Continuous monitoring of a civil structure: Crisanto Luque Building case, in Bogota, Colombia

Abstract

El monitoreo continuo del estado de cualquier estructura es actualmente un tema de investigación y desarrollo. En geofísica es común el uso del estudio que, por sus siglas en inglés, recibe el nombre de Seismic Structural Health Monitoring (S2HM), el cual evalúa de manera continua estructuras civiles para estimar su seguridad y hacer recomendaciones de mejora a través del análisis de datos y modelos matemáticos. Por primera vez en Colombia, se ha desplegado una red de monitoreo permanente y continuo, con propósitos académicos, en un edificio de 14 pisos en el centro de Bogotá. Se instalaron 6 acelerómetros ETNA-2 de tres componentes, los cuales iniciaron el registro de datos en junio de 2019, permitiendo usar diferentes grupos de datos para este estudio. Inicialmente, 25 días de datos continuos registrados basados en vibraciones ambientales, fueron analizados para comprender la respuesta del edificio. Se realizó un análisis espectral preliminar que permitió identificar un modo muy claro a 1,25 Hz, para el componente longitudinal (X) de los acelerómetros. Otros modos de vibración en frecuencias más alta también se notaron alrededor de 1.5 - 2.5 Hz y 3.5 - 4 Hz, incluso por encima de 5 Hz, particularmente visto en los pisos superiores; esta información permitió seleccionar diferentes bandas de frecuencia de 0.5 - 2 Hz, 2 - 5 Hz, 6 - 10 Hz y 0.5 - 10 Hz para un análisis más detallado. Siguiendo el enfoque de Interferometría Sísmica basada en deconvolución propuesto por Prieto, y otros, 2010, para una campaña de monitoreo de 225 días (3 de julio de 2019 a 14 de febrero de 2020), las funciones de respuesta al impulso (IRF) fueron estimadas a partir de 2 fuentes diferentes de datos: 49 terremotos registrados (IRF basados en terremotos) y 225 días de datos registrados continuamente (IRF basados en vibración ambiental), ambos conjuntos de datos fueron utilizados como datos de entrada en las mediciones de variación de velocidad, utilizando la técnica de estiramiento. Un notable terremoto de Magnitud 6 ocurrió el 24 de diciembre de 2019 en Mesetas, Meta, produciendo un cambio significativo en la respuesta del edificio, notado en ambos conjuntos de datos (basados en vibraciones ambientales y basados en terremotos), para el componente longitudinal de los sensores.

Seismic Structural Health Monitoring (S2HM) allows the continuous evaluation of engineering structures to estimate their safety and making recommendations for improvement through data analysis and mathematical models. For the first time in Colombia, a permanent and continuous monitoring network for engineering structures with an academic purpose has been deployed in a 14-story ecofriendly steel-frame building combined with a reinforced concrete structure in the downtown of Bogota. The six 3-component ETNA-2 accelerometers started recording on June 2019, and different sets of data were used for this study. As an initial attempt to understand the building’s response, with only 25 days of continuous recorded data, the anthropogenic behavior from the ambient vibrations-based data was analyzed. A preliminary spectral analysis was performed, allowing to identify a very clear mode at 1.25 Hz, in the longitudinal (X) component. Higher frequency modes were also noticed around 1.5 – 2.5 Hz and 3.5 – 4 Hz, even above 5 Hz, particularly seen in the top floors; this information leaded on the selection of particular frequency bands at 0.5 – 2 Hz, 2 – 5 Hz, 6 – 10 Hz and 0.5 – 10 Hz for further analysis. Following the deconvolution-based seismic interferometry approach proposed by Prieto, et al., 2010, for a 225 daylong monitoring campaign (from July 3rd 2019 to February 14th 2020), the Impulse Response Function (IRF) was estimated, from 2 different sources of data: 49 registered earthquakes (IRFs based on earthquakes) and 225 days of continuously recorded data (IRFs based on ambient vibration), both used as an input in the velocity variation measurements, using a stretching technique. A remarkable M6 earthquake occurred on December 24, 2019, in Mesetas, Meta, yielding a significant change in the building’s response, noticed in both sets of data (ambient vibration-based data and earthquake-base data), for the longitudinal component.