Monitoreo de puentes: como gestionar el patrimonio infraestructural con IoT

Los sistemas más innovadores para la monitoreo de puentes e infraestructuras con la ayuda del BIM y los sensores IoT

El monitoreo de puentes es una acción preventiva indispensable para la seguridad de las infraestructuras y sus usuarios.

Actualmente existen nuevas tecnologías que facilitan y mejoran el monitoreo de infraestructuras, tales como sensores, herramientas digitales, inteligencia artificial y sistemas IoT. En este artículo, exploraremos el papel de una Plataforma IoT BIM en la gestión de activos de infraestructura, enfocándonos en el monitoreo de puentes y las tecnologías utilizadas.

Monitoreo de puentes con una plataforma BIM IoT

¿Qué es el monitoreo de puentes?

El monitoreo de puentes es un proceso que implica observar y recopilar datos sobre las condiciones estructurales y funcionales de un puente construido. A través de sistemas de monitorización adecuados, es posible identificar cualquier anomalía o degradación de los materiales, garantizando la seguridad, la eficiencia y la duración de la obra en el tiempo.

¿Cómo evaluar la seguridad de los puentes existentes?

La evaluación de la seguridad de los puentes existentes se basa en varios parámetros, entre ellos:

• edad;
• material;
• tipo de estructura;
• carga;
• exposición a los agentes atmosféricos.

Las metodologías de evaluación incluyen:

• análisis visual;
• inspección con drones;
• uso de sensores y sistemas de vigilancia;
• cálculo de la capacidad de carga a través de modelos matemáticos y software especializados.

Inspección y supervisión de puentes para la evaluación de la seguridad

El seguimiento y las inspecciones son dos enfoques complementarios para evaluar la seguridad de los puentes. La monitorización consiste en la detección de datos en tiempo real a través de sensores y sistemas de monitorización. Esto permite una evaluación continua de las condiciones estructurales. Las investigaciones de inspección, por otro lado, implican un análisis visual o el uso de tecnologías específicas en momentos preestablecidos.
Las inspecciones visuales y la recopilación de las fichas de defectos de los puentes son procesos fundamentales para garantizar la seguridad y el correcto mantenimiento de las infraestructuras. Durante estas inspecciones, los profesionales examinan el estado de los puentes, identifican posibles problemas estructurales o daños y documentan los resultados para planificar posibles intervenciones de reparación o mantenimiento. A continuación, te describo algunas de las principales fases para la inspección visual y la recopilación de las fichas de defectos de los puentes.

1. Planificación y preparación:

Antes de proceder a la inspección, es importante planificar y preparar adecuadamente la actividad. Esto incluye la revisión de la información histórica sobre el puente, la identificación de las áreas críticas a examinar y la recopilación de las herramientas y equipos necesarios.

2. Inspección preliminar:

La inspección comienza con un análisis visual general del puente, para detectar cualquier signo evidente de daño o degradación. Esto puede incluir grietas, corrosión, erosión, distorsiones u otras anomalías estructurales.

3. Inspección detallada:

Una vez identificadas las áreas de interés, los inspectores proceden a un examen más detallado. Esto puede incluir el uso de herramientas de diagnóstico específicas, tales como martillos de prueba, endoscopios o medidores de espesor ultrasónicos. El objetivo es evaluar con mayor precisión la extensión y la gravedad de los defectos detectados.

4. Documentación:

Durante el control, los inspectores rellenan las fichas de defectos y registran todos los detalles pertinentes. Esto incluye la localización de los defectos, su extensión y gravedad, así como las posibles recomendaciones de reparación o mantenimiento. Estas fichas se pueden utilizar posteriormente para determinar las prioridades de las intervenciones y hacer un seguimiento de los progresos a lo largo del tiempo.

5. Análisis de datos e informe final:

Una vez que se completan las inspecciones y la compilación de las hojas de defectos, los ingenieros analizan los datos recopilados y redactan un informe final que resume los resultados. Este informe se puede utilizar para informar sobre las decisiones relacionadas con el mantenimiento, la reparación o la mejora de la infraestructura.

6. Monitoreo y mantenimiento:

Por último, es importante continuar monitoreando y manteniendo los puentes, realizando inspecciones periódicas e implementando las recomendaciones derivadas de los informes de inspección a lo largo del tiempo. Esto ayudará a garantizar la seguridad y la durabilidad de las infraestructuras a largo plazo.

Los beneficios de la monitorización de puentes incluyen la capacidad de detectar anomalías o degradación de forma temprana, lo que reduce los riesgos y los costes de mantenimiento. Sin embargo, la instalación y la gestión de los sistemas de supervisión requieren recursos y experiencia específicos. Las inspecciones, por otro lado, pueden ser más baratas y menos complejas, pero ofrecen una visión menos detallada y continua de las condiciones del puente.

La integración de ambas metodologías permite obtener una visión completa y precisa de las condiciones del puente y planificar intervenciones de mantenimiento más eficaces.

Ejemplo de monitoreo de puentes: IOT y BIM

Un ejemplo de un sistema de monitoreo de puentes basado en IOT y BIM implica el uso de sensores conectados a una red de comunicación para detectar datos sobre las condiciones estructurales, como deformaciones, vibraciones, temperatura y corrosión. Estos datos se integran en el modelo BIM del puente, que permite visualizar y analizar la información en tiempo real y respaldar la gestión y el mantenimiento de la infraestructura.

El caso del viaducto «Canalone»

El caso propuesto está relacionado con el monitoreo del viaducto Canalone (ubicado a lo largo de la autopista Nápoles-Salerno) utilizando sistemas innovadores. El proyecto de investigación es el resultado de la colaboración de seis universidades italianas, incluido el Departamento de Estructuras de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad Federico II de Nápoles.

Monitoreo de puentes | El caso del viaducto de Canalone

Se trata de un viaducto en forma de arco de vía superior, realizado en hormigón, con una extensión de 120 m y 11 tramos.

En primer lugar, se ha realizado un modelo 3D BIM de la infraestructura. Este modelo es necesario para gestionar los datos procedentes de sensores innovadores, instalados en el propio viaducto.

Los principales sensores instalados son:

• 48 sensores de presión (el primer grupo instalado en pares en los pilares del puente, a 75 cm del intradós de la viga del tablero para analizar la carga viajera. En cambio, el segundo grupo está instalado en el arco del puente, con el objetivo de verificar el estado de tensión y la descarga total del tablero sujeto a la carga de tráfico).
• 6 acelerómetros triaxiales instalados en las dos vigas de borde para analizar las propiedades dinámicas de la estructura y monitorear su evolución a lo largo del tiempo.
• 3 termopares.

La instalación se completa con:

• 8 nodos para la gestión de los datos de los sensores de presión.
• 2 nodos para acelerómetros.
• 1 router 4G y sistema de conexión por fibra.

Procesamiento de datos

Para el procesamiento de datos fue necesario hacer referencia a un dominio de valores estándar. Éste sirvió para definir si los movimientos se deben a factores aleatorios o derivados de problemas debidos al paso de vehículos pesados. Después de contar, analizar y llevar a cabo el procesamiento de datos, es necesario visualizarlos con la ayuda de plataformas interoperables. Una plataforma de interoperabilidad debe ser accesible, proporcionar almacenamiento de datos relacionados con el trabajo, permitir el monitoreo en tiempo real y crear alertas e informes.

Con usBIM.IoT es posible integrar modelos BIM y sistemas IoT. Es posible cargar el modelo 3D BIM dentro de la plataforma, completo con los sensores aplicados a la infraestructura real. Los sensores se asocian con un color y un rango de valores de referencia. Cuando llegan los datos detectados por los sensores, el modelo 3D se actualiza en tiempo real, informando los resultados detectados por los sensores en el sitio. La verificación también se realiza visualmente con la ayuda de los colores asociados a los diferentes tipos de sensores.

Sistema de monitoreo de puentes

Un sistema de monitoreo de puentes es un conjunto de herramientas y tecnologías utilizadas para evaluar y mantener las condiciones estructurales de los puentes a lo largo del tiempo. Permite detectar posibles problemas o daños estructurales, proporcionando información útil para el mantenimiento y la gestión de los puentes. Un sistema completo y profesional consta de los siguientes componentes principales:

1. Sensores:

Los sensores son dispositivos que detectan y miden varios parámetros estructurales y ambientales del puente, de los cuales profundizaremos en los siguientes párrafos dedicados al IOT.

2. Sistema de adquisición de datos (DAS ):

Es el componente que recopila y almacena los datos de los sensores. Se compone de unidades de adquisición de datos, que realizan la conversión de la señal analógica a digital y almacenan los datos para su posterior procesamiento.

3. Sistema de comunicación:

Este sistema permite la transmisión de datos entre los sensores, el DAS y el centro de control. Puede utilizar diferentes tecnologías, como cables, redes inalámbricas o fibra óptica, dependiendo de las necesidades específicas del proyecto.

4. Centro de control y monitoreo:

Este es el lugar donde los operadores y los ingenieros analizan los datos recopilados por el sistema de monitoreo. El centro de control está equipado con software y hardware dedicados al procesamiento y visualización de datos, lo que permite una fácil interpretación de la información recopilada.

5. Software de análisis y diagnóstico:

Estos programas se utilizan para procesar y analizar los datos recopilados, con el fin de identificar cualquier anomalía o tendencia que pueda indicar problemas estructurales. El software puede incluir algoritmos de aprendizaje automático, modelos numéricos y técnicas de análisis estadístico para mejorar la fiabilidad y precisión de los diagnósticos.

6. Sistema de alarma y notificación:

En caso de detectar condiciones críticas o potencialmente peligrosas, el sistema de monitoreo puede generar automáticamente alarmas y notificaciones para alertar a los operadores e ingenieros responsables. Esto permite una intervención oportuna para prevenir daños mayores o situaciones de peligro.

En resumen, un sistema de monitoreo de puentes profesional y detallado se compone de una serie de sensores, un sistema de adquisición de datos, un sistema de comunicación, un centro de control y monitoreo, software de análisis y diagnóstico y un sistema de alarma y notificación.

Tipos de puentes, patologías más frecuentes y tipos de monitorización correspondientes

Los principales tipos de puentes incluyen puentes de arco, de vigas, de ménsula, de cables y suspendidos. Cada uno de ellos puede presentar patologías específicas, como corrosión, fisuras, hundimientos o deformaciones. El monitoreo adecuado varía según el tipo y los problemas presentes. Además, puede incluir métodos como el monitoreo de deformaciones, vibraciones, temperatura o corrosión.

Tipos de monitoreo de puentes

Los tipos de monitoreo de puentes se pueden dividir en:

• estático;
• dinámico;
• ambiental.

El monitoreo estático se refiere a la detección de deformaciones y cargas permanentes, mientras que el monitoreo dinámico se ocupa de las vibraciones y las tensiones inducidas por el tráfico y el viento. El monitoreo ambiental, por otro lado, se centra en parámetros como la temperatura, la humedad y la corrosión, que pueden afectar la vida útil y la seguridad del puente.

Monitorización dinámica de puentes

El monitoreo dinámico de puentes se centra en la detección de vibraciones y tensiones inducidas por el tráfico, el viento y los eventos sísmicos. A través del análisis de los datos recopilados, es posible identificar cualquier anomalía estructural, evaluar el efecto de las tensiones en el puente y predecir su duración en el tiempo.

Diseño e instalación de un sistema de monitoreo

El diseño y la instalación de un sistema de monitoreo de puentes requieren un análisis preciso de las necesidades específicas de la infraestructura, la elección de los dispositivos y métodos de monitoreo más adecuados, y el establecimiento de una red de comunicación para la transmisión de datos. Además, es importante prever procedimientos de mantenimiento y calibración de los dispositivos, así como la formación del personal involucrado en la gestión del sistema.

¿Qué significa IoT y cómo se puede usar para monitorear puentes?

El Internet of Thing (IoT) es un conjunto de dispositivos interconectados que se comunican entre sí a través de Internet. Estos dispositivos pueden incluir sensores, actuadores y sistemas de procesamiento de datos. El IoT se puede utilizar para monitorear diferentes parámetros del puente, como vibraciones, deformaciones, temperatura y tráfico, lo que permite un monitoreo en tiempo real y un mantenimiento más eficiente.

Actualmente, también es posible utilizar plataformas BIM IoT para gestionar los dispositivos IoT directamente desde el modelo BIM. En la práctica, los datos detectados por los sensores se envían a la aplicación que los adquiere y los hace visibles en tiempo real en el modelo 3D BIM en formato IFC.

El enriquecimiento del modelo BIM con la información procedente del ecosistema IoT facilita la gestión también de grandes ecosistemas IoT.

Tecnologías IoT para la monitorización de puentes

Sensores de vibración y deformación

Los sensores de vibración y deformación son dispositivos IoT que detectan las variaciones estructurales de los puentes, proporcionando información valiosa sobre su integridad. Estos sensores pueden detectar anomalías e informar de cualquier problema antes de que se vuelva grave, lo que permite una intervención oportuna.

Sensores de temperatura y humedad

Los cambios en la temperatura y la humedad pueden afectar la vida útil de los materiales utilizados en las cubiertas. Los sensores IoT que monitorizan estos parámetros permiten identificar problemas como la corrosión y el desgaste de los materiales, facilitando la planificación del mantenimiento preventivo.

Sensores para la monitorización del tráfico

Los sensores IoT pueden detectar el flujo de vehículos y su peso, proporcionando datos útiles para gestionar el tráfico y evaluar el impacto en la infraestructura. Estos datos se pueden utilizar para implementar medidas destinadas a reducir la carga en los puentes, mejorando su vida útil.

Sistemas de análisis y alarma para la gestión de datos

Los datos recopilados por los sensores de IoT deben analizarse y gestionarse para extraer información útil. Los sistemas de análisis y alarma pueden procesar datos en tiempo real y generar notificaciones en caso de anomalías o situaciones potencialmente peligrosas. Esto, por ende, permite una intervención rápida y específica.

Ventajas de la monitorización de puentes con IoT

El uso de IoT en el monitoreo de puentes permite una mayor prevención de riesgos y una mejor gestión de emergencias. Con los datos recopilados en tiempo real, puedes identificar y resolver problemas antes de que se vuelvan críticos, lo que garantiza un mayor nivel de seguridad.

Eficiencia en el mantenimiento

La monitorización en tiempo real de los puentes a través de IoT permite optimizar los procesos de mantenimiento, interviniendo solo cuando y donde sea necesario. Esto reduce los tiempos de intervención y minimiza las molestias al tráfico.

Reducción de costes

La implementación de IoT en el monitoreo de puentes puede reducir los costos de mantenimiento, ya que identifica y resuelver problemas de manera oportuna, evitando posteriores intervenciones más costosas.

Desafíos en la implementación del IoT

Por otro lado, a pesar de los muchos beneficios, la adopción de IoT en el monitoreo de puentes también plantea desafíos, como la seguridad cibernética, la privacidad de los datos y la necesidad de inversiones iniciales para la instalación e integración de dispositivos. Sin embargo, teniendo en cuenta los beneficios a largo plazo en términos de seguridad, eficiencia y reducción de costos, los expertos creen que la implementación de IoT en la infraestructura es una inversión viable y sostenible.

El futuro de la monitorización de infraestructuras con IoT

Finalmente, el futuro de la monitorización de infraestructuras con IoT es prometedor, con nuevas tecnologías y soluciones en constante evolución. La inteligencia artificial y el machine learning podrían integrarse en los sistemas de monitoreo para mejorar aún más el análisis de datos y la predicción de problemas. Además, la aplicación de la tecnología 5G podría mejorar la conectividad y la velocidad de transmisión de datos, haciendo que el monitoreo sea aún más efectivo y oportuno.