A partir de las experiencias que han vivido diversas ciudades mexicanas tras sufrir sismos de gran magnitud, las autoridades de protección civil han instrumentado una serie de protocolos durante y después de un movimiento telúrico con la finalidad de salvaguardar la seguridad de las personas.
Una de las más importantes es la revisión estructural de los inmuebles posterior al movimiento que, en el caso de la mayoría de los edificios sin sistema de instrumentación electrónico, precisa la participación de una brigada que supervise en cada piso la presencia de posibles fracturas en paredes y elementos estructurales, con el objetivo de garantizar el reingreso a las instalaciones.
Sin embargo, ese procedimiento representa un riesgo para los integrantes de la brigada, quienes desconocen el estado de la edificación previo a su registro. Ante ese panorama, Jesús Morales Valdez y Wen Yu Liu, investigador catedrático Conacyt e investigador del Departamento de Control Automático del Cinvestav, respectivamente, desarrollan una alternativa económica para detectar fallas estructurales en edificios durante los primeros segundos después del temblor, para facilitar la toma de decisiones sobre la evacuación antes de que la inspección física sea posible.
La tecnología consiste en el desarrollo de un algoritmo que en tiempo real puede conjuntar la información enviada por acelerómetros basados en tecnología MEMS (sistemas microelectrónicos), los cuales se ubican en lugares estratégicos dentro del inmueble, con ello es posible detectar fallas estructurales en edificios y ubicarlas de manera precisa en tiempo real.
Actualmente, algunos edificios de gran altura cuentan con tecnología de instrumentación electrónica, la cual realiza la función de monitoreo de salud estructural, pero su precio de instalación y mantenimiento resulta muy alto, por lo que inmuebles como hospitales públicos, escuelas y oficinas carecen de ese sistema. Además, requieren de energía eléctrica para su funcionamiento, por lo que en caso de un corte de energía, que es una práctica común durante los sismos, esos equipos pueden perder funcionamiento de no estar conectados a sistemas alternativos de energía.
Todo ello fue considerado por el equipo de Morales Valdez, al plantear una alternativa de instrumentación de edificios económica y confiable que pudiera realizar una evaluación estructural después del evento sísmico.
“Es muy común que momentos antes, durante y después de un evento sísmico se proceda a evacuar a las personas que permanecían dentro del inmueble, pero en el caso de un hospital, donde ese procedimiento es riesgoso y complicado, la alternativa que proponemos puede ser de mucha ayuda, ya que, si nuestro algoritmo no reporta daño estructural, no es necesario evacuar a todos luego del evento sísmico”, mencionó el investigador.
La información que brinda sobre el daño estructural se asume como una reducción en las velocidades propagación del movimiento sísmico a través de la estructura, que están directamente relacionados con la pérdida de rigidez dentro del inmueble.
Estos cambios son estimados a través de un sistema de identificación robusto, que analiza los parámetros estructurales de las condiciones actuales del edificio. El problema de emplear acelerómetros es que estos dispositivos presentan ruido de medición, lo que representa un reto importante en la evaluación estructural oportuna.
Para superar este problema, el esquema de identificación propuesto incorpora Filtros Integrales Lineales (FIL), cuya inclusión evita el almacenamiento y procesamiento de los datos que normalmente es intensivo computacionalmente. De manera similar, para brindar robustez al esquema de localización de daño, éste se diseña con base en umbrales adaptables, los cuales son robustos a cambios en los parámetros y al ruido de medición.
En cuanto al hardware, en el diseño actual todo se encuentra conectado de manera alámbrica, pero con el avance de la tecnología del Internet de las Cosas se prevé que puedan hacerlo completamente inalámbrico y usar sensores como los contenidos en los dispositivos móviles.
Por el momento, el sistema se ha probado con éxito a través de prototipos realizados con diferentes materiales que emulan la parte de un edificio donde se encuentran los esfuerzos y resistencia, y si bien las pruebas fueron bajo situaciones controladas, se hicieron bajo estrictas simulaciones matemáticas, lo que asegura su funcionamiento a mayor escala, aunque los investigadores no descartan en corto plazo probar el algoritmo en edificios reales.
Este desarrollo encabezado por el Cinvestav se realiza en colaboración con el Instituto de Ingeniería de la UNAM, y podría ser de interés para aquellos estudiantes que busquen realizar algún posgrado en el área de control automático o alguna ingeniería
