Vigilancia de túneles con tecnología LoRa star: sus dudas resueltas
La construcción de túneles es un asunto arriesgado y complejo en el que merece la pena proceder con cautela, supervisando el progreso en cada paso del camino. Y en los entornos de túneles, las redes inalámbricas en estrella LoRa pueden desempeñar un papel importante a la hora de proporcionar datos puntuales de forma sencilla y rentable. Para mostrar cómo, Worldsensing organizó unseminario web gratuito que incluyó presentaciones de la geóloga de ingeniería María Navarro y Alexandre Cosentino, director de proyectos de GKM Consultants. Este blog responde a algunas de las preguntas que surgieron durante el evento.
Preguntas
¿Cuál es la mayor frecuencia de muestreo permitida por el sistema?
¿Es necesario que el nodo láser apunte a los objetivos para obtener información, o puede apuntar directamente a la superficie?
¿Cómo puedo saber cuándo un nodo láser necesita mantenimiento?
¿Por qué ha elegido un termistor en lugar de un termopar o un detector de temperatura por resistencia (RTD) para medir la temperatura del hormigón?
¿Cuánto cuesta una red LoRa típica?
¿Tiene un ejemplo de seguimiento a largo plazo?
¿Es posible combinar los datos de la tuneladora con los registradores de datos?
¿Qué importancia tiene seguir monitorizando los dispositivos eléctricos después de la construcción de un túnel con el Nuevo Método Austriaco de Construcción de Túneles (NATM) y la tuneladora? ¿Debemos continuar con la monitorización durante un corto periodo de tiempo? ¿Es necesaria la monitorización si el túnel no tiene problemas durante la construcción?
¿Tiene alguna sugerencia para medir la convergencia del túnel con un método similar al de la cinta medidora de convergencia, pero recogiendo los datos a distancia para no interrumpir la excavación del túnel?
¿Cuál es la mejor práctica para aplicar la vigilancia a largo plazo o continua en un túnel frágil o antiguo?
¿Dónde debemos colocar los sensores en un túnel?
¿Es capaz la tecnología de detectar los servicios existentes en las proximidades del túnel?
¿Recomienda instalar los dispositivos dentro de una caja para protegerlos en un entorno de túnel?
¿Está pensando en los cables de fibra óptica?
¿Cómo se transfieren los datos a los registradores de datos de superficie?
¿El sistema LoRa de Worldsensing gestiona automáticamente la limitación del 1% del ciclo de trabajo en la banda de 868 Mhz?
¿Existe alguna limitación para utilizar Worldsensing en pozos de gran profundidad?
¿Cuál es el alcance de la tecnología?
¿Cuál es la mejor manera de resolver los problemas de asentamiento en un túnel NATM de roca de 200 metros?
¿Cuál es la mayor frecuencia de muestreo permitida por el sistema?
María Navarro: Worldsensinges adecuado para mediciones estáticas y la frecuencia de muestreo más alta que se puede configurar es una vez cada 30 segundos. Tenga en cuenta que si necesita muestrear cada 30 segundos el tamaño máximo de la red variará en función del tipo de arquitectura de Worldsensing. Puede encontrar más información en nuestra base de conocimientos.
¿Es necesario que el nodo láser apunte a los objetivos para obtener información, o puede apuntar directamente a la superficie?
María Navarro: Es posible que necesite láminas de objetivo en algunas condiciones de instalación. Los objetivos pueden ayudar al nodo láser a medir con la máxima precisión especificada incluso en condiciones favorables. El uso de objetivos para las mediciones de distancia por láser ayuda a mejorar las condiciones de medición y a alcanzar una precisión especificada en distancias largas o cuando la iluminación no es ideal.
Recomendamos las superficies opacas en lugar de los objetivos reflectantes y los prismas utilizados en la topografía. Obtendrá parámetros de señal con cada lectura del nodo láser que pueden ayudarle a evaluar la necesidad de láminas de objetivo.
¿Cómo puedo saber cuándo un nodo láser necesita mantenimiento?
María Navarro: El nodo de distancia láser mide parámetros de señal además de la distancia y la temperatura. Los parámetros de ganancia e intensidad de la señal pueden ayudarle a programar las tareas de limpieza. No es necesario limpiar la superficie mientras el nodo láser siga transmitiendo mediciones. Puede encontrar más información en nuestra base de conocimientos.
¿Por qué ha elegido un termistor en lugar de un termopar o un detector de temperatura por resistencia (RTD) para medir la temperatura del hormigón?
Alexandre Cosentino:Los nodos Worldsensingno son compatibles con los termopares. Los RTD suelen ser más precisos que los termistores, pero también son mucho más caros. Los requisitos de precisión y la naturaleza a corto plazo de las mediciones no justificaban el coste añadido de utilizar RTD.
¿Cuánto cuesta una red Red LoRa cuesta?
María Navarro: La inversión necesaria para la instalación de una red Worldsensing depende de muchos factores. Antes de desplegarla, se necesita información como la siguiente:
- El tipo y número de sensores que hay que automatizar y su ubicación.
- El tamaño del área donde se colocarán los sensores.
- La tasa de muestreo requerida durante cada fase del proyecto.
- Requisitos del proyecto que influyen en la arquitectura de gestión de la conectividad de Worldsensing que se va a utilizar (basada en el borde o en la nube).
- Requisitos de alimentación y conectividad.
¿Tiene un ejemplo de seguimiento a largo plazo?
Alexandre Cosentino: En GKM, la mayor parte de nuestra instrumentación geotécnica está relacionada con proyectos de seguimiento a largo plazo. Puede encontrar resúmenes de proyectos en nuestro sitio web.
¿Es posible combinar los datos de la tuneladora con los registradores de datos?
Alexandre Cosentino: Nunca hemos tenido la oportunidad de integrar los datos en el software de una tuneladora, pero no vemos ninguna razón por la que no sería posible. La pasarela Worldsensing permite transferir datos a través de Modbus, File Transfer Protocol, etc., por lo que debería ser compatible para su integración con un sistema de gestión de datos de tuneladoras.
¿Qué importancia tiene seguir monitorizando los dispositivos eléctricos después de la construcción de un túnel con el Nuevo Método Austriaco de Construcción de Túneles (NATM) y la tuneladora? ¿Debemos continuar con la monitorización durante un corto periodo de tiempo? ¿Es necesaria la monitorización si el túnel no tiene problemas durante la construcción?
Alexandre Cosentino: Ciertamente, podemos reducir la frecuencia de muestreo del sensor geotécnico una vez que la construcción esté terminada. Pero mantener la monitorización activa proporciona información importante. La información geotécnica puede utilizarse para otros fines una vez que el túnel esté en funcionamiento, como la predicción de fallos, la planificación del mantenimiento y la supervisión de la seguridad de los trabajadores o del público.
¿Tiene alguna sugerencia para medir la convergencia del túnel con un método similar al de la cinta medidora de convergencia, pero recogiendo los datos a distancia para no interrumpir la excavación del túnel?
Alexandre Cosentino: El nodo de distancia láser de Worldsensing podría medir la distancia entre dos puntos a distancia, sin interrumpir la construcción ni el funcionamiento del túnel.
¿Cuál es la mejor práctica para aplicar la vigilancia a largo plazo o continua en un túnel frágil o antiguo?
María Navarro: Antes de instalar un sistema de vigilancia en un túnel antiguo, hay que realizar un estudio para determinar el estado de la estructura y comprobar las posibles patologías y su magnitud. El estudio debe arrojar información sobre los parámetros que hay que vigilar, como la extensión de las grietas y la infiltración de agua.
El sistema de monitorización debe ser capaz de proporcionar información sobre el estado actual de la estructura y su evolución, y también si es necesario emprender acciones estructurales como la reparación de elementos estructurales o el refuerzo y la monitorización de los mismos.
¿Dónde debemos colocar los sensores en un túnel?
María Navarro: Debe tener un plan de control que especifique el tipo y el número de sensores que se instalarán, la precisión y otras especificaciones de las lecturas, el umbral que se aplicará a cada tipo de control y un plan de contingencia. Este plan suele crearse durante la fase de diseño previa a la excavación. Debe tener en cuenta el método de excavación, el tipo de terreno y, en zonas urbanas, las estructuras circundantes y sus movimientos previstos.
Una vez realizada la excavación, en función de la evolución de las lecturas, puede decidir reforzar secciones e instalar más sensores para garantizar que las zonas críticas estén bien cubiertas.
¿Es capaz la tecnología de detectar los servicios existentes en las proximidades del túnel?
María Navarro: La detección se suele hacer en la fase de diseño, pero se puede hacer durante la construcción si hay incertidumbre sobre la profundidad de ciertos servicios, por ejemplo. La técnica más extendida es el radar de penetración en el suelo, un radar terrestre que se utiliza para detectar objetos bajo la superficie basándose en la transmisión de ondas electromagnéticas ultraanchas.
¿Recomienda instalar los dispositivos dentro de una caja para protegerlos en un entorno de túnel?
María Navarro: Worldsensinges una solución robusta, con clasificación IP67 e IP8, y su diseño es adecuado para entornos adversos, por lo que no es necesario proteger los equipos en carcasas especiales. Si un proyecto requiere que el equipo esté protegido, es importante no utilizar carcasas metálicas, ya que interfieren en la comunicación por radio, disminuyendo la señal.
¿Está pensando en los cables de fibra óptica?
María Navarro: Utilizar sensores de fibra óptica para monitorizar la construcción es una alternativa, pero se trata de una tecnología completamente diferente a los sistemas de radio LoRa que utiliza Worldsensing. Utilizar esta técnica monitorizada, distribuida y continua tiene sus ventajas, pero implica cubrir la estructura con largas distancias de cable.
Worldsensing es una solución de monitorización inalámbrica cuyo objetivo es instalar registradores cerca de los sensores sin necesidad de largos cables. Los nodos se comunican con la pasarela por radio y centralizan la información en un servidor de datos.
¿Cómo se transfieren los datos a los registradores de datos de superficie?
María Navarro: Hay muchos sensores que se suelen utilizar para la supervisión de la construcción de túneles en entornos urbanos. Pueden dividirse en sensores de superficie y sensores enterrados. En el caso de los sensores de superficie, como los fisurómetros, las células de carga, las galgas extensométricas y los inclinómetros, entre otros, los registradores de datos se instalan cerca de los sensores para evitar largas distancias de cableado.
En el caso de los sensores enterrados, como los piezómetros, los extensómetros y los inclinómetros in situ, una vez que el sensor se ha instalado en el interior del pozo, el cable se conecta a un registrador de datos en la superficie. Normalmente, estos sensores se instalan en arquetas que albergan el registrador y protegen el sistema. Todos los registradores que se instalan en la superficie se comunican con pasarelas también en la superficie.
Las pasarelas pueden conectarse a Internet, a través de una conexión móvil o un cable ethernet, o a una red de área local. El sistema es el mismo para los sensores dentro de un túnel. Los registradores se instalan cerca de los sensores y se comunican con las pasarelas en el túnel. Normalmente, debido a la falta de cobertura de la red móvil, la conexión es a través de ethernet.
¿El sistema LoRa de Worldsensing gestiona automáticamente la limitación del 1% del ciclo de trabajo en la banda de 868 Mhz?
María Navarro: Esto se hace automáticamente al configurar el nodo con la app móvil. La configuración estándar garantiza que Worldsensing cumple la normativa de radiocomunicaciones.
¿Existe alguna limitación para utilizar Worldsensing en pozos de gran profundidad?
María Navarro: Normalmente Worldsensing se utiliza mucho para la monitorización de superficies y la construcción de túneles. Puede encontrar algunas buenas prácticas de instalación en nuestra base de conocimientos, pero como regla general es importante situar siempre la pasarela por encima de los nodos. Como nuestros dispositivos de borde y pasarelas utilizan antenas omnidireccionales, siempre recomendamos instalarlos en posición vertical.
Sin embargo, para un pozo de gran profundidad, debido a su alineación vertical, recomendamos instalar la antena del nodo y de la pasarela perpendicularmente a la alineación del pozo, ya que esto podría mejorar la cobertura de radio.
¿Cuál es el alcance de la tecnología?
María Navarro: LoRa es una tecnología inalámbrica que utiliza bajas frecuencias de radio que operan en un espectro radioeléctrico sin licencia. Una de las ventajas de esta tecnología es que es de largo alcance y bajo consumo. LoRa se utiliza en varios mercados, como las ciudades inteligentes y la automatización industrial. Worldsensing se basa en la tecnología estrella LoRa y se centra en la automatización inalámbrica de sensores geotécnicos y estructurales.
Ofrecemos registradores de datos compatibles con la mayoría de los sensores del mercado y automatizamos las lecturas a larga distancia consumiendo poca energía. Estas lecturas se reciben en pasarelas y pueden visualizarse mediante un software basado en la web e integrarse en sistemas de terceros.
¿Cuál es la mejor manera de resolver los problemas de asentamiento en un túnel NATM de roca de 200 metros?
María Navarro: Cuando se monitoriza un túnel NATM en roca durante la construcción es importante tener una visión completa de los parámetros que intervienen en la excavación. Los métodos de topografía se utilizan en la supervisión de la superficie del suelo y de la estructura, pero algunas zonas pueden ser difíciles de cubrir, ya que estos sistemas requieren una línea de visión.
En esos casos, el uso de medidores de asentamiento o de inclinación fijados a las vigas podría ser una opción para obtener la inclinación y, por tanto, calcular el asentamiento. Asimismo, la instalación de extensómetros proporcionará información importante sobre los movimientos verticales en profundidad. La combinación de estas lecturas con la información proporcionada por los extensómetros incrementales y el control de la convergencia de la sección de la excavación le permitirá conocer los movimientos verticales inducidos por la excavación.
