Identificación de daño por corrosión en elementos de hormigón mediante análisis dinámico

Abstract

Este de Trabajo Fin de Grado aborda la identificación de daño por corrosión en vigas de hormigón a partir de sus propiedades dinámicas. Se parte de datos experimentales de una viga sana obtenidos con un procedimiento tipo Análisis Modal Operacional (OMA) y de registros de viga corroída. El objetivo principal es calibrar un modelo numérico que reproduzca las frecuencias naturales y las formas modales medidas, para después estimar un patrón de pérdida de rigidez compatible con la corrosión. El modelo se ha formulado con el Método de los Elementos Finitos (MEF) en 1D (viga de Euler–Bernoulli) y se ha discretizado en 14 elementos para ganar resolución. Los apoyos reales del laboratorio se representan mediante resortes que simulan neoprenos: una rigidez vertical (Kv) y una rigidez rotacional (Kr). La implementación y todo el postproceso se realizan en MATLAB, con generación automática de ejecuciones, tablas Excel y figuras de modos. En la calibración de la viga sana en MATLAB, se han ajustado Kv y el módulo de elasticidad (E) hasta acercar el modelo a las frecuencias y modos experimentales. Con el modelo sano ajustado, el siguiente paso es estimar el daño como una reducción distribuida de la rigidez a flexión (EI), asignando porcentajes por elemento (no solo en uno aislado) hasta reproducir las frecuencias registradas en la viga corroída. El trabajo presenta una metodología reproducible (pasos, parámetros y salidas organizadas), resume los resultados más relevantes y deja en anexos las ejecuciones, hojas de Excel y scripts empleados. El enfoque es deliberadamente práctico, construir un modelo sencillo pero útil, calibrarlo con datos reales y razonar cómo la corrosión puede reflejarse en la respuesta dinámica.

Aquest Treball de Fi de Grau aborda la identificació de dany per corrosió en bigues de formigó a partir de les seves propietats dinàmiques. Es parteix de dades experimentals d’una biga sana obtingudes amb un procediment tipus Anàlisi Modal Operacional (OMA) i de registres d’una biga corroïda. L’objectiu principal és calibrar un model numèric que reprodueixi les freqüències naturals i les formes modals mesurades, per després estimar un patró de pèrdua de rigidesa compatible amb la corrosió. El model s’ha formulat amb el Mètode dels Elements Finits (MEF) en 1D (biga d’EulerBernoulli) i s’ha discretitzat en 14 elements per guanyar resolució. Els suports reals de laboratori es representen mitjançant molles que simulen neoprens: una rigidesa vertical (Kv) i, una rotació rotacional (Kr). La implementació i tot el post procés es duen a terme amb MATLAB, amb generació automàtica d’execucions, fulls d’Excel i figures de modes. En la calibració de la biga sana amb MATLAB, s’han ajustat Kv i el mòdul d’elasticitat (E) fins a aproximar el model a les freqüències i modes experimentals. Amb el model ja ajustat, el pas següent és estimar el dany com una reducció distribuïda de la rigidesa a flexió (EI), assignant percentatges per element (no només en un d’aïllat) fins a reproduir les freqüències registrades a la biga corroïda. El treball presenta una metodologia reproduïble (passos, paràmetres i sortides organitzades), resumeix els resultats més rellevants i deixa als annexos les execucions, els fulls d’Excel i els scripts utilitzats. L’enfocament és deliberadament pràctic: construir un model senzill però útil, calibrar-lo amb dades reals i raonar com la corrosió es pot reflectir en la resposta dinàmica.

This Final Degree Project addresses the identification of corrosion damage in concrete beams from their dynamic properties. It starts from experimental data of a sound beam obtained through an Operational Modal Analysis (OMA) procedure and from records of a corroded beam. The main objective is to calibrate a numerical model that reproduces the measured natural frequencies and mode shapes and then estimate a stiffness-loss pattern compatible with corrosion. The model is formulated using the Finite Element Method (FEM) in 1D (an Euler–Bernoulli beam) and discretized into 14 elements to increase spatial resolution. The laboratory supports are represented by springs simulating neoprene bearings: a vertical stiffness (Kv) and a rotational stiffness (Kr). MATLAB is used for implementation and post-processing, with automated runs, Excel tables, and mode-shape figures. During the calibration of the sound beam in MATLAB, (Kv) and Young’s modulus (E) are adjusted to match the experimental frequencies and modes. With the calibrated sound model in place, the next step is to estimate damage as a distributed reduction of flexural stiffness (EI), assigning element-wise percentages (rather than a single-element change) until the frequencies of the corroded beam are reproduced. The work presents a reproducible methodology (steps, parameters, and organized outputs), summarizes the key results, and provides in the appendices the runs, Excel sheets, and scripts used. The approach is deliberately practical: build a simple yet useful model, calibrate it with real data, and reason how corrosion can be reflected in the dynamic response.