Modelado de información y alteraciones geométricas para respaldar el análisis preciso de activos patrimoniales

Resumen

La documentación virtual del patrimonio arquitectónico, arqueológico y cultural es un área de conocimiento con una creciente presencia en la literatura científica. Las técnicas de adquisición de datos geométricos como el escaneado tridimensional son ampliamente usadas en investigación y en proyectos de restauración en patrimonio, pues permiten capturar las características geométricas de los activos. En las últimas décadas, estas técnicas han sido implementadas en plataformas Building Information Modelling para crear modelos de información de edificios y sitios históricos (HBIM). Sin embargo, la simplificación excesiva en el modelado virtual conlleva no lograr reproducir el estado de conservación real de dichos activos, lo que a su vez imposibilita la obtención de resultados precisos en los análisis que pueden ser realizados en el patrimonio. Por lo tanto, esta tesis doctoral se centra en desarrollar una metodología para generar modelos de información del patrimonio arquitectónico, arqueológico y cultural en su estado de conservación actual (modelos as-built) a partir de la digitalización 3D, modelando sus alteraciones geométricas, a fin de respaldar el análisis preciso de estos activos con vistas a contribuir a su conservación. Para ello, se lleva a cabo un análisis crítico de las tecnologías de captura 3D (escaneado láser terrestre y escaneado óptico) y metodologías existentes y sus aplicaciones en el contexto del patrimonio. Esto supone validar el proceso de mallado de las nubes de puntos para la constitución de modelos as-built. A continuación, se propone un procedimiento semiautomático de tres pasos (nube de puntos — malla 3D — objeto sólido 3D) para la reconstitución virtual en HBIM de edificios históricos y otros activos patrimoniales en su estado de conservación actual. Con vistas a testar y validar la metodología propuesta, esta tesis aborda la generación de modelos de información de dos casos de estudio (el Cenador de Carlos V del Real Alcázar de Sevilla y las columnas de la Basílica del Conjunto Arqueológico de Baelo Claudia en Tarifa) para su análisis geométrico y numérico estructural con precisión. Por un lado, el análisis geométrico consiste en estudiar los desplomes odesplazamientos, las distorsiones y las deformaciones superficiales de las columnas, así como ladistribución de las alteraciones geométricas. Por otra parte, el análisis numérico se centra en evaluar el comportamiento estructural de la columna más desfavorable en términos de alteraciones geométricas estructurales a través del Método de Elementos Finitos. Estos análisis se llevan a cabo en distintos enfoques de modelado para los casos de estudio en función de sus alteraciones geométricas: (1) as-built, (2) simplificado y (3) modelado ideal sin deformaciones. Los resultados del análisis geométrico y el análisis estructural revelan el gran impacto del modelado as-built de información y alteraciones geométricas del patrimonio en la precisión de los estudios sobre su estado de conservación. Así, estos modelos as-built permiten identificar y medir los elementos o áreas que muestran debilidades a nivel estructural y superficial a través del estudio del alcance de sus alteraciones geométricas y deformaciones. En este sentido, el análisis geométrico de la columna más desfavorable estructuralmente en la Basílica, a partir de la metodología de modelado as-built propuesta, permite obtener desplomes y distorsiones de 132% y 235%, respectivamente, frente al resto de columnas y su geometría ideal. En cuanto a su simulación estructural considerando el modelo as-built, se obtiene un aumento del 50% en el esfuerzo cortante máximo con respecto al modelo simplificado. Por lo tanto, la contribución principal de esta tesis radica en la propuesta de una metodología para la generación de modelos de información HBIM, a partir de datos de escaneado 3D, que sean de utilidad para diversos análisis y simulaciones que determinen el estado físico de los activos patrimoniales con precisión para su preservación en el tiempo. No obstante, esto no limita la aplicación de la metodología propuesta para el patrimonio a otras disciplinas que pueden beneficiarse del modelado as-built de elementos, construcciones o espacios para su posterior análisis.