La auscultació i monitorització estructural permet controlar l'evolució de ponts, túnels, edificis, talussos i altres infraestructures mitjançant el mesurament periòdic o continu de desplaçaments i deformacions.
Quan hi ha una referència estable i visibilitat directa cap al punt que es vol controlar, els sensors làser de distància permeten fer aquests mesuraments sense contacte físic amb l'estructura. Aquesta característica resulta especialment útil en punts de difícil accés, grans distàncies o instal·lacions on no és viable col·locar un transductor mecànic entre els dos punts de mesura.
Els sensors làser Dimetix es poden integrar en sistemes d'instrumentació, adquisició de dades i monitorització per controlar desplaçaments, fletxes, convergències i moviments estructurals durant la construcció, proves de càrrega o explotació duna infraestructura.
Què es pot mesurar amb un sensor làser en auscultació?
El mesurament làser de distància es pot utilitzar en diferents punts d'un sistema de monitorització estructural. L'aplicació depèn de la geometria, la distància de treball, la precisió necessària i del moviment que es vol detectar.
| Infraestructura | Magnitud o fenomen | Aplicació del sensor làser |
|---|---|---|
| Ponts i viaductes | Fletxa i deformació | Seguiment del desplaçament del tauler respecte a una referència estable |
| Ponts | Desplaçament relatiu | Control entre piles, pilons, tauler o altres elements estructurals |
| Túnels | Convergència | Variació de distància entre punts d'una secció |
| Túnels | Deformació geomètrica | Seguiment de volta, hastials o relació entre via i paret |
| Piles i pilars | Desplaçament o variació de posició | Seguiment d'elements estructurals durant obres o canvis de càrrega |
| Taluts i vessants | Moviment superficial | Seguiment de roques, blocs o punts de referència |
| Estructures durant obra | Deformació sota càrrega | Control durant construcció, moviment, hissat o proves de càrrega |
Monitorització de ponts i viaductes: fletxa, deformació i desplaçaments
A la auscultació de ponts i viaductes pot ser necessari controlar levolució de la fletxa del tauler, deformacions estructurals o desplaçaments relatius entre diferents elements de lestructura.
Un sensor làser instal·lat sobre un punt estable pot mesurar de forma periòdica o continua la distància fins a una referència situada sobre l'element monitoritzat. L'evolució d'aquesta distància permet detectar moviments durant la construcció, l'explotació de la infraestructura o sota determinades condicions de càrrega.
- Control de la fletxa o desplaçament del tauler.
- Mesurament de moviments entre una pila, piló i tauler.
- Seguiment de deformacions durant proves de càrrega.
- Control d'estructures durant operacions de construcció, desplaçament o hissat.
- Integració de punts de mesura làser dins de sistemes SHM (Structural Health Monitoring).
Dimetix disposa d'aplicacions documentades específicament per a monitorització estructural de ponts. A l'ampliació del Huey P. Long Bridge, sobre el riu Mississippi, es van utilitzar deu sensors làser de distància per mesurar en temps real la deformació de grans seccions de gelosia durant el seu transport, elevació i col·locació.
Aquest tipus daplicació mostra un dels avantatges del mesurament làser: obtenir informació de desplaçament a distància sense necessitat dunir físicament mitjançant un transductor els dos punts que es volen controlar.
Seguiment de piles, pilars i elements estructurals
Durant una obra també pot ser necessari controlar si una pila de pont, pilar, façana o altre element estructural modifica la seva posició com a conseqüència d'excavacions, feines properes, canvis de càrrega o moviments del terreny.
Mitjançant un o diversos sensors es pot fer un seguiment de l'evolució del desplaçament i comparar cada lectura amb una posició inicial de referència. Aquest tipus dinstrumentació permet detectar petites variacions de posició sense contacte físic amb lestructura monitoritzada.
En una aplicació d'aquest tipus es van utilitzar sensors làser Dimetix per monitoritzar l'evolució de pilars situats sota un pont mentre es feien treballs de construcció en una zona propera.
Quan el projecte requereix controlar diverses magnituds, el mesurament làser es pot combinar amb inclinòmetres, sensors LVDT, extensòmetres, piezòmetres i sistemes d'adquisició de dades.
Auscultació de túnels i control de convergències
El control de convergències a túnels permet analitzar la variació de distància entre diferents punts d'una secció per determinar si s'estan produint moviments o deformacions durant la construcció o l'explotació de la infraestructura.
Un sistema de mesura làser pot fer aquest seguiment de forma automàtica quan hi ha línia de visió entre el sensor i l'objectiu. Comparant les lectures successives amb una referència inicial és possible identificar variacions geomètriques de la secció monitoritzada.
- Mesurament de convergència entre punts duna secció.
- Control de deformacions de volta i hastials.
- Seguiment geomètric durant excavació o construcció.
- Control de la distància entre via i paret del túnel.
- Detecció de moviments associats a obres realitzades sobre o properes al túnel.
Dimetix disposa d'una aplicació documentada de monitorització automatitzada d'un túnel ferroviari, desenvolupada per detectar possibles deformacions estructurals durant treballs realitzats sobre la infraestructura. Els sensors feien mesuraments periòdics de distància que podien integrar-se al sistema de supervisió.
Mitjançant diversos punts de mesura es pot obtenir una referència geomètrica de la secció i estudiar-ne l'evolució. Depenent de l'aplicació, el mesurament làser pot complementar estacions totals, inclinòmetres, extensòmetres i altres equips habituals d'auscultació.
Monitorització de talussos, vessants i moviments de roca
La instrumentació i auscultació de talussos permet detectar canvis que puguin indicar moviments del terreny, despreniments o pèrdua d'estabilitat.
Els sensors làser es poden utilitzar quan el moviment que interessa controlar es produeix sobre una superfície visible des d'un punt de mesura estable. El sensor mesura repetidament la distància fins a l'objectiu i permet analitzar-ne l'evolució al llarg del temps.
Entre les aplicacions possibles hi ha el seguiment de blocs rocosos, vessants, talussos, despreniments, zones amb risc de lliscament i altres punts on es pugui definir una referència estable de mesura.
Dimetix documenta aplicacions en què els seus sensors s'utilitzen per controlar formacions rocoses situades sobre infraestructures ferroviàries i també grans blocs de roca el desplaçament de la qual vessant avall ha de ser supervisat.
És important diferenciar aquesta aplicació daltres tècniques dinstrumentació geotècnica. Un sensor làser permet mesurar principalment moviments superficials visibles des del punt d'instal·lació. Quan cal estudiar moviments interns del terreny, inclinació a diferents profunditats o pressió d'aigua, cal utilitzar tecnologies específiques com inclinòmetres geotècnics, extensòmetres o piezòmetres.
Avantatges del mesurament làser en monitorització estructural
Un dels principals avantatges dels sensors làser davant de molts transductors de desplaçament convencionals és que fan el mesurament sense contacte físic amb l'element monitoritzat.
- Mesurament sense contacte.
- Possibilitat de treballar a llarga distància.
- Instal·lació del sensor en una zona protegida o accessible.
- Lectura automàtica i continua.
- Integració amb PLC, dataloggers i sistemes dadquisició.
- Possibilitat de treballar sobre superfície natural o sobre una referència reflectora, segons distància i model.
- Mesurament de punts a què seria complicat connectar físicament un transductor de desplaçament.
Sensor Dimetix DPE-10-500 per a aplicacions de llarg abast
Un dels models que es pot utilitzar en aplicacions de monitorització a llarga distància és el Dimetix DPE-10-500. Aquest sensor combina precisió mil·limètrica, elevada velocitat de mesura i un rang de fins a 500 metres quan s'utilitza una làmina reflectora.
| Característica | Dimetix DPE-10-500 |
|---|---|
| Precisió típica 2σ | ±1 mm |
| Repetibilitat típica 2σ | ±0,3 mm |
| Rang sobre superfícies naturals | 0,05 a aproximadament 100 m |
| Rang sobre làmina reflectora | aproximadament 0,5-500 m |
| Velocitat màxima de mesura | 250 Hz |
| Velocitat màxima de sortida | 1 kHz |
| Interfícies digitals | RS-232, RS-422, RS-485, SSI i USB |
| Sortida analògica | 0/4–20 mA |
| Temperatura de funcionament | -40 a +60 °C |
| Protecció | IP65 |
En sistemes industrials també és possible integrar la informació del sensor amb xarxes de comunicació i sistemes de control mitjançant els mòduls o les interfícies corresponents. En projectes de monitorització estructural s'ha utilitzat, per exemple, la integració amb PROFINET per transmetre la mesura a sistemes superiors de control i adquisició.
L'elecció del model no s'ha de fer només en funció de l'abast màxim. També s'han de valorar la superfície a mesurar, la precisió necessària, les condicions ambientals, la velocitat de lectura, la geometria d'instal·lació i la interfície de comunicació disponible.
Quan utilitzar un sensor làser i quan una altra tecnologia?
El sensor làser és especialment adequat quan existeix línia directa de visió, cal evitar contacte mecànic i el punt de referència es troba a una distància considerable. No obstant això, no substitueix necessàriament altres instruments utilitzats en auscultació.
| Necessitat de mesura | Tecnologia que pot resultar adequada |
|---|---|
| Desplaçament a distància i sense contacte | Sensor làser de distància |
| Petits desplaçaments entre dos punts propers | LVDT, extensòmetre o transductor de desplaçament |
| Inclinació o rotació d'una estructura | Inclinòmetre o clinòmetre |
| Moviments interns del terreny | Inclinòmetre geotècnic |
| Pressió intersticial o nivell daigua | Piezòmetre |
| Control geodèsic de múltiples punts | Estació total o sistema GNSS, segons aplicació |
Per aquest motiu, en un projecte de auscultació i monitorització estructural és habitual combinar diferents tecnologies dins un mateix sistema de mesura.
Integració amb sistemes d'adquisició i monitorització
Els sensors làser Dimetix tenen interfícies industrials que permeten incorporar la mesura de distància a PLC, dataloggers, equips d'adquisició o programari de supervisió.
D'aquesta manera es poden emmagatzemar històrics, representar tendències, comparar els mesuraments amb valors de referència i generar alarmes quan un desplaçament supera els límits establerts per al projecte.
En sistemes d'auscultació permanent, el sensor làser pot formar part d'una xarxa d'instrumentació juntament amb inclinòmetres, extensòmetres, LVDT, sensors ambientals, piezòmetres i altres equips de mesura.
Selecció del sensor per a un projecte d'auscultació
Per definir correctament una solució de mesura convé conèixer com a mínim la distància de treball, desplaçament esperat, precisió requerida, superfície objectiu, condicions ambientals, freqüència de lectura i sistema dadquisició de dades.
GUEMISA pot ajudar a seleccionar el sensor Dimetix i la tecnologia de mesura més adequada en funció de les condicions reals de cada instal·lació.
Si esteu desenvolupant un projecte de auscultació de ponts, monitorització de túnels, control de convergències, seguiment d'estructures o instrumentació de talussos, ens pot facilitar les dades de l'aplicació per estudiar la solució de mesura més adequada.