202290011U ES 202290011 U ES202290011 U ES 202290011U ES 1293187 U ES1293187 U ES 1293187U
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ground
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Jonathan Avent
Thomas Hill
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Niba Solutions Ltd
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Abstract

Un dispositivo para evaluar la integridad de una estructura, caracterizado porque comprende: i) medios para aplicar una fuerza de variación sinusoidal a la estructura a una frecuencia o frecuencias por debajo de la frecuencia más baja que causa resonancia en la estructura para establecer una respuesta dinámica dominada por la rigidez de la estructura; y ii) medios para supervisar la respuesta dinámica de la estructura.

Description

DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO PARA EVALUAR LA INTEGRIDAD DE UNA ESTRUCTURA
La presente invención se refiere generalmente a métodos, a dispositivos y a equipos para realizar una evaluación de la flexibilidad/rigidez en una superficie/estructura y, particularmente, aunque no exclusivamente, a la valoración de la flexibilidad por excitación dinámica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Existen muchas estructuras que requieren una evaluación de la integridad en la que una medida de la flexibilidad proporcione datos vitales. Esto es particularmente importante cuando una investigación invasiva no es deseable, por ejemplo, en edificios históricos (como propiedades del patrimonio). Una prueba de flexibilidad convencional requeriría aplicar alguna carga conocida y medir la desviación resultante. Esto no es sencillo, porque se requiere alguna referencia fija a partir de la cual se puedan medir las desviaciones. Los puntos cercanos elegidos como referencia se ven potencialmente afectados por la carga. Si se puede encontrar un método que dé la desviación de una fuerza conocida sin este inconveniente, se lograrían beneficios sustanciales.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invención busca proporcionar mejoras en las evaluaciones de la integridad estructural o relacionadas con la misma.
Un aspecto de la presente invención proporciona un método para evaluar la integridad de una estructura, que comprende las etapas de: i) aplicar una fuerza de variación sinusoidal a la estructura a una frecuencia o frecuencias por debajo de la frecuencia más baja que podría causar resonancia en la estructura para establecer una respuesta dinámica dominada por la rigidez de la estructura; y ii) supervisar la respuesta dinámica de la estructura.
La presente invención también proporciona un dispositivo para evaluar la integridad de una estructura, que comprende: i) medios para aplicar una fuerza de variación sinusoidal a la estructura a una frecuencia o frecuencias por debajo de la frecuencia más baja que podría causar resonancia en la estructura para establecer una respuesta dinámica dominada por la rigidez de la estructura; y ii) medios para supervisar la respuesta dinámica de la estructura.
El método/dispositivo puede comprender una etapa de y/o proporciona medios para determinar o estimar la primera frecuencia natural de la estructura para determinar o estimar la frecuencia más baja que podría causar resonancia en la estructura.
La frecuencia más baja que podría causar resonancia también podría considerarse o describirse como la primera frecuencia natural.
Un método típico para encontrar la primera frecuencia natural de una estructura sería el siguiente:
Se aplica una fuerza dinámica a la estructura sometida a prueba. El espectro de frecuencias de la fuerza debe contener una extensión de frecuencias que abarque la primera frecuencia natural de la estructura. Típicamente, la fuerza podría ser un impulso, una excitación aleatoria, un barrido senoidal, chirridos u otros formatos que tengan algún contenido en la primera frecuencia natural de la estructura, de modo que se produzca una respuesta medible. Se utilizan uno o más sensores en posiciones alrededor de la estructura para medir la respuesta de vibración y, junto con la fuerza de entrada, se calculan las funciones de respuesta de la frecuencia. Estas dan la magnitud y la fase de la respuesta a la entrada en función de la frecuencia. El primer pico en las funciones de respuesta de la frecuencia que está asociado con un cambio de fase de 180 grados es la primera frecuencia natural.
Para algunas aplicaciones, normalmente puede no ser necesario calcular la primera frecuencia natural específica de una estructura, porque la fuerza aplicada puede preestablecer una frecuencia muy por debajo de un nivel anticipado. Por ejemplo, en el caso del suelo de un edificio, se puede configurar un dispositivo para aplicar la fuerza a una frecuencia muy baja (por ejemplo, 2 Hz) y, si un suelo tuviera una frecuencia natural tan baja, sería prácticamente inservible.
En métodos y/o dispositivos formados de conformidad con la presente invención, se puede hacer oscilar una masa inercial, generando así cargas de reacción para excitar la estructura sometida a prueba.
La fuerza motriz de la masa inercial la puede proporcionar un motor electromecánico o hidráulico. El motor, por ejemplo, puede ser un motor lineal.
La contribución relativa de la rigidez de la estructura a la respuesta puede ser de al menos el 70 %, el 80 %, el 90 % o puede ser del 100 %. Por ejemplo, la contribución a la respuesta dinámica de la rigidez de la estructura puede ser de al menos el 90 % y la de la masa puede ser inferior al 10 %. Cuanto más cerca de 100/0, menor es el término de error provocado por los efectos másicos del suelo. 90/10 es alcanzable. A 70/30, la precisión puede verse comprometida.
El método/dispositivo puede comprender medir y/o proporcionar medios para medir la fuerza dinámica aplicada a una estructura.
Se pueden proporcionar uno o más sensores de fuerza en una interfaz con la estructura, por ejemplo, en la interfaz entre el dispositivo y la estructura, para medir la fuerza que se aplica a la estructura.
Se pueden proporcionar medios para determinar la aceleración de una masa inercial para poder calcular la fuerza que se aplica a la estructura.
Los medios para determinar la aceleración pueden comprender uno o más de: un sensor de movimiento; un sensor de posición; un transductor de velocidad; y un acelerómetro.
El método/dispositivo puede comprender medir y/o proporcionar un sensor de respuesta (o varios sensores de respuesta) para medir el movimiento de la estructura que se está cargando.
El sensor de respuesta puede comprender uno o más de: un sensor de posición; un transductor de velocidad; un acelerómetro.
El método/dispositivo puede comprender determinar y/o proporcionar medios para determinar la relación dependiente de la frecuencia del movimiento de respuesta a la fuerza de excitación.
Los métodos y dispositivos formados de conformidad con la presente invención pueden usar el espectro cruzado entre la fuerza de excitación y el movimiento de respuesta junto con el autoespectro de la fuerza de excitación para obtener la relación.
Los métodos y dispositivos formados de conformidad con la presente invención pueden usar el espectro cruzado entre la fuerza de excitación y el movimiento de respuesta junto con el autoespectro del movimiento de respuesta para obtener la relación.
El método/dispositivo puede comprender medios para estimar la flexibilidad estática de una estructura en función de la relación a una frecuencia seleccionada.
La presente invención también proporciona un método o dispositivo de evaluación del suelo de un edificio que comprende un método o un dispositivo tal y como se han descrito en el presente documento.
La/cada frecuencia utilizada puede ser, por ejemplo, inferior a 10 Hz. Por ejemplo, la/cada frecuencia puede ser de aproximadamente 2 Hz.
Otro aspecto proporciona un método para evaluar la integridad de una estructura que comprende las etapas de: i) determinar o estimar la primera frecuencia natural de la estructura; ii) aplicar una fuerza de variación sinusoidal a la estructura a una frecuencia o frecuencias por debajo de la primera frecuencia natural de esa estructura para establecer una respuesta dinámica donde la contribución de la rigidez de la estructura es de al menos el 90 % y la de la masa es inferior al 10 %; y iii) supervisar la respuesta dinámica de la estructura.
Otro aspecto de la presente invención proporciona un método para evaluar la integridad de una estructura, el cual comprende las etapas de: i) aplicar una fuerza oscilante a una estructura; y ii) supervisar la respuesta dinámica de la estructura.
Otro aspecto proporciona un dispositivo para evaluar la integridad de una estructura, el cual comprende las etapas de: i) aplicar una fuerza de variación sinusoidal a una estructura; y ii) supervisar la respuesta dinámica de la estructura.
Otro aspecto proporciona un método para aplicar una carga dinámica en una estructura flexible a una frecuencia o frecuencias por debajo de la primera frecuencia natural de esa estructura con el fin de establecer una respuesta dominada por la rigidez de la estructura.
En los aspectos y las realizaciones de la presente invención, se puede hacer oscilar una masa inercial, generando así cargas de reacción para excitar la estructura sometida a prueba.
La fuerza motriz de la masa inercial la puede proporcionar un motor electromecánico o hidráulico.
El motor puede ser un motor lineal.
La fuerza generada puede ser, o puede ser de forma predominante, generalmente sinusoidal. La fuerza puede ser o puede generar, por ejemplo, una forma de onda sinusoidal con una frecuencia fija.
El dispositivo/método puede incluir un principio de excitación dinámica (que cambia con el tiempo).
El dispositivo/método puede basarse en un principio de medición/estimación/cálculo/determinación de la rigidez.
Los métodos o dispositivos pueden comprender una etapa o medio para medir la fuerza dinámica aplicada a una estructura.
Se pueden proporcionar uno o más sensores de fuerza en la interfaz entre un dispositivo y una estructura para medir la fuerza que se aplica a la estructura.
Se pueden proporcionar medios o una etapa para determinar la aceleración de una masa inercial para poder calcular la fuerza que se está aplicando a la estructura.
Los medios o etapas para determinar la aceleración pueden comprender el uso de uno o más de: un sensor de movimiento; un sensor de posición; un transductor de velocidad; y un acelerómetro.
El método o dispositivo puede comprender un sensor de respuesta y/o una etapa para medir el movimiento de la estructura que se está cargando.
El sensor de respuesta puede comprender uno o más de: un sensor de posición; un transductor de velocidad; un acelerómetro.
Un método o dispositivo puede comprender medios para determinar la relación dependiente de la frecuencia del movimiento de respuesta a la fuerza de excitación.
El método/dispositivo puede utilizar el espectro cruzado entre la fuerza de excitación y el movimiento de respuesta junto con el autoespectro de la fuerza de excitación para obtener la relación.
El método/dispositivo puede utilizar el espectro cruzado entre la fuerza de excitación y el movimiento de respuesta junto con el autoespectro del movimiento de respuesta para obtener la relación.
El método/dispositivo puede comprender medios o una etapa para estimar la flexibilidad estática de una estructura en función de la relación a una frecuencia seleccionada.
El método puede comprender medios para mejorar la estimación de la flexibilidad estática en función de la primera frecuencia natural de la estructura.
El método/dispositivo puede comprender medios para mejorar la estimación de la flexibilidad estática en función de la relación de amortiguación del primer modo natural.
El método/dispositivo puede comprender medios o una etapa para montar los valores de flexibilidad estáticos en una matriz de flexibilidad.
El método/dispositivo puede comprender medios o una etapa para multiplicar la matriz de flexibilidad por un vector de fuerza para obtener un vector de desviación.
La presente invención también proporciona un método de evaluación de suelos que comprende un método tal y como se ha descrito en el presente documento.
La presente invención también proporciona un dispositivo de evaluación de suelos que comprende un dispositivo tal y como se ha descrito en el presente documento.
Otro aspecto proporciona un dispositivo para aplicar una carga dinámica en una estructura flexible a una frecuencia o frecuencias por debajo de la primera frecuencia natural de esa estructura con el fin de establecer una respuesta dominada por la rigidez de la estructura.
En los aspectos y las realizaciones de la presente invención, se puede hacer oscilar una masa inercial, generando así cargas de reacción para excitar una estructura sometida a prueba.
Una fuerza motriz puede proporcionarla un motor electromecánico y/o hidráulico. El motor puede ser un motor lineal.
La fuerza generada puede ser, o puede ser de forma predominante, sinusoidal.
La presente invención también proporciona un método para medir la fuerza dinámica aplicada a la estructura desde el dispositivo tal y como se ha descrito en el presente documento.
Se puede proporcionar uno o más sensores de fuerza en la interfaz entre el dispositivo y la estructura para medir la fuerza que se está aplicando a la estructura.
Se puede asociar un sensor de movimiento con el dispositivo para determinar la aceleración de la masa inercial para poder calcular la fuerza dinámica.
Se puede proporcionar un sensor de posición para medir el movimiento. Se puede proporcionar un transductor de velocidad para medir el movimiento.
Se puede proporcionar un acelerómetro para medir el movimiento.
Se puede proporcionar un sensor de respuesta para medir el movimiento de la estructura que está siendo cargada por el dispositivo.
Se puede proporcionar un sensor de posición para medir el movimiento. Se puede proporcionar un transductor de velocidad para medir el movimiento.
Se puede proporcionar un acelerómetro para medir el movimiento.
La presente invención también proporciona un método para determinar la relación dependiente de la frecuencia del movimiento de respuesta a la fuerza de excitación.
Un método para obtener la relación puede utilizar el espectro cruzado entre la fuerza de excitación y el movimiento de respuesta junto con el autoespectro de la fuerza de excitación.
Un método para obtener la relación puede utilizar el espectro cruzado entre la fuerza de excitación y el movimiento de respuesta junto con el autoespectro del movimiento de respuesta.
La presente invención también proporciona un método para estimar la flexibilidad estática en función de la relación a una frecuencia seleccionada.
Un método para mejorar la estimación de la flexibilidad estática puede basarse en la primera frecuencia natural de la estructura.
Un método para mejorar la estimación de la flexibilidad estática puede basarse en la relación de amortiguación del primer modo natural.
La presente invención también proporciona un método para montar valores de flexibilidad estáticos determinados en una matriz de flexibilidad.
La matriz de flexibilidad puede multiplicarse por un vector de fuerza para obtener un vector de desviación.
Las estructuras que podrían someterse a prueba para obtener flexibilidades incluyen:
Suelos de edificios
Balaustradas y pasamanos
Escalones y escaleras
Puentes
Paredes
Balcones
Tejados
Torres
Monumentos
Estadios
Algunos aspectos y realizaciones de la presente invención se basan en aplicar una fuerza de variación sinusoidal y controlar la respuesta dinámica y usar estas señales para calcular la flexibilidad. Este tipo de medición se usa típicamente en aplicaciones de ingeniería en análisis modal experimental, a menudo para ayudar a evitar resonancias. La descripción matemática de la relación entre la respuesta y la fuerza de excitación se conoce como función de respuesta de la frecuencia, H( m ), y adopta la forma de un par de valores complejos (magnitud y fase) en función de la frecuencia. H( m ) se puede estimar a partir del espectro de fuerzas F( m ) y el espectro de respuesta X( m ) como H1 (w) el espectro cruzado entre la respuesta y la fuerza dividido por el autoespectro de la fuerza o H2( m ) el autoespectro de la respuesta dividido por el espectro cruzado entre la fuerza y la respuesta.
GXF(u) X(a>)F(a>y
H1( m ) =
Gpp(M) F(u)F(u) *
H2(a) = G x x ( ^ ) = _ x_ (_ u__ )_ x__ (_ u_ y_
Gxf ( m ) X ( m )F ( m ) í
Donde * indica el complejo conjugado.
En un análisis modal, los valores de frecuencia de interés son los picos en el espectro que definen las frecuencias naturales. Los valores de H( m ) en estos puntos están motivados por las propiedades de masa y rigidez de la estructura que se está sometiendo a prueba y el componente de rigidez por sí solo no puede extraerse de los datos. Sin embargo, para frecuencias de excitación por debajo de la primera frecuencia natural, los valores de H( m ) están dominados por la rigidez estática, k, de acuerdo con la relación:
1 1
H(u) = -k J ( 1 - P ) 2 (2t f )2
Donde: es la relación entre la frecuencia de excitación y la primera frecuencia natural, y f es el factor de amortiguación.
Para el propósito de algunas realizaciones, el valor de puede mantenerse a no más de 0,25 y los valores de f pueden estar nunca o rara vez por encima de 0,1. Con estos parámetros extremos, el error en la medida de la rigidez sería de aproximadamente un 6 %.
Algunos aspectos y realizaciones de la presente invención también se pueden usar para hallar la primera frecuencia natural y, de este modo, eliminar este error en caso necesario.
Si O es el valor de la flexibilidad estática y es el valor medido de H( m ) a la frecuencia de la carga aplicada (por debajo de la frecuencia del primer modo), entonces:
o = 1 = h m x J a - J i y w y
El factor de amortiguación ( tiene un pequeño efecto sobre el factor de corrección que, por lo tanto, puede aproximarse a (1 - p 2) y graficarse en función de p, como se muestra en el gráfico de la figura 1.
Otros aspectos y realizaciones se exponen en los siguientes párrafos numerados.
1. Un dispositivo para aplicar una carga dinámica en una estructura flexible a una frecuencia o frecuencias por debajo de la primera frecuencia natural de esa estructura con el propósito de establecer una respuesta dominada por la rigidez de la estructura.
2. Un dispositivo de acuerdo con el párrafo 1, donde se hace oscilar una masa inercial, generando así cargas de reacción para excitar la estructura sometida a prueba.
3. Un dispositivo de acuerdo con el párrafo 1 o 2, donde la fuerza motriz la proporciona un motor electromecánico o hidráulico.
4. Un dispositivo de acuerdo con el párrafo 3, donde el motor es un motor lineal.
5. Un dispositivo de acuerdo con los párrafos 1-4, donde la fuerza generada es predominantemente sinusoidal.
6. Un método para medir la fuerza dinámica aplicada a la estructura desde el dispositivo de cualquiera de los párrafos 1-4.
7. Uno o más sensores de fuerza en la interfaz entre el dispositivo y la estructura para medir la fuerza que se aplica a la estructura de acuerdo con el párrafo 6.
. Un sensor de movimiento asociado con el dispositivo para determinar la aceleración de la masa inercial para poder calcular la fuerza descrita en el párrafo 6
. Un sensor de posición para medir el movimiento descrito en el párrafo 8.
0. Un transductor de velocidad para medir el movimiento en el párrafo 8. 1. Un acelerómetro para medir el movimiento en el párrafo 8.
2. Un sensor de respuesta para medir el movimiento de la estructura que está siendo cargada por el dispositivo de los párrafos 1-4
3. Un sensor de posición para medir el movimiento descrito en el párrafo 12.
4. Un transductor de velocidad para medir el movimiento en el párrafo 12. 5. Un acelerómetro para medir el movimiento en el párrafo 12.
6. Un método para determinar la relación dependiente de la frecuencia del movimiento de respuesta del párrafo 12 a la fuerza de excitación del párrafo 6.
7. Un método para obtener la relación del párrafo 16 que utiliza el espectro cruzado entre la fuerza de excitación y el movimiento de respuesta junto con el autoespectro de la fuerza de excitación.
8. Un método para obtener la relación del párrafo 16 que utiliza el espectro cruzado entre la fuerza de excitación y el movimiento de respuesta junto con el autoespectro del movimiento de respuesta.
9. Un método para estimar la flexibilidad estática en función de la relación del párrafo 16 a una frecuencia seleccionada.
0. Un método para mejorar la estimación de la flexibilidad estática de acuerdo con el párrafo 19 en función de la primera frecuencia natural de la estructura.
21. Un método para mejorar la estimación de la flexibilidad estática de acuerdo con el párrafo 20 en función de la relación de amortiguación del primer modo natural.
22. Un método para montar los valores de flexibilidad estática determinados de acuerdo con los párrafos 19-21 en una matriz de flexibilidad.
23. Un método para multiplicar la matriz de flexibilidad del párrafo 22 por un vector de fuerza para obtener un vector de desviación.
Se pueden usar diferentes aspectos y realizaciones de la invención por separado o conjuntamente.
A continuación, se muestran las realizaciones de la presente invención, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos.
Las realizaciones de ejemplo se describen a continuación con suficiente detalle para permitir que los expertos en la materia incorporen e implementen los sistemas y procesos descritos en el presente documento. Es importante comprender que las realizaciones pueden proporcionarse en muchas formas alternativas y no deben interpretarse como limitadas a los ejemplos expuestos en el presente documento.
En consecuencia, aunque las realizaciones se pueden modificar de varias maneras y adoptar varias formas alternativas, en los dibujos se muestran realizaciones específicas de las mismas y se describen en detalle a continuación como ejemplos. No hay intención de limitar las formas particulares divulgadas. Por el contrario, deben incluirse todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que estén dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Los elementos de las realizaciones de ejemplo se denotan consistentemente por los mismos números de referencia a lo largo de los dibujos y la descripción detallada cuando sea apropiado.
A menos que se defina de otro modo, todos los términos (incluidos los términos técnicos y científicos) utilizados en el presente documento deben interpretarse como es habitual en la técnica. Se entenderá además que los términos de uso común también deben interpretarse como es habitual en la técnica relevante y no en un sentido idealizado o demasiado formal a menos que así se defina expresamente en el presente documento.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
La figura 1 es un gráfico que muestra la relación del factor de correlación frente a p, siendo p la relación entre la frecuencia de excitación y la primera frecuencia natural de la estructura.
La figura 2 muestra un dispositivo para evaluar la integridad de una estructura, de acuerdo con una realización de la invención.
La figura 3 muestra una vista en planta de una sección de suelo de madera sobre el que se aplica una carga para evaluar su integridad estructural, de acuerdo con una realización de la invención.
La figura 4 es un gráfico que muestra la relación entre la carga aplicada y la desviación en la sección de suelo de madera mostrado en la figura 3.
En la siguiente descripción, todos los términos orientativos, como superior, inferior, radialmente y axialmente, se utilizan en relación con los dibujos y no deben interpretarse como limitantes de la invención. Con referencia ahora a la figura 2, una realización de la invención comprende un motor lineal (1) soportado en un armazón rígido (2). Una masa rígida (3) está unida a un carro que se monta en el motor lineal (1) y que es actuado por el mismo motor lineal (1), de modo que cualquier aceleración de esa masa dé como resultado que se apliquen cargas de reacción al soporte del armazón en los tres pies (5). Un controlador de motor (6) puede aceptar señales de accionamiento que permiten generar formas de onda de fuerza específicas. En esta realización, las fuerzas sinusoidales se pueden utilizar para la medición de la flexibilidad y, normalmente, las fuerzas aleatorias para determinar las frecuencias naturales. El controlador del motor establece la aceleración de la masa transportada, y esta es directamente proporcional a la fuerza de excitación. Un acelerómetro (7) que se ajusta a la masa rígida de inercia emite la señal de aceleración a partir de la cual se puede calcular la fuerza. Un acelerómetro separado (8) se ajusta a la estructura que se está probando y da la señal de respuesta. La FRF, H( m ), se calcula a la frecuencia de excitación mediante una aplicación de software separada y se convierte al valor de flexibilidad O.
Mediante el método descrito anteriormente, se puede medir la desviación en la ubicación A de una excitación en la ubicación A. Esto da el valor de flexibilidad del punto para A denotado por OAA. De forma similar, también se puede medir la desviación en la ubicación B de la excitación en la ubicación A. Esto da la flexibilidad cruzada entre A y B denotada por OBA. Si la prueba incluye n ubicaciones, hay n2 medidas de flexibilidad transversal y puntual que se pueden medir. El montaje en la forma de matriz se conoce como matriz de flexibilidad, [^ ].
Si hay un patrón propuesto de cargas para aplicar en las n ubicaciones, descrito por el vector de fuerza (F), entonces la deformación en las n ubicaciones, descrita por el vector de desplazamiento {*}, estará dada por:
Figure imgf000018_0001
A partir de los desplazamientos calculados, se pueden calcular otros valores importantes de integridad estructural, como la tensión y la deformación.
Con referencia a la figura 3, se construyó un suelo de madera para prueba que consistía en un par de vigas primarias (110), un juego de viguetas (112) y un revestimiento de tarimas (113). Los extremos de las vigas primarias se apoyaron simplemente y las viguetas se clavaron a las primarias y se apoyaron simplemente en sus extremos libres. Se identificó un punto de carga en el suelo (114) con un punto de medición (115) a unos 200 mm de distancia.
Se aplicó una carga estática a (114) usando incrementos de masa de 1 kg hasta 10 kg. La desviación del suelo se midió en (115) usando un calibrador de cuadrante. La relación entre carga y desviación se muestra en el gráfico de la figura 4.
El gradiente de la línea en el gráfico es la flexibilidad entre la carga y el punto de medición y el valor para la prueba fue de 2,84 mm/kN.
Se utilizó una realización de la invención (por ejemplo la realización de la figura 2) para medir la flexibilidad entre las posiciones (114) y (115) utilizando una frecuencia de excitación de 2 Hz, y se obtuvo el valor de 2,90 mm/kN. Otras mediciones mostraron que la primera frecuencia natural del suelo era de 18,85 Hz y el factor de amortiguación era de 0,0112. El factor de corrección para estos parámetros es 0,989, lo que da un valor de flexibilidad corregido de 2,87 mm/kN, que es menos del 1 % diferente del valor derivado de la prueba estática.
Aunque las realizaciones ilustrativas de la invención se han descrito en detalle en el presente documento, con referencia a los dibujos adjuntos, se entiende que la invención no se limita a las realizaciones precisas mostradas y que un experto en la materia puede efectuar varios cambios y modificaciones sin apartarse del alcance de la invención definida en las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

Claims (27)

r e iv in d ic a c io n e s
1. Un dispositivo para evaluar la integridad de una estructura, caracterizado porque comprende:
i) medios para aplicar una fuerza de variación sinusoidal a la estructura a una frecuencia o frecuencias por debajo de la frecuencia más baja que causa resonancia en la estructura para establecer una respuesta dinámica dominada por la rigidez de la estructura; y
ii) medios para supervisar la respuesta dinámica de la estructura.
2. Un dispositivo según la reivindicación 1, que comprende medios configurados para determinar o estimar la primera frecuencia natural de la estructura para determinar o estimar la frecuencia más baja que causa resonancia en la estructura.
3. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde los medios para aplicar una fuerza de variación sinusoidal a la estructura es una masa inercial que se hace oscilar generando cargas de reacción para excitar la estructura sometida a prueba.
4. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende un motor electromecánico o hidráulico configurado para proporcionar la fuerza motriz a la masa inercial.
5. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el motor electromecánico o hidráulico es un motor lineal.
6. Un dispositivo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende medios para medir la fuerza de variación sinusoidal aplicada a la estructura.
7. Un dispositivo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende uno o más sensores de fuerza situados en una interfaz con la estructura y que están configurados para medir la fuerza que se está aplicando a la estructura.
8. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende medios para determinar la aceleración de una masa inercial que están configurados para calcular la fuerza que se está aplicando a la estructura.
9. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, en donde los medios para determinar la aceleración comprenden uno o más de: un sensor de movimiento; un sensor de posición; un transductor de velocidad; y un acelerómetro.
10. Un dispositivo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende un sensor de respuesta configurado para medir el movimiento de la estructura que se está cargando.
11. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el sensor de respuesta comprende uno o más de: un sensor de posición; un transductor de velocidad; un acelerómetro.
12. Un dispositivo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende medios para determinar una relación dependiente de la frecuencia del movimiento de respuesta a la fuerza de excitación.
13. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12, donde el dispositivo está configurado para utilizar un espectro cruzado entre la fuerza de excitación y el movimiento de respuesta junto con el autoespectro de la fuerza de excitación para obtener la relación dependiente de la frecuencia del movimiento de respuesta a la fuerza de excitación.
14. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12 o la reivindicación 13, donde el dispositivo está configurado para utilizar el espectro cruzado entre la fuerza de excitación y el movimiento de respuesta junto con el autoespectro del movimiento de respuesta para obtener la relación dependiente de la frecuencia del movimiento de respuesta a la fuerza de excitación.
15. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que comprende medios para estimar una flexibilidad estática de la estructura en función de la relación dependiente de la frecuencia del movimiento de respuesta a la fuerza de excitación a una frecuencia seleccionada.
16. Un dispositivo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde la frecuencia es inferior a 10 Hz .
17. Un dispositivo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde la frecuencia es de aproximadamente 2 Hz .
18. Un dispositivo de evaluación del suelo de un edificio que comprende un dispositivo para evaluar la integridad de una estructura de acuerdo con cualquier reivindicación anterior.
19. Un dispositivo de evaluación de la integridad del suelo de un edificio, caracterizado porque comprende:
una masa inercial configurada para oscilar, generando cargas de reacción para excitar un suelo sometido a prueba y así aplicar una fuerza de variación sinusoidal al suelo a una frecuencia fija que está preestablecida para estar por debajo de una frecuencia más baja anticipada que podría causar resonancia en el suelo, para establecer una respuesta dinámica dominada por la rigidez estática del suelo;
un sensor para medir la fuerza de excitación que se está aplicando al suelo; y
un sensor separado para medir el movimiento de respuesta del suelo.
20. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 19, que comprende medios para determinar la relación entre el movimiento de respuesta y la fuerza de excitación a la frecuencia de excitación.
21. Un dispositivo para evaluar la rigidez estática del suelo de un edificio, caracterizado porque comprende:
medios para aplicar al suelo una fuerza de variación sinusoidal a una frecuencia fija que está por debajo de la frecuencia más baja que podría causar resonancia en el suelo para establecer una respuesta dinámica dominada por la rigidez estática del suelo; y
medios para supervisar la respuesta dinámica del suelo.
22. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios para aplicar una fuerza de variación sinusoidal a la estructura son:
un motor lineal soportado en un armazón de soporte; y
una masa rígida unida a un carro montado en el motor lineal y actuado por el mismo motor lineal, donde la masa rígida está configurada para ser acelerada generando cargas de reacción que se aplican al armazón de soporte.
23. Un dispositivo según la reivindicación 22, que comprende un controlador del motor lineal, donde el controlador del motor lineal está configurado para aceptar señales de impulso que permiten generar formas de onda de fuerza específicas.
24. Un dispositivo según la reivindicación 22 o la reivindicación 23, en donde el armazón de soporte tiene tres pies.
25. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 23 o 24, en donde el controlador del motor lineal está configurado para establecer una aceleración de la masa rígida transportada, y donde la aceleración es directamente proporcional a la fuerza de excitación.
26. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, que comprende un acelerómetro que se acopla a la masa rígida inercial y está configurado para emitir la señal de aceleración a partir de la cual se puede calcular la fuerza.
27. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 26, que comprende un acelerómetro separado que se acopla a la estructura que se está sometiendo a prueba y da una señal de respuesta.
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