Luis A. Aguilar, Juan M. Velasco, David Almora, Mauricio Ayala, Gerardo Castro, Israel Molina, Alejandro Mora, Miguel Torres, Ricardo Vázquez

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1 TRANSMISIÓN DE SEÑALES ACELEROGRÁFICAS, POR MEDIO DE IP PUBLICAS-DINÁMICAS Y SERVICIOS DE DNS DE BAJO COSTO, DE UN EDIFICIO INSTRUMENTADO EN LA CIUDAD DE ACAPULCO, GUERRERO Luis A. Aguilar, Juan M. Velasco, David Almora, Mauricio Ayala, Gerardo Castro, Israel Molina, Alejandro Mora, Miguel Torres, Ricardo Vázquez Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México Ciudad Universitaria, Coyoacán 04510, México, DF. laguilarc@iingen.unam.mx; jmvm@pumas.iingen.unam.mx RESUMEN En este trabajo se presenta el diseño e instalación de sistemas de comunicación y periféricos electrónicos que conforman la transmisión en tiempo real de señales acelerográficas, por medio de IP dinámicas y Sistemas de Nombre de Dominio (DNS), de la red de monitoreo estructural de un edificio de diecisiete niveles en la ciudad de Acapulco, Guerrero; con el objeto contar con datos instrumentales que permitan, entre otros aspectos, profundizar en el conocimiento de la respuesta dinámica de este tipo de construcciones, así como conocer varios parámetros que se emplean en el diseño estructural de edificios. Se hace una descripción breve del diseño de la instrumentación acelerográfica permanente en dicho edificio instrumentado, posteriormente se detallan los equipos y la instalación de los sistemas de comunicación empleados para el envío de las señales acelerográficas en tiempo real o interrogación remota, mediante IP dinámicas y servicio de DNS, hacia el Puesto Central de Registro (PCR) en el Instituto de Ingeniería de la UNAM (II-UNAM). PALABRAS CLAVE: comunicación, dominio, transmisión, instrumentación, sensores, registrador, internet, sismo. 1 INTRODUCCIÓN La importancia de la instrumentación sísmica de edificios se sustenta en que permite hacer evaluaciones cuantitativas de las excitaciones impuestas por los sismos a las estructuras y de las respuestas de las mismas. Las investigaciones realizadas en otros países provenientes de edificios instrumentados son de provecho; sin embargo, es necesario instrumentar edificios en nuestro entorno dadas las particularidades de los suelos donde están construidos. El objetivo del estudio de estos edificios es contribuir a la comprensión de su respuesta dinámica ante sismos de gran intensidad, que es precisamente para estos casos donde subsisten las mayores controversias, y con ello mejorar los criterios de diseño y evaluación estructurales. Actualmente en México no exceden de veinticinco los edificios instrumentados. Once de ellos son atendidos por algún centro de investigación y sólo uno se encuentra fuera de la ciudad de México. El II-UNAM tiene a su cargo cinco dentro de la zona metropolitana. Esta cantidad es insuficiente para cubrir los edificios más representativos que están localizados en las regiones de mayor peligro sísmico del país [1]. 1

2 Ante este panorama, y sobre todo por el potencial para generarse un sismo de gran intensidad en la denominada brecha de Guerrero, en el año 2003 se decidió instalar un sistema de monitoreo sísmico en un edificio de diecisiete niveles ubicado en la ciudad de Acapulco. En la instrumentación se implementó la integración de las señales sísmicas en un Puesto Central (PC), dentro de la misma edificación, donde se encuentran dos registradores que reciben las señales de cada uno de los sensores instalados en el edificio. Posteriormente, dada la importancia del monitoreo estructural de este edificio, en el año 2013 se decidió implementar un sistema de comunicaciones de bajo costo para que estas mismas señales fueran enviadas hacia el II-UNAM con el fin de obtener al momento la información necesaria para hacer evaluaciones cuantitativas de las excitaciones a las que está sometida la estructura, y por lo tanto de su respuesta dinámica, y también para monitorear remotamente el buen funcionamiento de los registradores y sensores instalados. 2 DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO El edificio elegido, después de considerar treinta opciones [2], resultó ser una torre de departamentos (imagen 1) que tiene diecisiete pisos, más un sótano para estacionamiento. La construcción se concluyó en diciembre de Está ubicado en la zona de depósitos de barra en la ciudad de Acapulco. Es una estructura regular de base casi cuadrada de 25 m de frente por 24 m de ancho y 66 m de altura, resuelta a base de marcos y muros de concreto. Su distribución está integrada de la siguiente forma: sótano-estacionamiento, planta baja, niveles 1 a 15 con departamentos tipo terraza aumentada y pent-house en los niveles 16 y 17. Imagen 1. Edificio Instrumentado 2

3 2.1 DESCRIPCIÓN DEL SITIO INSTRUMENTADO La selección de los sitios o puntos de medición fue hecha en función del número de sensores disponibles y de la información que se necesitaba obtener de la respuesta tridimensional del sistema suelo-estructura, para así estudiar los aspectos estructurales y geotécnicos de dicho sistema, y con la información generada se pudieran determinar las propiedades dinámicas del sistema, los efectos de torsión, la variación de parámetros estructurales y los efectos de sitio. La distribución es como se describe a continuación: En el sótano del inmueble se colocó un sensor triaxial en la base de una columna hacia el oeste del edificio (OSOT, OSOL, OSOV), uno vertical en la base de la columna este del edificio (OSEV) y finalmente dos uniaxiales en la base de la columna norte, uno en dirección transversal (OSNT) y otro en la vertical (OSNV). En cada uno de los niveles 4, 8 y 12 se colocaron tres acelerómetros horizontales: dos transversales (O4CT, O4NT, O8CT, O8NT, O2CT, O2NT) y uno longitudinal (O4NL, O8NL, O2NL), como se muestra en las imagen 2 y 3. En la azotea se instalaron seis sensores uniaxiales: tres verticales (OAEV, OAOV, OANV) y tres horizontales (OANT, OAST, OASL), imagen 2 y 3. Y un sensor triaxial en el jardín, hacia el norte del edificio (OJNT, OJNL, OJNV) con la distribución mostrada en las imagen 2 y 3. Imagen 2. Estructura del edificio SIS Imagen 3. Ubicación y dirección de los sensores 3

4 2.2 CARACTERISTÍCAS DE LOS EQUIPOS INSTALADOS Registrador digital El registrador digital, modelo K2 de la marca Kinemetrics (imagen 4), está diseñado para recibir la señal de 12 sensores externos y para registrar movimientos fuertes y pequeños, dependiendo del rango del sensor elegido, que asegura la fidelidad de los datos registrados y mantiene una resolución efectiva de 19 bits, la cual es muy útil para señales pequeñas. El registrador tiene un rango dinámico de 114 db, la tasa de muestreo efectiva puede variar de 100 a 250 muestras por segundo (configurado a 100 muestras por segundo para el envío en tiempo real). El K2 está diseñado para operar de manera independiente o en un arreglo de instrumentos conectados entre sí, con umbrales de disparo seleccionables entre 0.01% a 100% de la escala completa. El medio de registro o almacenamiento es en tarjeta de memoria tipo FLASH, compatible con el estándar internacional PCMCIA (PC Memory Card Intemational Association). Imagen 4. Registrador K2 Sensores de aceleración Los sensores de aceleración (imagen 5) son servoacelerómetros de fuerzas balanceadas (FBA) de la marca Kinemetrics, los cuales permiten registrar el movimiento sísmico en una dirección y es uno de los más usados en el área de sismología. Operan con una respuesta nominalmente plana de DC a 50 Hz (opcionalmente DC a 100 Hz) y un rango dinámico de 145 db de Hz y 135 db de 0.01 a 50 Hz. 4

5 Imagen 5. Sensor FBA-11 Convertidor de puerto serie a Ethernet El convertidor de puerto serie a Ethernet modelo UDS1100 (imagen 6), es un servidor de puerto único que hace la conversión de equipos con salida serie RS232 a puerto Ethernet y que proporciona una forma rápida, sencilla y rentable para tener las ventajas de la accesibilidad de los datos y la gestión remota de dispositivos con puerto serie que normalmente no pueden ser conectados directamente a una red. Imagen 6. Convertidor de puerto 5

6 Modem ADSL de Telmex Es un modem de cuatro puertos (imagen 7) que proporciona Telmex cuando se contrata el servicio de Infinitum mediante línea telefónica (par de cobre) y se tiene acceso a internet por medio de tecnología ADSL (Línea de Abonado Digital Asimétrica) de banda ancha con velocidad de hasta 4 Mbit/s. Imagen 7. Modem ADSL 2.3 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE COMUNCACIONES PARA EL ENVÍO DE LAS SEÑALES ACELEROGRÁFICAS E INTERROGACIÓN REMOTA Qué es el servicio de DNS? En una red, las computadoras se conectan entre sí mediante sus respectivas direcciones IP numéricas de 4 octetos como las conocemos comúnmente (ejemplo ); sin embargo, para los seres humanos nos es más fácil recordar nombres, como google.com o unam.mx, en lugar de una secuencia numérica (dirección IP), estos nombres se llaman nombres de dominio y la asociación entre nombres y direcciones IP se resuelve mediante un Sistema de Nombres de Dominio o DNS (Domain Name System). Las direcciones IP pueden ser fijas o dinámicas (esta últimas cambian frecuentemente, según lo determine el proveedor del servicio) lo cual implica conocer la secuencia numérica para establecer una conexión. Para resolver este problema, se recurre al uso de DNS Dinámico (Dynamic DNS) el cual es un servicio contratado con la empresa DynDNS que ofrece sus servicios y cuya función principal es la actualización en tiempo real de los nombres de dominio alojados en su servidor de nombres. Esto permite conectarse a un sitio, sin importar los 6

7 cambios que vaya teniendo la IP, ya que basta con actualizar la información en el servidor DDNS para que la nueva dirección IP se asocie a un mismo nombre de dominio. El servicio de internet que se contrató es el servicio básico que la empresa Telmex ofrece a sus clientes residenciales y cuya renta promedio es de $ pesos mensuales; este servicio consiste de una salida de internet mediante una dirección IP Pública-Dinámica, lo cual significa que cada vez que se pierde la comunicación o existe un reinicio del modem, el proveedor asigna una dirección IP diferente a la anterior. Para el envío de las señales acelerográficas generadas por cada uno de los sensores FBA-11, que son registradas en los equipos K2 instalados en el edificio dentro del PC, primero se adaptó el puerto de comunicación puerto serie RS232 del registrador K2, que es donde salen las señales de datos con el convertidor a Ethernet (el servidor UDS1100 mencionado) para después conectar la salida de este último al puerto RJ45 del modem de Telmex y así tener salida a internet. Dentro del modem se hace el nateo de puertos que se necesitan para la salida de las señales por medio del firewall del modem y también se hace la configuración del servicio de DNS dinámico para asociar la IP dinámica con el nombre de dominio previamente configurado con el servicio de DynDNS (por ejemplo acadiingen.dyndns.org); posteriormente desde el II-UNAM se verifica el envío de las señales en tiempo real o bien, se efectúa la interrogación remota de los equipos pero ya no tecleando la IP numérica sino el nombre de dominio asignado, que en este caso se configuró con el nombre de oasiiingen.dyndns.org, como se muestra en la imagen 8. 3 conclusiones Imagen 8. Envío de señales en tiempo real con servicio de DNS Desde hace ya varios años, en el II-UNAM se empezó a trabajar con un sistema de comunicaciones por internet de banda ancha para el envío de señales acelerográficas en tiempo real, desde las estaciones de registro sísmico en campo hacia el Puesto Central de Registro (PCR). El envío de datos se realizó mediante el empleo de IP fijas lo cual no obstante, desde el inicio ha presentado algunos inconvenientes como el cambio repentino de IP y los mantenimientos que realiza el proveedor del servicio, con la consecuente necesidad de reprogramar el equipo en campo; y además reprogramar servidores, puertos y cortafuegos en el II-UNAM. 7

8 A pesar de tener contratado un servicio de IP fijas, el proveedor de internet no siempre garantiza conservar la misma IP, principalmente por cuestiones técnicas como problemas de enrutamiento o mantenimiento a sus servidores. Ante estos inconvenientes, surgió la idea de incorporar a los enlaces de comunicaciones un servicio de DNS Dinámico, asociando las IP dinámicas-públicas a un nombre dominio, de tal manera que aun cuando el proveedor cambiara las IP, ya sea por mantenimiento interno a sus equipos o que hicieran un reset al modem, los equipos instalados en el edificio conservaran el enlace. Ahora bien, por cuestiones económicas se consideró que si el proveedor no puede garantizar la inmovilidad de las IP fijas al 100%, entonces habría que establecer el enlace mediante IP dinámicas, junto con el servidor de DNS Dinámico, y así reducir los costos. Actualmente un servicio de telefonía e internet con IP dinámica más el servicio de DDNS cuesta alrededor de $ MXN contra los $2, MXN que vale el mismo sistema pero con IP fija. 4 agradecimientos Se agradece enormemente la participación del personal de la Coordinación de Instrumentación Sísmica del II-UNAM, al Dr. Leonardo Ramírez Guzmán, a los ingenieros Marco Antonio Macías Castillo, Héctor Sandoval Gómez, Leonardo Alcántara Nolasco, Luis Bruno Garduño Castro, Citlali Pérez Yáñez, Ana Laura Ruiz Gordillo, Rosario Delgado Diance y a los técnicos Miguel Ángel Soto Avilés y Jorge Hurtado Mondragón. REFERENCIAS Informe técnico: [1] Leonardo Alcántara N., David Murià-Vila. Implementación de una red sísmica en un edificio alto de la ciudad de Acapulco. Proyecto 1501 y 3522 Instituto de Ingeniería, UNAM, convenio IN Julio Informe técnico: [2] Escobar, J. A., Murià Vila, D., Meli, R., Salgado, A., Nájera, G., Capistrano, A. Selección de edificios candidatos a ser instrumentados en la ciudad de Acapulco, proyecto 1501, Instituto de Ingeniería, UNAM, junio