La técnica de control topográfico fue utilizada durante el proceso de inyección de las bóvedas de hormigón para detectar movimientos que pudieran afectar a la estabilidad estructural de las edificaciones. Se implantó un sistema de lectura en tiempo real mediante la disposición de una estación total robotizada de alto rendimiento con precisión de 0,05 mm (Figura 6). Se optó por realizar lecturas topográficas en las tres direcciones del espacio mediante la instrumentación de veintiséis miniprismas de alta precisión (Figura 7) cuya disposición queda reflejada en la Figura 8. Se dispuso también de una alarma automática con transmisión instantánea a los teléfonos móviles de los técnicos en caso de superación de las deformaciones límites pre-establecidas.

Los resultados recopilados durante la fase de ejecución de los paraguas de inyección indican movimientos insignificantes que no afectan la estabilidad estructural de las edificaciones. Los movimientos registrados entre el 16 de marzo de 2011 y el 27 de marzo de 2012, periodo de ejecución de los paraguas de inyección, presentan en el 99 % de los casos valores inferiores a un milímetro tanto en la dirección vertical como en la horizontal (Figura 9).

Las pruebas de vibración [aambiental están consolidadas desde hace años como uno de los principales métodos experimentales para evaluar el comportamiento dinámico de estructuras a gran escala. La excitación artificial de grandes estructuras conlleva una gran complejidad, lo que hace recurrir al Análisis Modal Operacional (OMA) para la identificación modal de las propiedades dinámicas de la estructura por encima del Análisis Modal Experimental (EMA) (8) (9) (10). En los últimos años son numerosas las aplicaciones de las pruebas de vibración ambiental que podemos encontrar asociadas al mundo de la arquitectura (11). Los buenos resultados obtenidos de estas aplicaciones, el bajo coste económico que supone hacer este tipo de pruebas y la no interrupción del normal funcionamiento del edificio mientras las pruebas son realizadas, son algunos de los motivos que han hecho que éstas sean muy populares. Sin embargo, en el caso concreto de construcciones históricas de fábrica, donde el uso de técnicas no destructivas es un factor fundamental, los casos de aplicación de OMA son menos numerosos debido a dificultades añadidas. Éstas contemplan desde la dificultad que supone realizar una representación exacta de la geometría en este tipo de edificaciones, hasta el complejo comportamiento de los materiales (12) (13) (14) (15) (16).

La técnica OMA se ha utilizado en el control de la intervención sobre el Teatro Romano de Cádiz (17) de forma complementaria al control topográfico. La forma de operar consiste en la obtención de los parámetros modales del conjunto estructural antes y después de los trabajos y a través de métodos numéricos y experimentales. La comparación de estos parámetros antes y después de la intervención permite identificar cualquier alteración en el comportamiento estructural del conjunto.

La aplicación del Análisis Modal Operacional requiere de la generación de un modelo de elementos finitos previo. La utilidad del mismo es la identificación de los primeros modos de vibración y, dentro de los mismos, los puntos con mayor desplazamiento modal. De esta forma se decide la posición de los acelerómetros en el ensayo in situ que se llevará a cabo posteriormente (8) (10). El modelo realizado se limitó a la zona de la primera fase de inyección, y se constituye de dos partes fundamentales, los edificios y el terreno. Se modeló utilizando el programa informático ANSYS. Los edificios fueron mallados con elementos superficiales SHELL63, mientras que, para el terreno, se utilizaron elementos sólidos SOLID45. En total resultó un modelo de 975.370 elementos y 189.585 nodos (Figura 10). Las propiedades de los materiales de densidad, módulo de deformación y coeficiente de Poisson para este modelo preliminar se extraen de la bibliografía consultada (18) (19) (20) para posteriormente ser actualizados (Tabla 1).

El cálculo modal realizado permitió identificar los tres primeros modos de vibración (Figura 11) y, por consiguiente, la ubicación de los cuatro acelerómetros de referencia en la cubierta del inmueble monitorizado según se ilustra en la Figura 12.

La monitorización de la estructura y la toma de datos se realizó con un equipo compuesto por ocho acelerómetros uniaxiales de fuerza balanceada Episensor de la casa comercial KINEMETRICS, con ancho de banda de 0-200 Hz, y una central de adquisición de datos tipo GRANITE de la misma marca (Figura 13). El software ARTEMIS se utilizó para el tratamiento e interpretación de los datos recopilados.

La primera campaña experimental se realizó antes de comenzar con la intervención. Los acelerómetros de referencia fueron cuatro, situados según el análisis previo (Figura 12). En total se utilizaron ocho acelerómetros, de los cuales cuatro eran de referencia y su posición se ha descrito anteriormente. Los otros cuatro se colocaron siguiendo la vertical de los anteriores en cada una de las plantas, resultando en total cuatro series de medidas con ocho acelerómetros cada una. Cada medida duró quince minutos (17).

Una vez tomados y almacenados los datos, se procedió al tratamiento de los mismos (Figura 14). Se estudió el comportamiento dinámico utilizando dos métodos de identificación modal: el método de Descomposición mejorada en el dominio de la frecuencia (EFFD) y el método de Identificación en el Subespacio Estocástico (SSI), ambos implementados en el programa comercial ARTEMIS.

Con ambos métodos se identificaron tres modos de vibración en un rango de frecuencias de 0 a 10 Hz. La similitud de los valores de las frecuencias obtenidos por ambos métodos, así como la proximidad del parámetro MAC a 1, avalan la veracidad de los datos obtenidos (Tabla 2). El valor MAC (Modal Assurance Criterion) compara de forma cuantitativa todas las combinaciones posibles de pares de formas modales.

En marzo de 2012, una vez que los paraguas de inyección ya habían sido ejecutados, se llevó a cabo una segunda campaña experimental. La toma y tratamiento de datos siguió el mismo esquema que el desarrollado con anterioridad. Los resultados obtenidos mostraron que tras la intervención en el teatro, el comportamiento dinámico del edificio no se había visto alterado de manera significativa, pues las frecuencias de los tres primeros modos de vibración antes y después de la intervención presentaban diferencias siempre menores al 1 % (Tabla 3).