La auscultación y monitorización estructural permite controlar la evolución de puentes, túneles, edificios, taludes y otras infraestructuras mediante la medición periódica o continua de desplazamientos y deformaciones.
Cuando existe una referencia estable y visibilidad directa hacia el punto que se desea controlar, los sensores láser de distancia permiten realizar estas mediciones sin contacto físico con la estructura. Esta característica resulta especialmente útil en puntos de difícil acceso, grandes distancias o instalaciones donde no es viable colocar un transductor mecánico entre los dos puntos de medida.
Los sensores láser Dimetix pueden integrarse en sistemas de instrumentación, adquisición de datos y monitorización para controlar desplazamientos, flechas, convergencias y movimientos estructurales durante la construcción, pruebas de carga o explotación de una infraestructura.
¿Qué puede medirse con un sensor láser en auscultación?
La medición láser de distancia puede utilizarse en diferentes puntos de un sistema de monitorización estructural. La aplicación depende de la geometría, la distancia de trabajo, la precisión necesaria y del movimiento que se desea detectar.
| Infraestructura | Magnitud o fenómeno | Aplicación del sensor láser |
|---|---|---|
| Puentes y viaductos | Flecha y deformación | Seguimiento del desplazamiento del tablero respecto a una referencia estable |
| Puentes | Desplazamiento relativo | Control entre pilas, pilonos, tablero u otros elementos estructurales |
| Túneles | Convergencia | Variación de distancia entre puntos de una sección |
| Túneles | Deformación geométrica | Seguimiento de bóveda, hastiales o relación entre vía y pared |
| Pilas y pilares | Desplazamiento o variación de posición | Seguimiento de elementos estructurales durante obras o cambios de carga |
| Taludes y laderas | Movimiento superficial | Seguimiento de rocas, bloques o puntos de referencia |
| Estructuras durante obra | Deformación bajo carga | Control durante construcción, movimiento, izado o pruebas de carga |
Monitorización de puentes y viaductos: flecha, deformación y desplazamientos
En la auscultación de puentes y viaductos puede ser necesario controlar la evolución de la flecha del tablero, deformaciones estructurales o desplazamientos relativos entre diferentes elementos de la estructura.
Un sensor láser instalado sobre un punto estable puede medir de forma periódica o continua la distancia hasta una referencia situada sobre el elemento monitorizado. La evolución de esa distancia permite detectar movimientos durante la construcción, la explotación de la infraestructura o bajo determinadas condiciones de carga.
- Control de la flecha o desplazamiento del tablero.
- Medición de movimientos entre una pila, pilono y tablero.
- Seguimiento de deformaciones durante pruebas de carga.
- Control de estructuras durante operaciones de construcción, desplazamiento o izado.
- Integración de puntos de medida láser dentro de sistemas SHM (Structural Health Monitoring).
Dimetix dispone de aplicaciones documentadas específicamente para monitorización estructural de puentes. En la ampliación del Huey P. Long Bridge, sobre el río Mississippi, se utilizaron diez sensores láser de distancia para medir en tiempo real la deformación de grandes secciones de celosía durante su transporte, elevación y colocación.
Este tipo de aplicación muestra una de las ventajas de la medición láser: obtener información de desplazamiento a distancia sin necesidad de unir físicamente mediante un transductor los dos puntos que se quieren controlar.
Seguimiento de pilas, pilares y elementos estructurales
Durante una obra también puede ser necesario controlar si una pila de puente, pilar, fachada u otro elemento estructural modifica su posición como consecuencia de excavaciones, trabajos próximos, cambios de carga o movimientos del terreno.
Mediante uno o varios sensores puede realizarse un seguimiento de la evolución del desplazamiento y comparar cada lectura con una posición inicial de referencia. Este tipo de instrumentación permite detectar pequeñas variaciones de posición sin contacto físico con la estructura monitorizada.
En una aplicación de este tipo se utilizaron sensores láser Dimetix para monitorizar la evolución de pilares situados bajo un puente mientras se desarrollaban trabajos de construcción en una zona próxima.
Cuando el proyecto requiere controlar varias magnitudes, la medición láser puede combinarse con inclinómetros, sensores LVDT, extensómetros, piezómetros y sistemas de adquisición de datos.
Auscultación de túneles y control de convergencias
El control de convergencias en túneles permite analizar la variación de distancia entre diferentes puntos de una sección para determinar si se están produciendo movimientos o deformaciones durante la construcción o explotación de la infraestructura.
Un sistema de medición láser puede realizar este seguimiento de forma automática cuando existe línea de visión entre el sensor y el objetivo. Comparando las lecturas sucesivas con una referencia inicial es posible identificar variaciones geométricas de la sección monitorizada.
- Medición de convergencia entre puntos de una sección.
- Control de deformaciones de bóveda y hastiales.
- Seguimiento geométrico durante excavación o construcción.
- Control de la distancia entre vía y pared del túnel.
- Detección de movimientos asociados a obras realizadas sobre o próximas al túnel.
Dimetix dispone de una aplicación documentada de monitorización automatizada de un túnel ferroviario, desarrollada para detectar posibles deformaciones estructurales durante trabajos realizados sobre la infraestructura. Los sensores realizaban mediciones periódicas de distancia que podían integrarse en el sistema de supervisión.
Mediante varios puntos de medida puede obtenerse una referencia geométrica de la sección y estudiar su evolución. Dependiendo de la aplicación, la medición láser puede complementar estaciones totales, inclinómetros, extensómetros y otros equipos habituales de auscultación.
Monitorización de taludes, laderas y movimientos de roca
La instrumentación y auscultación de taludes permite detectar cambios que puedan indicar movimientos del terreno, desprendimientos o pérdida de estabilidad.
Los sensores láser pueden utilizarse cuando el movimiento que interesa controlar se produce sobre una superficie visible desde un punto de medición estable. El sensor mide repetidamente la distancia hasta el objetivo y permite analizar su evolución a lo largo del tiempo.
Entre las aplicaciones posibles se encuentran el seguimiento de bloques rocosos, laderas, taludes, desprendimientos, zonas con riesgo de deslizamiento y otros puntos donde pueda definirse una referencia estable de medida.
Dimetix documenta aplicaciones en las que sus sensores se utilizan para controlar formaciones rocosas situadas sobre infraestructuras ferroviarias y también grandes bloques de roca cuyo desplazamiento ladera abajo debe ser supervisado.
Es importante diferenciar esta aplicación de otras técnicas de instrumentación geotécnica. Un sensor láser permite medir principalmente movimientos superficiales visibles desde el punto de instalación. Cuando se necesita estudiar movimientos internos del terreno, inclinación a diferentes profundidades o presión de agua, deben utilizarse tecnologías específicas como inclinómetros geotécnicos, extensómetros o piezómetros.
Ventajas de la medición láser en monitorización estructural
Una de las principales ventajas de los sensores láser frente a muchos transductores de desplazamiento convencionales es que realizan la medición sin contacto físico con el elemento monitorizado.
- Medición sin contacto.
- Posibilidad de trabajar a larga distancia.
- Instalación del sensor en una zona protegida o accesible.
- Lectura automática y continua.
- Integración con PLC, dataloggers y sistemas de adquisición.
- Posibilidad de trabajar sobre superficie natural o sobre una referencia reflectante, según distancia y modelo.
- Medición de puntos a los que sería complicado conectar físicamente un transductor de desplazamiento.
Sensor Dimetix DPE-10-500 para aplicaciones de largo alcance
Uno de los modelos que puede utilizarse en aplicaciones de monitorización a larga distancia es el Dimetix DPE-10-500. Este sensor combina precisión milimétrica, elevada velocidad de medida y un rango de hasta 500 metros cuando se utiliza una lámina reflectante.
| Característica | Dimetix DPE-10-500 |
|---|---|
| Precisión típica 2σ | ±1 mm |
| Repetibilidad típica 2σ | ±0,3 mm |
| Rango sobre superficies naturales | 0,05 a aproximadamente 100 m |
| Rango sobre lámina reflectante | aproximadamente 0,5 a 500 m |
| Velocidad máxima de medición | 250 Hz |
| Velocidad máxima de salida | 1 kHz |
| Interfaces digitales | RS-232, RS-422, RS-485, SSI y USB |
| Salida analógica | 0/4–20 mA |
| Temperatura de funcionamiento | -40 a +60 °C |
| Protección | IP65 |
En sistemas industriales también es posible integrar la información del sensor con redes de comunicación y sistemas de control mediante los módulos o interfaces correspondientes. En proyectos de monitorización estructural se ha utilizado, por ejemplo, la integración con PROFINET para transmitir la medida a sistemas superiores de control y adquisición.
La elección del modelo no debe realizarse únicamente en función del alcance máximo. También deben valorarse la superficie que se va a medir, la precisión necesaria, las condiciones ambientales, la velocidad de lectura, la geometría de instalación y la interfaz de comunicación disponible.
¿Cuándo utilizar un sensor láser y cuándo otra tecnología?
El sensor láser es especialmente adecuado cuando existe línea directa de visión, se necesita evitar contacto mecánico y el punto de referencia se encuentra a una distancia considerable. Sin embargo, no sustituye necesariamente a otros instrumentos utilizados en auscultación.
| Necesidad de medida | Tecnología que puede resultar adecuada |
|---|---|
| Desplazamiento a distancia y sin contacto | Sensor láser de distancia |
| Pequeños desplazamientos entre dos puntos próximos | LVDT, extensómetro o transductor de desplazamiento |
| Inclinación o rotación de una estructura | Inclinómetro o clinómetro |
| Movimientos internos del terreno | Inclinómetro geotécnico |
| Presión intersticial o nivel de agua | Piezómetro |
| Control geodésico de múltiples puntos | Estación total o sistema GNSS, según aplicación |
Por este motivo, en un proyecto de auscultación y monitorización estructural es habitual combinar diferentes tecnologías dentro de un mismo sistema de medida.
Integración con sistemas de adquisición y monitorización
Los sensores láser Dimetix disponen de interfaces industriales que permiten incorporar la medida de distancia a PLC, dataloggers, equipos de adquisición o software de supervisión.
De esta manera pueden almacenarse históricos, representar tendencias, comparar las mediciones con valores de referencia y generar alarmas cuando un desplazamiento supera los límites establecidos para el proyecto.
En sistemas de auscultación permanente, el sensor láser puede formar parte de una red de instrumentación junto con inclinómetros, extensómetros, LVDT, sensores ambientales, piezómetros y otros equipos de medida.
Selección del sensor para un proyecto de auscultación
Para definir correctamente una solución de medida conviene conocer como mínimo la distancia de trabajo, desplazamiento esperado, precisión requerida, superficie objetivo, condiciones ambientales, frecuencia de lectura y sistema de adquisición de datos.
GUEMISA puede ayudar a seleccionar el sensor Dimetix y la tecnología de medición más adecuada en función de las condiciones reales de cada instalación.
Si está desarrollando un proyecto de auscultación de puentes, monitorización de túneles, control de convergencias, seguimiento de estructuras o instrumentación de taludes, puede facilitarnos los datos de la aplicación para estudiar la solución de medida más adecuada.