Solución de monitoreo compuesta por 472 sensores permite analizar el comportamiento del puente a largo plazo
Žeželj es un puente en arco para el paso de transporte vial y ferroviario sobre el río Danubio, en la localidad de Novi Sad, Serbia. Fue construido en 1961 por el célebre ingeniero civil Branko Žeželj. Su estructura de hormigón pretensado, pionera en aquella época, hizo dudar a muchos de su resistencia. Para convencer a los más escépticos, durante las pruebas de carga, el mismísimo Branko se colocó bajo el puente con un bote de remos.
No obstante, durante los bombardeos de la OTAN de 1999, el puente fue bombardeado en 12 ocasiones, y finalmente, tras varios impactos directos, fue destruido el 23 de abril de 1999. Fue el último puente que cayó en Novi Sad durante la campaña de la OTAN, la “Operación Yunque Noble”.
Un nuevo puente para conectar personas, países y economías
El nuevo puente paralelo Žeželj, construido con la misma estructura fue abierto en 2018. Su diseño es similar al del puente antiguo, pero en esta ocasión se emplearon arcos de acero. Mide 474 m de longitud y cuenta con dos vías de ferrocarril que conformarán un corredor internacional, además de dos carriles para tráfico vehicular, carriles bici y aceras peatonales.
La Unión Europea participó en la financiación de este proyecto porque se trata de una vía de transporte vital para los estados balcánicos y la UE.
Los diseños modernos exigen conceptos de monitoreo eficientes
El comportamiento de los puentes para tráfico vehicular y ferroviario requiere el sistema de monitoreo más complejo que exista, debido a los diferentes tipos de cargas y su intensidad, y también porque la seguridad estructural del puente es importante en el día día.
El Departamento de Ingeniería Civil y Geodesia (FTN, la Facultad de Ciencias Técnicas de Novi Sad), en colaboración con el Centro de Investigación Técnica (TRC) PRO, recurrieron a la tecnología de medición de HBM para construir este nuevo puente con total seguridad.
El análisis del comportamiento estructural se lleva a cabo a través de una serie de actividades que incluyen la observación, la adquisición de datos, la transferencia y el análisis de los datos adquiridos en mediciones de largo plazo durante el periodo de explotación del puente. El objetivo de monitorear la condición estructural del puente consiste en crear una base de datos que permita llevar un seguimiento de su comportamiento estructural, con el fin de evitar cualquier posible deterioro de su seguridad y rendimiento (capacidad de carga, rigidez, funcionamiento y durabilidad).
Tecnología fiable de sensores
|
Los instrumentos básicos que se utilizan para la medición son galgas extensométricas, que se adhieren directamente a la estructura del puente o se instalan como elementos de detección en los sensores de fuerza. Los sensores basados en tecnología de galgas extensométricas tienen la ventaja de una gran estabilidad a largo plazo. Ese aspecto resulta importante en este proyecto, ya que los sensores deben funcionar toda la vida útil del nuevo puente y no es posible interrumpir el proceso de monitoreo para recalibrarlos. Por otro lado, las galgas extensométricas serie LY41 de HBM, que se emplean en esta aplicación ofrecen una óptima compensación de temperatura: se trata de una característica imprescindible, ya que la estructura estará expuesta a condiciones climatológicas y de temperatura muy variadas. Para la adquisición de datos se utiliza el sistema PMX de HBM. Tras la instalación, el punto de medición se cubre para evitar daños e interferencias electromagnéticas (IEM). |
|
Sistema de adquisición de datos PMX
Secciones críticas del puente
El proyecto consta de una configuración multicanal distribuida para la observación permanente de las secciones más críticas del puente:
- Análisis experimental de tensiones (pruebas de resistencia): 4 zonas en la parte media de la luz del puente, 8 zonas de apoyo y 2 zonas durante el lanzamiento;
- Medición de fuerza en las suspensiones: 12 soportes de suspensión;
- Desplazamientos verticales: 12 zonas en la parte media de la luz del puente y 8 zonas de apoyo;
- Desplazamientos longitudinales: 4 zonas de apoyo;
- Inclinaciones: 12 zonas en la parte media de la luz del puente y 9 zonas de apoyo;
- Parámetros de aceleración, frecuencia y amortiguación: 12 zonas en la parte media de la luz del puente y 9 zonas de apoyo;
- Medición de la temperatura en la estructura del puente: 12 zonas en la parte media de la luz del puente y 9 zonas de apoyo.
472 sensores instalados
En total se han instalado 472 sensores y transductores:
- 328 galgas extensométricas HBM (serie LY41) en 14 secciones (análisis experimental de tensiones),
- 80 transductores de fuerza (control de fuerza en suspensiones),
- 12 transductores de desplazamiento en 4 secciones de apoyo móviles (para desplazamientos horizontales),
- 32 inclinómetros biaxiales (inclinación biaxial y desplazamiento vertical a partir de mediciones de aceleración) con acelerómetros triaxiales integrados
- y sensores de temperatura en 20 secciones estructurales y una sección del pilar central.
Ajustes directamente en el punto de medición
El sistema de medición, control y adquisición de datos tiene que cumplir varios requisitos: mediciones rápidas y fiables, configuración sencilla, cálculos en tiempo real, información de diagnóstico y no requerir la instalación de software adicional. El sistema de control y medición PMX reúne todas estas características.
Como protección adicional frente al polvo y las interferencias electromagnéticas, la unidad de adquisición de datos PMX se instala en un armario, lo cual constituye una solución rentable que, además, permite incorporar la alimentación eléctrica.
Como primer paso, todas las señales se muestrean a una frecuencia de 19,2 kHz, lo que garantiza un ancho de banda de medición elevado y la evaluación de las señales de medición. Todos los ajustes del sistema PMX se gestionan a través de la interfaz Ethernet estándar y el servidor web PMX interno.
Esta solución ofrece una gran ventaja: los ajustes se pueden realizar directamente en el punto de instalación, en la sala de control a través de la red Ethernet o incluso a distancia si se dispone de una red WiFi adicional. Por lo tanto, cada ingeniero puede acceder a una vista en tiempo real de la aplicación y del estado de la prueba. Un control de operadores integrado evita que se realicen operaciones no seguras.
Almacenamiento de datos
Se llevan a cabo diversas tareas. Para el monitoreo a largo plazo, todos los datos procedentes de los sistemas PMX se transmiten a través de la red Ethernet del puente hacia un servidor de datos, con fines de evaluación y control. No obstante, como sistema de respaldo de seguridad, cada PMX dispone de un registrador de datos interno que almacena la información con un sello temporal en su memoria interna. De este modo, los datos de la medición no se pierden en caso de que se produzca un fallo en la red Ethernet. Una vez restablecida la red, los datos se pueden transferir desde cada estación PMX al servidor de datos.
Creación de una red de monitorización
Los sistemas de monitoreo PMX funcionan en todo el puente, que mide aproximadamente 500 metros de longitud. Pero para obtener resultados de medición útiles, es necesario sincronizar la velocidad de muestreo de cada sistema PMX y cada canal de medición. Por lo tanto, cada sistema PMX ofrece una opción de sincronización.
Funciones de cálculo en tiempo real con las funciones inteligentes de PMX
En la segunda fase es necesario calcular la información deseada y relevante en tiempo real. Esto se puede lograr con las funciones inteligentes de PMX, las que son fáciles de utilizar aunque el operador no cuente con conocimientos avanzados de software. Se incluyen varias funciones matemáticas, como una calculadora de bolsillo, funciones lógicas, evaluaciones de proceso y hasta funciones de controlador como un controlador PID.
Diagnóstico en tiempo real con sistema de monitoreo PMX
En el archivo de registro PMX se almacena un diagnóstico con un mayor nivel de detalle. Este archivo se guarda en la memoria interna del sistema PMX. Abarca todos los errores que se generan en el dispositivo y durante la medición, así como cualquier cambio en la configuración de los parámetros efectuado por los operarios. Esto permite cubrir el 100% del proceso de pruebas y medición.
Adquisición de datos y evaluación
Los requisitos definidos por el equipo de ingeniería incluían un sistema de adquisición de datos sencillo, robusto y potente, con un software de evolución. “El subsistema para el procesamiento de datos (sistema informático para la adquisición, transferencia y tratamiento de datos) adquirido junto con el PMX emplea un software de HBM fácil de utilizar, desarrollado a medida para presentar datos en catman”, explica Hotimir Licen, de TRC PRO.
Catman se encarga de todo el proceso de visualización y almacenamiento de datos.
Es posible configurar distintos registradores de datos y paneles gráficos de usuario para diferentes tareas de monitoreo. De manera adicional, se puede configurar un sistema de monitoreo de eventos combinado con envío de correos electrónico y notificaciones automáticas a teléfonos móviles. Las respuestas inmediatas de parte de las tareas de monitoreo permiten que el controlador del puente pueda reaccionar y configurar la señal de tráfico para regular el tráfico, de modo que se reduzcan las tensiones sobre el puente.
Buenos resultados incluso con presupuestos limitados
El presupuesto para el análisis del comportamiento estructural del puente era limitado y la plataforma PMX se eligió por su excelente relación precio-rendimiento. Según Hotimir Licen, de TRC PRO, ofrecía las siguientes ventajas:
- Excelente precisión y alta resolución
- Capacidad para medir sucesos estáticos y dinámicos
- Sistema universal para sensores de galgas extensométricas y de puente inductivo
- Análisis de esfuerzos con compensación de la temperatura del hardware en cada canal, con configuraciones de medio puente
- Sistema distribuido con interfaz Ethernet
- Medición sincronizada de todos los canales, con sincronización temporal NTP
- Funcionamiento autónomo con almacenamiento de datos en un disco USB local del sistema PMX y acceso remoto en un PC con el software catman de HBM