Santiago de Querétaro, Querétaro.- Investigadores del Instituto Mexicano del Transporte (IMT) en Querétaro desarrollaron un sistema de monitoreo remoto de puentes y estructuras que, mediante comunicación satelital y ultrasonido, detecta oportunamente daños que comprometen la seguridad de usuarios y la propia integridad de las estructuras.

Al respecto, el investigador titular del área de Monitoreo Estructural del IMT, Juan Antonio Quintana Rodríguez, informó que el antecedente de este sistema de monitoreo fueron los estudios que a nivel estructural realizaba el Instituto Mexicano del Transporte de los principales puentes atirantados del país.

“Tenemos alrededor de 12 años trabajando en este proyecto del monitoreo de puentes y estructuras inteligentes; el investigador que tuvo la visión de desarrollarlo fue el doctor Francisco Javier Carrión Viramontes. Surgió a raíz de un problema que tuvimos con uno de los puentes atirantados más importantes que tenemos en México, que es el Río Papaloapan, en el año 2000 tuvo fallas en uno de sus elementos de anclaje”, recordó.

Materiales frágiles, riesgo constante

El investigador detalló que, al realizar una serie de estudios en el área de Monitoreo Estructural del IMT y otros centros de investigación, se determinó que este tirante fue fabricado por fundición, la cual tenía muchos poros e inclusiones y, por otra parte, no se dio un tratamiento térmico adecuado, lo que al final resultó en un material frágil.

Quintana Rodríguez indicó que tras estos estudios, el IMT propuso una técnica no destructiva para inspeccionar el resto de los elementos de anclaje a través de ultrasonido. El reto de evaluar el resto de los tirantes fue que los elementos de sujeción estaban parcialmente embebidos en el concreto, quedando un espacio muy pequeño para poder utilizar un transductor de haz angular —que es con el que trabaja el ultrasonido— para poder ver el interior del material.

“De la evaluación que se realizó en 2003, se concluyó que solamente 16 de los elementos que estaban en el puente tenían características similares al que había fallado. Lo que propuso el IMT fue cambiar esos 16 elementos defectuosos y adicionalmente cambiar cuatro más para tener una muestra representativa del resto, con esto se realizó un estudio de confiabilidad y se determinó darle un seguimiento instalando un sistema de monitoreo que nos permitiera evaluar en el tiempo las condiciones del puente, los mantenimientos que se le realizaban y cómo iba evolucionando a través del tiempo”, puntualizó.

Seguridad de usuarios

En ese sentido, el jefe de División del Laboratorio de Desempeño Vehicular y Materiales del IMT, Francisco Javier Carrión Viramontes, aseguró que este sistema de monitoreo ofrece ventajas importantes que son poder conocer comportamientos y respuestas de los puentes ante diferentes circunstancias y garantizar la seguridad de los usuarios y la integridad de las estructuras.

“Este conocimiento nos sirve para poder hacer estudios de diagnóstico, identificar de manera inmediata problemas como fallas, cambios por la degradación con el paso del tiempo o por efectos ambientales, cargas o fenómenos naturales como sismos. La infraestructura de transporte es vital para un país, es como el sistema circulatorio del cuerpo humano, porque por él se mueven personas, productos, bienes para la industria, entre otros. Por ello es fundamental tener puentes, taludes y carreteras en buen estado, con mayores especificaciones y prestaciones de servicio”, sostuvo.

Carrión Viramontes explicó que el objetivo del IMT era contar con una infraestructura de monitoreo a largo plazo, por lo que se decidió utilizar sensores de fibra óptica, que además requieren muy poco mantenimiento.

Sensores para el monitoreo de puentes

Al respecto, el investigador titular del área de Monitoreo Estructural del IMT, Juan Antonio Quintana Rodríguez, abundó que para poder analizar la estructura de un puente de manera global se debe hacer un estudio a través de modelos de simulación para ver qué tipo de sensores se deben utilizar, dónde ubicarlos y cuáles son las variables que se van a medir en el tiempo.

“Nosotros instrumentamos los puentes de manera general con sensores de deformación, que son extensómetros; acelerómetros, que miden la aceleración; medidores de inclinación o inclinómetros, y medidores de desplazamiento, que generalmente se utilizan en las juntas de dilatación. Adicionalmente, en los puentes importantes colocamos algunas cámaras de monitoreo, una estación climatológica, estación sismológica, para poder correlacionar cuando hay eventos naturales atípicos, como vientos fuertes”, describió.

Quintana Rodríguez subrayó que actualmente son diez los puentes que están siendo estudiados a través de este sistema, en el cual IMT tiene una colaboración con el Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), entre los que destacan el Río Papaloapan, el Chiapas, el Mezcala, el Baluarte Bicentenario, el Caracol, el Buenavista, entre otros, y que los datos provenientes de los sensores llegan al centro de monitoreo a través de enlace satelital.

“Gracias al proyecto México Conectado, que encabezó la Secretaría de Comunicaciones y Trasportes (SCT), se pudo proveer de comunicación vía satelital a diferentes dependencias, como hospitales, escuelas y nosotros, que solicitamos el enlace satelital para diez puentes grandes y otros seis, llamados tipo, para desarrollar modelos paramétricos y tratar de establecer pruebas dinámicas o estáticas que nos permitan tener un conocimiento de ellos. Parte de la información nos llega a la estación de monitoreo y la otra tenemos que recabarla en los lugares de origen. La cantidad de datos que llegan al centro de monitoreo es de 120 muestras por segundo aproximadamente, en cada sensor”, enumeró.

Los resultados del monitoreo

Quintana Rodríguez destacó que a partir de los trabajos realizados en el monitoreo de puentes y estructuras del IMT, se pudo obtener conocimiento respecto a tendencias o cambios en los parámetros para poder predecir daños y hacer reparaciones oportunas en esa infraestructura.

“Adicionalmente nos ha dado una serie de información muy importante para la SCT, respecto a la evaluación de los mantenimientos que se ejecutan en cualquiera de los puentes, dado que tenemos un estado inicial que ha sido monitoreado a través del tiempo y el impacto que tendrá sobre la estructura", sostuvo.

El investigador del IMT añadió que otro aspecto que se puede analizar con este estudio es el comportamiento de los puentes bajo condiciones de operación normales, cómo se comportan en diferentes épocas del año, si los vehículos pesados circulan más de día o de noche o el comportamiento cuando el tráfico está parado por alguna eventualidad.

“Estamos trabajando en determinar el peso de los vehículos que circulan sobre los puentes versus las deformaciones de la misma estructura. Eso nos permitió saber las cargas que circulan, qué tanto están cumpliendo con los reglamentos e incluso hacer una correlación con los estudios que se hacen en las pesadoras estáticas, donde encontramos que entre 10 y 15 por ciento de los vehículos circulan con sobrecarga en los puentes”, subrayó.

La finalidad en estas nuevas líneas de investigación es integrar toda esta información en las plataformas de software del sistema para generar una base de datos con todos estos eventos donde los vehículos sobrepasan las cargas y poderlos asociar con las cámaras de video, para establecer a qué horas pasan, si pertenecen a alguna compañía o si transportan algún tipo de material en específico.

El titular del área de Monitoreo Estructural del IMT puntualizó que este sistema de monitoreo remoto de puentes y estructuras inteligentes busca también ser un espacio que promueva el trabajo de investigación con estudiantes e instituciones.

“Posiblemente algún investigador o institución tenga alguna visión diferente, que pudiera proponer nuevas técnicas de detección de daños, formas de abordar la información o incluso nuevas propuestas de sensores. Finalmente, si ya tenemos información recabada a través del tiempo, sería cuestión de que alguien pudiera probar sus nuevas ideas o formas de querer atacar alguna problemática en detección de daños, análisis de confiabilidad o nuevas tecnologías, hablando por ejemplo de sensores o sistemas de adquisición de datos”, finalizó.Conacyt