Being able to monitor the integrity of tunnel segments through IoT technology can boost major safety and efficiency gains in civil engineering. The idea is simple: instead of installing monitoring equipment once a tunnel has been dug, why not pre-install the sensors and data loggers in the tunnel lining itself from as early as the lining production phase? These topics have been discussed in a webinar on smart tunnelling, hosted by Worldsensing with experts Sam Buckley, Bastien Hardouin and Juan Pérez Arcas.

Here are the top queries and their answers. For more information, listen now to the whole smart tunnel session.

¿Se ve comprometida la integridad estructural del túnel inteligente al empotrar estos dispositivos?

Juan Pérez Arcas: The dimensions of the box are quite small if you compare it with a smart tunnel segment. The dimensions are 200 by 120 by 57 mm, so the structural effects are limited to the area close to the box. In the Grand Paris project, it was the designer who validated if the possible structural effects on the tunnel lining were acceptable. They were.

Además, hicimos una evaluación preliminar con la Universidad de Cataluña, considerando una profundidad de segmento de 350 mm. Los efectos fueron insignificantes, considerando los casos de carga que se evaluaron. Sin embargo, recomendamos que para cada proyecto en particular se consideren estos puntos y se evalúen específicamente. Debe evaluarse caso por caso. El tamaño no es muy diferente de una caja de conexiones típica que se utiliza en los métodos tradicionales utilizados para instrumentar este tipo de segmentos.

¿Cuántos gateways necesito para cubrir todo un proyecto?

Juan Pérez Arcas: Depende del proyecto de túnel inteligente y de las necesidades de monitorización. Nosotros recomendamos tener un gateway en la planta de fabricación de prefabricados porque es muy útil durante la instalación de los sensores y el registrador de datos, para asegurarse de que todo funciona bien. El gateway puede instalarse temporalmente allí durante la instalación de los sensores en los segmentos. En las zonas de almacenamiento a veces puede ser interesante tener un gateway, para tener una buena trazabilidad del segmento instrumentado.

Lo más importante es que gateway se instale en la tuneladora, cerca de la cabina, o donde sea posible. Más adelante, y en función de las gamas, si se quiere seguir monitorizando se puede instalar un gateway adicional en el túnel. El más importante es el gateway en la tuneladora y, dependiendo del proyecto, quizá tenga sentido instalar gateways adicionales.

¿Se puede realizar el mantenimiento de los dispositivos si están empotrados en hormigón?

Bastien Hardouin: Sí. Los dispositivos están empotrados en la superficie de los bloques de hormigón. Si se cincela la capa de hormigón, se puede acceder a la tapa de la caja y al registrador de datos. Si hay que cambiar la batería, por ejemplo, basta con retirar el gel. Nuestro gel es muy común en aplicaciones eléctricas y puede retirarse fácilmente a mano o con un cúter.

Por ejemplo, para recopilar datos, cambiar la configuración [o] la frecuencia de muestreo, aunque sea posible cambiar la frecuencia de muestreo por otros medios.

Tenemos un proyecto que empezará dentro de unos meses. ¿Con qué rapidez puede implantarse?

Sam Buckley: Tenemos un pequeño nivel de existencias para pequeños proyectos de túneles inteligentes, tal vez para empezar. Si tiene una necesidad importante -cientos, si no miles-, le sugerimos un plazo de dos meses para tenerlos listos. Cuanto antes lo sepamos, mejor, así que póngase en contacto con nosotros en las primeras fases y hablemos.

¿Con qué facilidad podemos cambiar las frecuencias de muestreo? ¿Y podemos hacerlo sin tener que enchufar el teléfono?

Juan Pérez Arcas: La radio que utilizamos es una radio bidireccional, por lo que es posible cambiar la frecuencia de muestreo de los nodos. A día de hoy, la frecuencia de adquisición más alta que es factible para los datalogger de cuerda vibrante es cada 30 segundos, para todos los canales del datalogger. Para cambiar la frecuencia de muestreo, puede ir al software CMT, seleccionar el nodo y cambiar la frecuencia de muestreo. La frecuencia de muestreo se actualizará en la siguiente transmisión de datos desde el registrador de datos a gateway.

Esto tiene sentido para ajustar la frecuencia de muestreo en función de las necesidades de cada uno de los tramos del túnel.

¿Qué grosor puede tener una capa de hormigón sobre el nodo para que éste no pueda comunicarse con gateway?

Bastien Hardouin: Recomendamos instalar la cuerda vibrante presionada contra el molde utilizado para fabricar los segmentos de hormigón. La capa de hormigón sobre la cuerda vibrante debe ser lo más fina posible. Se presiona la cuerda vibrante contra el molde y se vierte el hormigón encima.

¿Cómo se calibra el sensor tras la instalación y el montaje de los segmentos?

Juan Pérez Arcas: Probablemente esta pregunta va más dirigida a los fabricantes de sensores de cuerda vibrante. Estas galgas extensométricas de cuerda vibrante están diseñadas para empotrarse en hormigón. Se han instalado durante mucho tiempo en presas y otras estructuras de hormigón, por lo que se trata de una tecnología probada con una buena estabilidad durante largos periodos de tiempo.

No es necesario recalibrar el sensor y, de hecho, no hay posibilidad de recuperar el sensor una vez empotrado en el hormigón. Lo mismo ocurrirá cuando instale el sensor en un revestimiento de hormigón o en una presa. Usted dispone de la calibración original, pero el sensor no está recalibrado.

¿Cuántos sensores se pueden conectar al mismo tiempo?

Bastien Hardouin: Es posible conectar cinco sensores al mismo tiempo. Sólo tienes que quitar la batería, conectar el sensor -es fácil- y volver a ponerlo con la batería puesta. El bloque de terminales está conectado a la placa de circuito impreso, y es fácil desenchufarlo, conectar el sensor y volver a colocarlo.

¿Es necesario volver a configurar el registrador con cada gateway?

Juan Pérez Arcas: At Worldsensing, we have two architectures. We have the CMT Edge architecture, where our software is hosted in the gateway. And we have a CMT Cloud architecture where it’s in the cloud. The Connectivity Management Tool manages the radio network, collects the data and makes all this data accessible for further analysis.

CMT Cloud es nuestra arquitectura multigateway. La conexión del logger a uno de los gateways no importa, porque todos los gateways estarán transmitiendo los datos a la nube. Esta arquitectura es la mejor para este tipo de proyectos, pero si por alguna razón no es posible conectarse a través de Internet y necesitas utilizar nuestra arquitectura edge también es posible. Puede configurar el mismo ID de red y contraseña de red de radio en varios gateways.

Vamos a incluir una nueva funcionalidad en la próxima versión 2.7 que también será útil para este tipo de proyectos. Así que la respuesta es que es mejor hacerlo con la arquitectura CMT Cloud pero con CMT Edge también es posible conectarse sin acceder a través del logger. El logger se configura en la planta de fabricación.

¿Es posible extender los cables fuera de la caja del aparato para medirlos directamente sin utilizar un elevador?

Bastien Hardouin: Sería posible, pero no será fácil. Para extender los cables, primero hay que acceder a ellos. Así que habrá que cincelar la capa de hormigón, abrir la caja, retirar el gel, desconectar los sensores y hacer otra conexión para extender los cables. Así que es posible, pero complicado.

Juan Pérez Arcas: Sería mejor utilizar los data loggers inalámbricos para la monitorización de estos sensores.