Optimizando estructuras con HBM

Recientemente, las edificaciones de estructuras de ingeniería civil han aumentado, asimismo se han vuelto más demandantes en cuestión de resistencia. Por ejemplo, puentes grandes, túneles largos, tuberías seguras para transportar diferentes materiales y turbinas eólicas con mayor capacidad y eficiencia.

Estas estructuras deben soportar el aumento exponencial de las cargas, impactos o cargas ambientales aplicadas. Por ello, es indispensable realizar una evaluación del comportamiento estructural. Así, las fallas se puedan detectar en las etapas iniciales y la seguridad esté garantizada.

Muchas industrias realizan inspecciones visuales que no brindan suficiente información para extender la vida útil de las estructuras. Por otro lado, monitorear la salud estructural detecta a tiempo cualquier anomalía optimizando el mantenimiento y reduciendo los costos operativos.

Detectando puntos críticos en las estructuras

Las estructuras civiles están sujetas a varios factores e impactos internos y externos, que pueden causar desgaste o mal funcionamiento. Por ejemplo, la fatiga, el mantenimiento inadecuado, la construcción incorrecta o la falta del control de calidad.

Además, estas estructuras soportan un aumento exponencial de cargas que cambian constantemente. Esto lleva a niveles más altos de estrés inducido, es decir, mayores riesgos de falla de la estructura.

Los avances en materiales y tecnologías y los requerimientos de uso validan métodos de construcción sofisticados y nuevos diseños.

Todos estos factores han conducido a un aumento en los costos de operación y mantenimiento (O&M) y acciones de reparación que ponen en riesgo el retorno de la inversión.

Es por esto, que existe una necesidad de reaccionar predictivamente y adoptar mejores prácticas de mantenimiento estructural. Esto mediante el desarrollo de soluciones rentables para la detección temprana de puntos críticos y eventualmente, de daños.

Usando la mejor estrategia de mantenimiento estructural

Muchas organizaciones han llegado a la conclusión que, actuando predictivamente mejora la seguridad y evita fallas peligrosas. Tal es el caso del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica. También representa grandes ahorros para el dueño y el operador de la estructura.

El Deloitte University Press también ha informado casos de compañías que entienden la raíz del mal funcionamiento con anticipación. En consecuencia, les ha permitido tener una respuesta más proactiva y, por lo tanto, un gran ahorro en costos.

El mantenimiento predictivo ahorrará a las empresas y manufacturas miles de millones en el 2025, según el Instituto Global McKinsey.

Sin embargo, la realidad es completamente diferente. Las inspecciones son poco frecuentes y a menudo superficiales. Por lo tanto, las inspecciones visuales siguen siendo la práctica más utilizada en el monitoreo de la salud estructural.

Muchos argumentan que el mantenimiento es muy caro y que no es un requerimiento realmente indispensable. Sin embargo, estos se disipan cuando se daña una infraestructura crítica o una estructura grande.

La respuesta está al observar continuamente el comportamiento de la estructura (y sus componentes) durante un periodo de tiempo largo. Además, de una detección automática de los puntos críticos.

De hecho, las soluciones de monitoreo estructural pueden evaluar la integridad de una estructura. Asimismo, proporcionar información sobre el colectivo de carga resultante (cargas de tráfico, fuerzas del viento, cambios de temperatura, etc.).  De modo que evita costosos periodos de inactividad y accidentes en el futuro.

Beneficios de un monitoreo estructural continuo

Los beneficios de monitorear continuamente y evaluar la salud de la estructura en un periodo corto o largo (SHM) son:

  • La detección temprana de anomalías permite una implementación más eficiente de acciones de mantenimiento y reparación. Estas tienen un impacto directo en la reducción de los costos operativos.
  • Estimar la vida útil restante de la estructura asegura una reparación a tiempo. O también prolongar la expectativa de vida a través del monitoreo de la fatiga.
  • La automatización del mantenimiento se traduce en una reducción de la inactividad, requiriendo menores costos e inversión de capital.

Una mayor percepción del comportamiento real de la estructura contribuirá a garantizar su seguridad general.

El estado de una estructura puede monitorearse a través de sistemas de detección confiables . Tales como medidores, sensores y transductores interconectados por redes hacia sistemas de adquisición de datos equipados con un software intuitivo. Estos sistemas son capaces de brindar las siguientes características:

  • El monitoreo continuo de datos en tiempo real.
  • Un diagnóstico exacto de los parámetros estructurales analizando factores como vibración, tensión, desplazamiento y temperatura.
  • La detección automática de anomalías y mal funcionamiento con resultados de medición exactos.
  • Reporte de datos y generación de alarmas.

Eventualmente, se pueden considerar las recomendaciones respecto al mantenimiento del estado de la estructura.

Al final, es importante implementar un sistema de identificación de daños, con soluciones de monitoreo avanzado.  Convirtiéndose en una estrategia clave a lo largo de todo el ciclo de vida de la estructura. Partiendo desde su diseño, construcción y operación hacia su rehabilitación o sus últimos días de vida.

Eligiendo la mejor solución para el monitoreo de salud estructural

Se espera que los sistemas de monitoreo operen por tiempos prolongados y mantengan la confiabilidad, incluso en condiciones extremas. Varios factores críticos pueden surgir como verdaderos desafíos. Como pueden ser el tamaño de la estructura, la ubicación, el entorno y la complejidad de la red:

  • En la mayoría de las aplicaciones de monitoreo estructural, se requiere una referencia inicial para poder identificar el daño. Si el sistema no es estable, las mediciones no se pueden relacionar entre sí y se pierde la referencia.
  • Estar ubicados en lugares lejanos y expuestos a entornos extremos pueden dificultar la estabilidad del sistema y comprometer sus mediciones. Como rayos, humedad, sal, polvo, vibración y radioactividad.
  • En ocasiones, el sistema de monitoreo debe instalarse y conectarse a lo largo de grandes distancias. Es todo un reto combinar un índice de muestreo alto y canales de datos completamente sincronizados, con sensores separados por kilómetros distribuidos alrededor de la estructura.
  • Cuando intervienen una gran cantidad de sensores, el cableado y la instalación eléctrica se convierten en un proceso complejo.

Las tecnologías ópticas – llamadas Fiber Bragg Grating (FBG), se presentan como opciones viables y prometedoras para enfrentar esos desafíos, gracias a las características intrínsecas de los sensores de fibra óptica.

HBM ha implementado diferentes combinaciones de soluciones de hardware y software de medición (basadas en señales eléctricas, piezoeléctricas u ópticas), con el objetivo de atender todos los inconvenientes probables en torno al monitoreo. La estrategia es seleccionar el que mejor se adecue para cada caso.

Si están basados en eléctrica u óptica, HBM cuenta con soluciones a la medida para el mercado de monitoreo. Esto mediante la combinación de sensores para sistemas de adquisición de datos con servicios de datos interconectados. Además, las combinaciones híbridas sincronizadas de instrumentos eléctricos y ópticos pueden configurarse específicamente para cumplir con las guías de aplicación.

HBM se enfoca en ofrecer una gran variedad de productos de monitoreo a largo plazo confiables y rentables. Lo respaldan los años de experiencia en las principales tecnologías de sensores, mediciones de fuerza y análisis de estrés experimental.

Equipos para el monitoreo de salud estructural

HBM desarrolla y produce sistemas de monitoreo que evalúan el estado e integridad de las estructuras a través del tiempo.

Sus soluciones abarcan desde proporcionar componentes hasta sistemas a medida. Siempre utilizando una alta tecnología de medición y los productos que mejor se ajustan a los requisitos de la aplicación.

Normalmente se recomienda un conjunto modular, especialmente cuando se trata de grandes proyectos de monitoreo. Las soluciones modulares permiten la combinación de cualquier medidor de tensión, sensores y transductores con un gabinete interior o exterior.

El gabinete contiene el amplificador correcto y los dispositivos de registro, como los interrogadores ópticos QuantumX, PMX, Somat o BraggMETER.

Ejemplos de aplicaciones

  • Pruebas de cargas dinámicas y estáticas para fatiga y predicción de vida útil
  • Pruebas de material (por ejemplo, concreto o mantenimiento de comportamiento compuesto) para las técnicas de refuerzo
  • Análisis experimental de métodos de construcción
  • Calibración del modelo

También se requiere una solución de software complementario, para lo que HBM cuenta con diferentes paquetes como:

  • Catman AP para adquisición de datos
  • La serie nCode para análisis e informes
  • Entre otras opciones de software para el estado del sitio, información general y alarmas o informes.

Adicionalmente, el nuevo paquete de monitoreo de salud estructural de HBM está basado en la nube. Con él, se asegura el acceso a los datos que son relevantes para el estado estructural de las infraestructuras. Incluso en cualquier momento. Los clientes se benefician de un paquete completo preinstalado, que incluye el suministro de datos vía internet.

Con la solución Cloud, los usuarios no tienen que estructurar su propio servidor para el almacenamiento y análisis de datos. HBM usa Microsoft Azure para asegurar que se cumplan los estándares más estrictos sobre la seguridad de los datos. Incluso, aquellos que están bajo la ley europea.

Dependiendo del país, HBM también tiene un equipo de ingenieros de proyectos calificados y certificados. Su labor es brindar instalación profesional en sitio y soporte durante la instrumentación, en cualquier entorno.

Durante los años, la empresa ha formado sistemas de monitoreo en una gran variedad de estructuras. Algunos ejemplos son túneles, puentes, trenes, parques eólicos y plantas de energía nuclear, muchos siguen monitoreándolos en todo el mundo. HBM ha estado también presente en un número creciente de referencias de aplicaciones, que involucra a los principales actores.


Referencia: Roads&Bridges, Whitepapers. “Optimizing structures with continuous monitoring systems” [documento en línea: https://www.roadsbridges.com/optimizing-structures-continuous-monitoring-systems  acceso: noviembre de 2018].

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