Con puentes estructuralmente inseguros, presas inseguras y carreteras abandonadas, problemas cada vez más comunes, el envejecimiento de las infraestructuras, mal controladas e inseguras, ha pasado a primer plano de muchas agendas políticas. El reciente y trágico derrumbamiento del puente de Génova (Italia) pone de manifiesto la necesidad de mejorar los sistemas de vigilancia de los bienes críticos, sobre todo los más antiguos, en todo el mundo, con el fin de reducir los graves riesgos para la vida humana. El derrumbe de la autopista Morandi se produjo al fallar uno de los componentes estructurales del puente, formado por tirantes y caballetes de hormigón pretensado. La atención se centra ahora en el historial de mantenimiento del puente, y hay quien sugiere que las preocupaciones sobre su integridad y seguridad se remontan a décadas atrás, y hay quien afirma que debería haber sido demolido y reconstruido hace mucho tiempo. Muchos especulan también sobre la forma en que el derrumbe se inscribe no sólo en el contexto más amplio del envejecimiento de las infraestructuras italianas (unos 300 puentes y túneles de todo el país están en peligro, según el diario La Repubblica, y éste es el quinto puente que se derrumba en Italia en los últimos cinco años), sino también en el del resto del mundo.
Problemas más lejanos
El problema del envejecimiento de las infraestructuras -y los riesgos que plantea- es acuciante también en Norteamérica desde hace tiempo. Estados Unidos tiene 614 387 puentes, de los cuales casi cuatro de cada diez tienen 50 años o más. 56.007 -el 9,1%- de los puentes del país eran estructuralmente deficientes en 2016, y cada día se producían de media 188 millones de viajes a través de un puente estructuralmente deficiente. Si bien el número de puentes que se consideran estructuralmente deficientes está disminuyendo, la edad media de los puentes de Estados Unidos sigue aumentando y muchos de sus puentes se acercan al final de su vida útil de diseño. La estimación más reciente cifra en 123.000 millones de dólares las necesidades de rehabilitación de puentes pendientes en el país.
Reparar puentes después de que se hayan roto, o dejar el mantenimiento demasiado tiempo, cuesta a las empresas y a los gobiernos mucho más que si los problemas menores se abordaran con más regularidad y los incidentes se señalaran antes de que pudieran costar más dinero y, lo que es más importante, vidas.
Por tanto, es urgente realizar un mantenimiento periódico y predictivo de las infraestructuras envejecidas para evitar que se produzca otro colapso mortal.
Y esto son solo puentes. Piensa en otra infraestructura crítica, desde carreteras y vías fluviales hasta puertos, dársenas, minas, presas y más allá, y te das cuenta de que el nivel de riesgo en un país como América del Norte, donde la infraestructura envejecida es frecuente, es muy alto. No sorprende que muchos operadores del sector privado y funcionarios públicos por igual estén pidiendo que se implementen estrategias lo antes posible.
¿Cómo funciona hoy el ciclo de mantenimiento de infraestructuras de puentes?
El mantenimiento de la infraestructura actual de puentes presenta muchos retos. El personal de ingeniería y mantenimiento de transportes debe prestar un servicio ininterrumpido a millones de personas cada año, al tiempo que mantiene millones de metros cúbicos de hormigón distribuidos por sus instalaciones, incluidos los puentes. Hasta hace poco, sólo existía un número limitado de técnicas precisas y económicas para probar estas estructuras y todas ellas necesitaban la presencia física de expertos in situ. Estas técnicas manuales se utilizaban -y se siguen utilizando- para garantizar la integridad y seguridad de las infraestructuras al tiempo que se aseguraba que cumplían las especificaciones de diseño originales. La mayoría de las veces, estas técnicas son ineficaces, peligrosas, arriesgadas y caras, lo que pone en peligro vidas humanas y cuesta a la empresa explotadora importantes cantidades de dinero debido a la mayor frecuencia de accidentes e incidentes.
¿Qué se puede hacer para mantener mejor unas infraestructuras envejecidas?
Implantar un sistema de vigilancia inalámbrico basado en la tecnología IoT
Giovanni Castellucci, Consejero Delegado de la principal empresa de autopistas de Italia, Atlantia, responsable del puente Morandi, declaró que la empresa no había recibido ningún informe o alerta específicos sobre la solidez del puente, lo que sugiere que el sistema implantado para señalar errores repentinos no cumplía suficientemente su función. Los métodos tradicionales de supervisión de infraestructuras críticas, como los visuales, de cables, de fibra óptica y topográficos, son caros, inflexibles y rara vez permiten la supervisión inalámbrica. Los que sí permiten la monitorización a distancia no suelen tener un gran alcance, lo que dificulta el análisis de los datos a distancia. Como subraya J. M. W. Brownjohn, experto académico en Vigilancia de la Salud Estructural de infraestructuras civiles, «la eficacia de los programas de mantenimiento e inspección [de infraestructuras civiles] sólo es tan buena como su capacidad para revelar a tiempo un funcionamiento problemático», lo que explica la evolución hacia sistemas de vigilancia a distancia en tiempo real.
Los sistemas inalámbricos de vigilancia IoT, de reciente aparición, presentan numerosas ventajas y , en teoría, deberían evitar catástrofes como el derrumbe de Génova. Pueden instalarse en lugares remotos sin infraestructura fija y tienen el alcance necesario para permitir la supervisión remota en tiempo real porque funcionan en redes LPWAN como LoRa.
LPWAN son las siglas en inglés de red de área extensa de baja potencia; se trata de un tipo de red de área extensa de telecomunicaciones inalámbricas diseñada para comunicaciones de largo alcance a baja velocidad de bits entre dispositivos o «cosas» (de ahí lo de «internet de las cosas»), como sensores alimentados por baterías.
Esta supervisión en tiempo real permite a las autoridades y a los operadores de autopistas y puentes del sector privado acumular un conjunto de datos a lo largo del tiempo, que les proporciona información precisa y en tiempo real sobre la seguridad del puente y las necesidades de mantenimiento. Esto significa que los operadores de autopistas pueden llevar a cabo tareas de mantenimiento o evacuar y bloquear la zona antes de que se produzcan incidentes. Esto optimiza el ciclo de mantenimiento a largo plazo y mejora la planificación estratégica. Con la ayuda de sistemas inalámbricos basados en la tecnología IoT, los operadores de autopistas pueden, por tanto, reaccionar muy rápidamente ante cualquier anomalía, ayudando a prevenir problemas repentinos, como un derrumbe, y ahorrando dinero a largo plazo en los daños más graves y el tiempo de inactividad prolongado causado por los incidentes.
¿Cómo funciona exactamente la monitorización estructural inalámbrica?
El término «monitorización de la salud estructural» (SHM) es una norma reciente que ha surgido a partir de un conjunto de otros términos, como monitorización estructural, o simplemente monitorización. La GSS de las infraestructuras civiles es un requisito legal en la mayoría de los países desarrollados; en el Reino Unido, por ejemplo, las presas deben controlarse continuamente mediante la recopilación de datos operativos por parte de un ingeniero supervisor. La GSS para puentes comenzó a utilizarse en torno a los años 50, cuando la Universidad de Washington empezó a medir el rendimiento del puente Tacoma Narrows. Hoy en día, la mayoría de los grandes puentes cuentan con algún tipo de programa de SHM. Un reto importante a la hora de desarrollar programas o estrategias de GSS es que cada infraestructura es única, lo que significa que no existe una medida oficial del rendimiento estructural «normal» o del «buen estado estructural». Los operadores y jefes de equipo de infraestructuras consideran que la recopilación continua de datos es esencial para la GSS de los activos clave.
Un proyecto de puente con vigilancia inalámbrica avanzada
El monitoreo inalámbrico de infraestructura basado en redes IoT, sensores y software es la nueva frontera del SHM, ya que no solo ofrece los datos necesarios en tiempo real, sino también la agregación y transmisión de datos remota, de largo alcance y de bajo consumo. Por ejemplo, la renovación del puente de Cisomang en Indonesia se llevó a cabo porque comenzaron a aparecer grietas y los pilares se estaban deformando gradualmente. Se demostró que el puente era inestable y se prohibió el paso de camiones. Finalmente, los operadores del puente decidieron que se necesitaba un sistema de monitoreo inalámbrico a largo 1 plazo: posteriormente, los nodos de datos inalámbricos de Worldsensing se conectaron a los extensómetros del hormigón.
La inversión en vigilancia inalámbrica ha sido acertada, pero quizá demasiado tardía.
Si el equipo encargado de la explotación del puente lo hubiera vigilado desde el principio, los problemas estructurales se habrían detectado antes y se habrían arreglado, sin necesidad de poner en peligro la vida de las personas e interrumpir el paso del tráfico. Esta decisión tardía tuvo un coste enorme: los problemas estructurales que se produjeron repercutieron muy negativamente en la logística general del país y, por tanto, en la economía, ya que el puente proporcionaba una ruta vital de Yakarta a Bandung, una de las ciudades más importantes del país.
Demoler en lugar de mantener
El puente de Génova se construyó con hormigón armado pretensado, en contraposición al diseño estándar de acero de los puentes modernos; el profesor Brencich, catedrático de Ingeniería de la Universidad de Génova, advirtió del derrumbe del puente años antes de que se produjera. En una entrevista con Primocanale en 2016, dijo: «se habla del puente Morandi como una obra maestra de la ingeniería, en realidad, es una quiebra […] Llegará un momento en que los costes de mantenimiento superarán a los de reconstrucción, y entonces habrá que proceder a la sustitución.» Brencich atribuyó el rápido deterioro del hormigón a las grandes reparaciones y sustituciones necesarias a partir de los años 90; y como las vigas de unión entre las partes del puente estaban encapsuladas en hormigón, nunca fue posible realizar un análisis preciso de su estado. En su opinión, el coste de mantenimiento del puente había superado el coste de demolición y reconstrucción. Giovanni Calvini, líder de la federación de empresarios de Génova, se hizo eco de esta opinión en 2012, cuando afirmó que el puente corría el riesgo de derrumbarse en un plazo de 10 años y que era necesario sustituirlo.
