Influence of ambient temperature on building monitoring in urban areas during the construction of tunnels for transportation

Abstract

A large number of underground works are under construction in several big cities around the world (London, Paris, Amsterdam, Beijing, Shanghai, Chicago, Caracas, Mexico D.F., and Riad, for instance): railway tunnels, water supplies and other kinds of underground structures. In the last decade several underground infrastructures have been designed and constructed in the city of Barcelona, Spain, as well; e.g. the new line 9 of the city underground and the city junction for the High Velocity train that links Madrid and Barcelona with France. During the construction, intensive monitoring is becoming an increasingly common practice in order to guarantee the safety of the people, buildings and other infrastructures on the surface. Among others, the Robotic Total Stations (RTS) play an important role in the task. In these monitoring works, some "Thermal Effects" have occasionally appeared in the graphs, between winter/summer and day/night situation. Sometimes this undesirable noise has produced discussion among the infrastructure actors. As this effect has not been adequately studied so far, the present PhD aims to improve the basic knowledge and the current practice in the building monitoring in urban areas during underground works when the scene is affected by temperature changes. To characterize and, eventually, to correct the aforementioned influence of the "ambient' variables", a computer simulation program has been implemented. The code can simulate the movement of the buildings when the temperature changes, and proves that the thermal influence on structure deformation monitoring cannot be ignored in the practice. The PhD work has taken advantage of an experimental monitoring area built at the UPC Campus Nord (Barcelona, Spain) within an I+D project, with Robotic Total Stations and other sensors (temperature, tilt, levelling, insolation and other meteorological data), acquiring data during two years and a half. The fieldwork and data processing have been used to improve and adjust the numerical simulation model. Several approaches have been tested with the program. Strategies D, B and K permit us, respectively, to simulate the standard monitoring practice, to "fully" filter the thermal effect, and to filter it while preserving the building's own movements. Apart from helping in the mitigation of the quoted influence, these results may eventually facilitate the improvement of the present monitoring practices.

Un gran número de trabajos subterráneos están en marcha en diversas ciudades del mundo (Londres, Paris, Ámsterdam, Beijing, Shanghai, Chicago, Caracas, México D.F., Riad, entre otras): túneles para FFCC y Metro, suministros, otras obras. En la última década varias infraestructuras subterráneas han afectado al Área Metropolitana de Barcelona: la línea 9 de metro y el paso del AVE Madrid-Barcelona-Francia entre otras. Durante la construcción de estas obras, la monitorización intensiva se está convirtiendo en práctica habitual para garantizar la seguridad de la gente, de los edificios y de otras construcciones en superficie. Entre otras técnicas, las Estaciones Totales Robotizadas juegan un papel importante en este cometido. De manera ocasional, en estos trabajos de auscultación han aparecido en las gráficas diarias o anuales unas oscilaciones espurias atribuibles a “Efecto Térmico”. En algunos momentos ese ruido no deseado ha producido ciertos problemas entre los actores presentes en la Obra Pública. Como este efecto no ha sido adecuadamente estudiado hasta ahora, esta Tesis pretende abundar en el conocimiento de su naturaleza, y mejorar la práctica habitual de la monitorización de edificios en zonas urbanas afectadas por obras subterráneas cuando los cambios de temperatura puedan influir. Un programa de simulación ha sido desarrollado para caracterizar y corregir la citada influencia de dichas “variables ambientales”. El código puede simular el movimiento de los edificios cuando cambia su temperatura, y ha servido para comprobar que los cambios térmicos pueden influir a un nivel que no puede ser ignorado en la práctica de la auscultación de precisión. La Tesis ha aprovechado una zona experimental a escala real que se estableció en el Campus Nord de la UPC dentro de un proyecto I+D, en la que Estaciones Totales Robotizadas y otros sensores (termómetros, clinómetros, niveles, piranómetros y estaciones meteorológicas) han estado suministrando mediciones durante unos dos años y medio. Los datos de campo y su procesamiento han servido para mejorar el código numérico y para ajustar sus variables. Con el programa se han establecido varios escenarios. Las estrategias D, B y K permiten simular la práctica habitual de la monitorización, y filtrar totalmente (al menos en teoría) o parcialmente el “Efecto Térmico”. Los resultados obtenidos, aparte de ayudar a mitigar la presencia no deseada de la firma térmica en los resultados de la auscultación, tras ulteriores investigaciones podrán mejorar las prácticas actuales en la monitorización de edificios.