Structural Health Monitoring (monitoreo estructural): todo lo que tienes que saber

El monitoreo estructural, o SHM (Structural Health Monitoring), es un proceso que implica una serie de técnicas diseñadas para evaluar el estado de diferentes tipos de instalaciones.

El monitoreo estructural (Structural Health Monitoring) es indispensable para prevenir cualquier problema que pueda socavar la seguridad pública.

En este artículo, veremos de qué se trata y cómo se están desarrollando estas actividades gracias a la aplicación de nuevas tecnologías y sistemas digitales innovadores para el monitoreo y el mantenimiento de las estructuras.

Para facilitar tu trabajo, necesitas un BIM Management System que recopile toda la información necesaria para garantizar la integridad y la seguridad de edificios, puentes, carreteras y todos los demás tipos de infraestructura.

Structural Health Monitoring – Monitoreo estructural

Introducción al monitoreo estructural

El SHM es un proceso que implica una serie de técnicas diseñadas para evaluar el estado de estructuras como puentes, edificios, etc. El objetivo es garantizar su seguridad y eficiencia operativa.

Este campo está evolucionando rápidamente con el desarrollo de nuevas tecnologías, como la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, que están dando lugar a nuevas posibilidades y desafíos. La información recopilada a través del monitoreo estructural se puede utilizar para identificar posibles problemas, predecir dificultades futuras y guiar las decisiones sobre cómo administrar y mantener la infraestructura existente.

En resumen, el monitoreo estructural es una disciplina clave para la seguridad, la eficiencia, y el enfoque basado en los datos de nuestra infraestructura. Junto con el uso de técnicas avanzadas (como la inteligencia artificial y el aprendizaje automático), ofrece un enorme potencial para mejorar la gestión infraestructural en todo el mundo.

Sistema de Monitoreo de Salud Estructural (Structural Health Monitoring)

Un sistema de monitoreo estructural es un conjunto de herramientas y procedimientos diseñados para monitorear y evaluar el estado de una estructura, como edificios, puentes, represas, etc. Incluye sensores, hardware de recolección de datos, Plataforma IoT BIM para el análisis y la interpretación informativa y de estrategias para tomar decisiones basadas en los datos adquiridos.

Elementos de un sistema de Monitoreo de Salud Estructural

Se trata de sistemas fundamentales para garantizar la seguridad, identificar eventuales problemas estructurales y planificar las actividades de mantenimiento. Algunos de ellos son:

1. Sensores: Los sensores son los elementos más importantes de un sistema de monitoreo estructural. Pueden incluir acelerómetros, inclinómetros, sensores de deformación, de temperatura, de humedad y muchos más. Estos sensores detectan y registran diversos parámetros físicos que pueden indicar cambios en el estado de la estructura.
2. Hardware de adquisición de datos: Este componente recopila información de los sensores y los transmite al sistema de procesamiento de datos. Esto puede incluir módulos de recopilación, sistemas de transmisión y otros dispositivos.
3. Software de procesamiento de datos (SHM): Este es el corazón del sistema de monitoreo estructural. Estos software reciben datos del hardware de recopilación, los procesan y producen resultados útiles. Estos resultados pueden incluir gráficos, diagramas, tablas y otras visualizaciones que hacen que los datos sean fácilmente comprensibles.
4. Modelos de interpretación de datos: Son algoritmos utilizados para interpretar la información recopilada. Estos modelos pueden ayudar a identificar tendencias, detectar anomalías y predecir posibles problemas futuros.
5. Protocolos de respuesta: Son planes de acción que se implementan cuando el sistema de monitoreo estructural detecta un problema. Estos pueden incluir procedimientos de mantenimiento, evacuación u otras intervenciones.

En conclusión, un sistema de monitoreo estructural es un conjunto complejo de componentes que trabajan juntos para monitorear y mantener la integridad de una estructura. El éxito de estos sistemas depende de la calidad de los sensores, la eficacia del hardware o del software de recolección y procesamiento de datos, y de la capacidad de interpretar y responder adecuadamente a los datos recopilados.

Monitoreo estructural en ingeniería civil

El monitoreo estructural en la ingeniería civil es una parte clave del proceso de diseño, construcción y mantenimiento de la infraestructura. Este componente crítico garantiza que las instalaciones tengan respuestas adecuadas durante su vida útil, proporcionando una seguridad óptima y contribuyendo a la sostenibilidad económica de la obra.

El monitoreo de salud estructural en el campo civil consiste en observar y monitorear las condiciones de una estructura a lo largo del tiempo, mediante el uso de sensores y herramientas de medición. El objetivo es identificar posibles problemas antes de que se vuelvan críticos. Esto permite realizar tareas de mantenimiento preventivo, evitando fallos estructurales que podrían conllevar costes mucho más elevados y riesgos para la seguridad.

Herramientas de utilizo

Los ingenieros civiles utilizan una serie de técnicas y software de gestión de puentes herramientas para monitorear las estructuras. Estos incluyen sensores de deformación, acelerómetros, sensores de humedad, sensores de temperatura, sensores de desplazamiento, etc., sin ningún límite. Estos instrumentos detectan cambios en las condiciones estructurales (movimientos, deformaciones, cambios de temperatura o humedad) y transmiten la información a un sistema de adquisición de datos.

La información obtenida se analiza mediante un software de procesamiento de datos. Estos programas son capaces de interpretar grandes cantidades de datos e identificar patrones y tendencias. Gracias al análisis realizado, los ingenieros pueden determinar si la estructura está sufriendo daños, y si es necesario intervenir.

Planificación e implementación de protocolos

Otro aspecto crítico del monitoreo estructural en ingeniería civil es la planificación e implementación de protocolos de respuesta. Cuando el sistema de monitoreo detecta un problema, estos protocolos proporcionan una hoja de ruta con los pasos a seguir. Estos pueden incluir inspecciones adicionales, reparaciones, refuerzos estructurales o, en casos severos, evacuación y demolición.

Por lo tanto, gracias al uso de tecnologías avanzadas y la capacidad de analizar e interpretar grandes cantidades de datos, los ingenieros civiles pueden prevenir problemas estructurales, minimizar los costes de mantenimiento y garantizar la seguridad de las personas y las propiedades.

Structural Health Monitoring en ingeniería civil

Monitoreo estructural de puentes

El monitoreo estructural de puentes es una disciplina fundamental dentro de la ingeniería civil. Este proceso implica el uso de metodologías y tecnologías avanzadas para observar las condiciones físicas de un puente a lo largo de su ciclo de vida, con el fin de identificar y gestionar cualquier riesgo potencial para la integridad estructural.

Este sistema no se limita solo al período posterior a la construcción, sino que comienza desde la fase de diseño. Durante esta fase, los ingenieros utilizan una serie de herramientas de cálculo para predecir el comportamiento de la estructura bajo diferentes cargas y condiciones ambientales. Estos modelos, sin embargo, se basan en una serie de supuestos que pueden no coincidir exactamente con la realidad. Por lo tanto, una vez que se construye el puente, es necesario un monitoreo constante para verificar si el comportamiento real de la estructura coincide con el pronóstico.

Objetivos del monitoreo estructural de puentes

El principal objetivo del monitoreo estructural de puentes es garantizar la seguridad de la infraestructura y de quienes la utilizan. Para ello, los ingenieros deben detectar cualquier anomalía en el comportamiento de la estructura, como un movimiento excesivo, deformaciones inesperadas o daños causados por eventos ambientales o cargas de tráfico. Esto se hace mediante el uso de una serie de sensores instalados en la cubierta (acelerómetros, sensores de deformación, giroscopios, termopares, etc.).

Los datos recopilados por los sensores se analizan utilizando software especializados, que permitan identificar e interpretar cualquier variación con respecto a los patrones de comportamiento esperados. Si los datos indican un problema potencial, los ingenieros pueden intervenir rápidamente para realizar reparaciones o refuerzos estructurales, evitando así accidentes o daños más graves.

Planificación del mantenimiento con el monitoreo estructural de puentes

Además, el monitoreo estructural de los puentes también contribuye a su mantenimiento y gestión a largo plazo. Al analizar los datos históricos, los ingenieros pueden comprender mejor cómo la estructura responde con el tiempo a diferentes factores, como la carga de tráfico, las condiciones climáticas, el envejecimiento de los materiales, etc. Esto permite planificar el mantenimiento de manera más efectiva y prevenir problemas antes de que ocurran.

Por último, solo a través de un monitoreo preciso y continuo es posible garantizar la seguridad y la eficiencia de los puentes, salvaguardando la vida de las personas y contribuyendo a la sostenibilidad de nuestras infraestructuras.

Monitoreo estructural de edificios

Al igual que los puentes, los edificios requieren un monitoreo constante para garantizar su seguridad e integridad. Estos análisis pueden revelar signos de degradación, daños por eventos como terremotos o inundaciones, o simplemente el desgaste natural del clima.

Fases y componentes fundamentales para el monitoreo estructural de edificios

Para proporcionar una evaluación precisa del estado de salud estructural de un edificio, es importante tener en cuenta:

1. Planificación del monitoreo: Incluye la definición de los objetivos, la selección de los parámetros a medir y el diseño del sistema del monitoreo. Los objetivos pueden variar según el tipo de estructura, su estado actual, el uso del edificio y otros factores. Los parámetros a monitorear pueden incluir movimientos estructurales, deformaciones, tensiones, temperaturas, humedad, vibraciones y otros.
2. Instalación de sensores: Dependiendo de los parámetros seleccionados, se instalan varios tipos de sensores en el edificio. Estos pueden incluir acelerómetros para medir vibraciones, extensiómetro para monitorear deformaciones, termopares para la temperatura, hidrómetros para la humedad, etc. La ubicación y la configuración de los sensores se eligen de acuerdo a la estructura del edificio y los puntos críticos a monitorear.
3. Recopilación de datos: Los sensores recopilan datos en tiempo real o en intervalos establecidos y los envían a un sistema de adquisición de datos. Este sistema puede estar basado en un ordenador local o en una plataforma en la nube, y permite la grabación, el almacenamiento y el procesamiento de datos.
4. Análisis de datos: Los datos recopilados se analizan utilizando herramientas software que permiten identificar posibles variaciones respecto a los valores de referencia. El análisis también puede incluir técnicas de modelado y simulación para predecir el comportamiento futuro de la estructura.
5. Intervención: En función de los resultados del análisis, es posible decidir realizar intervenciones correctivas o de mantenimiento en la estructura. Esto puede incluir refuerzos estructurales, reparaciones, cambios en la carga o el uso del edificio y otras medidas.
6. Informes y comunicación: Finalmente, los resultados del monitoreo y las acciones tomadas se documentan y se comunican a las partes interesadas. Esto puede incluir propietarios de edificios, aseguradoras, y otros.

Objetivos del monitoreo estructural de edificios

El monitoreo estructural de edificios es un proceso continuo que requiere una vigilancia constante y una actualización periódica para adaptarse a los cambios de las condiciones del edificio y su entorno. Su objetivo se basa en garantizar la seguridad y la durabilidad de las estructuras, protegiendo la vida de las personas y preservando el valor de los edificios.

Durabilidad estructural y monitoreo de la salud

La durabilidad estructural y el monitoreo de la salud van de la mano. Descubramos sus definiciones:

• Durabilidad: se refiere a la capacidad de una estructura para resistir el paso del tiempo y soportar las condiciones ambientales. Está influenciada por una serie de factores, incluidos los materiales utilizados, las técnicas de construcción, las condiciones ambientales, el uso de la estructura y las prácticas de mantenimiento. Para garantizar la durabilidad estructural, es necesario prever y gestionar una serie de posibles problemas y riesgos, como el deterioro de los materiales debido a condiciones ambientales adversas, cargas excesivas, vibraciones, defectos de construcción y otros.
• Monitoreo de la salud: ayuda a garantizar que la instalación mantenga esta durabilidad. Es una disciplina que utiliza una serie de técnicas y tecnologías para detectar y analizar los cambios en las propiedades y el comportamiento de una estructura. Esto puede incluir el uso de sensores para medir diversos parámetros (como deformaciones, vibraciones, temperatura, humedad y otros), el procesamiento de datos, el análisis y la interpretación de los resultados, y la planificación e implementación de medidas correctivas o de mantenimiento.
  Gracias al mismo, es posible identificar con anticipación eventuales problemas o anomalías, prevenir o mitigar el deterioro estructural, optimizar las operaciones de mantenimiento y reparación, y extender la vida útil de la estructura. El monitoreo puede realizarse de forma continua o en intervalos establecidos, y puede basarse en un enfoque reactivo (en respuesta a eventos o señales específicos) o proactivo (basado en un plan de monitoreo preestablecido).

A través de un enfoque integrado que combina un diseño y una construcción de calidad con un monitoreo y un mantenimiento efectivos, es posible garantizar la seguridad, la funcionalidad y la durabilidad de las estructuras a lo largo del tiempo.

Gestión de las infraestructuras existentes | Programación de mantenimiento

Inteligencia artificial en el monitoreo estructural: una perspectiva de machine learning

La inteligencia artificial (AI) y el machine learning están revolucionando el campo del SHM. Los algoritmos de aprendizaje automático pueden analizar enormes cantidades de datos recopilados por sensores. Además, pueden identificar patrones y tendencias, y predecir posibles problemas estructurales con una precisión nunca antes vista. Esto abre nuevas posibilidades para el monitoreo estructural, haciendo que nuestra infraestructura sea aún más segura y eficiente.

La aplicación de la AI en el monitoreo estructural se basa en la capacidad de la misma para procesar e interpretar grandes cantidades de datos y aprender de ellos. Por lo tanto, la AI puede ayudar a identificar y predecir problemas estructurales, mejorando la eficiencia y la eficacia de la supervisión y el mantenimiento.

Formas en que la IA se puede aplicar en el monitoreo estructural

Aquí hay algunas formas en que la IA se puede aplicar en el monitoreo estructural:

1. Detección y diagnóstico de anomalías: Los algoritmos de aprendizaje automático pueden entrenarse para reconocer patrones en los datos de monitoreo estructural. Además, pueden identificar anomalías o variaciones con respecto a estos patrones y diagnosticar posibles problemas. Por ejemplo, un algoritmo podría ser entrenado para detectar variaciones en las vibraciones de un puente que podrían indicar un daño estructural.
2. Predicción del deterioro estructural: La AI se puede utilizar para desarrollar modelos de predicción que estimen cuándo y dónde pueden producirse problemas estructurales en función de diversos factores, como los datos históricos de monitoreo, las condiciones ambientales y las características de la estructura. Por ejemplo, podría predecir la aparición de corrosión en un edificio de acero en función de factores como la humedad y la temperatura.
3. Optimización del mantenimiento: Los algoritmos de AI pueden ayudar a planificar y optimizar las operaciones de mantenimiento determinando, por ejemplo, el momento justo para realizar reparaciones que minimicen los costes y el impacto en las operaciones. Esto a menudo se conoce como mantenimiento predictivo.
4. Análisis de imágenes: La AI se puede utilizar para analizar imágenes o videos de estructuras, obtenidos a través de drones u otras tecnologías. Los algoritmos de aprendizaje automático pueden ayudar a identificar ciertas características, como grietas o deformaciones, que podrían indicar un daño estructural.

Ventajas de aplicar en el monitoreo estructural

Recientemente algunas empresas de ingeniería han comenzado a utilizar drones equipados con cámaras de alta resolución y algoritmos de AI para inspeccionar estructuras de puentes y edificios. Los algoritmos analizaron las imágenes para detectar posibles problemas, como grietas o corrosión, que son difíciles de detectar a simple vista. Esto permite realizar inspecciones más rápidas, seguras y eficaces que los métodos tradicionales.

El monitoreo estructural es un campo en rápida evolución que juega un papel fundamental en la seguridad y eficiencia de nuestra infraestructura. Con el surgimiento de tecnologías como la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, las posibilidades son realmente ilimitadas.