La construcción de túneles es una tarea arriesgada y compleja en la que conviene actuar con cautela y supervisar el avance en cada etapa del proceso. Y en entornos de túneles, las redes inalámbricas LoRa Star pueden desempeñar un papel importante a la hora de proporcionar datos de forma oportuna, sencilla y rentable. Para mostrar cómo, Worldsensing organizó unseminario web gratuitoque incluyó presentaciones de la ingeniera geóloga María Navarro y de Alexandre Cosentino, director de proyectos de GKM Consultants. Este blog responde a algunas de las preguntas que surgieron durante el evento.

¿Cuál es la frecuencia de muestreo máxima que admite el sistema?

María Navarro: Worldsensinges adecuado para mediciones estáticas y la frecuencia de muestreo máxima que se puede configurar es de una vez cada 30 segundos. Ten en cuenta que, si necesitas realizar un muestreo cada 30 segundos, el tamaño máximo de la red variará en función del tipo de arquitectura de Worldsensing. Puedes encontrar más información en nuestra base de conocimientos.

¿Es necesario que el nodo láser apunte a los objetivos para recopilar información, o puede apuntar directamente a la superficie?

María Navarro: Es posible que , en determinadas condiciones de instalación, sea necesario utilizar láminas de referencia. Las láminas de referencia pueden ayudar al nodo láser a medir con la máxima precisión especificada, incluso en condiciones favorables. El uso de láminas de referencia para las mediciones de distancia por láser contribuye a mejorar las condiciones de medición y a alcanzar la precisión especificada en largas distancias o cuando la iluminación no es la ideal.

Recomendamos utilizar superficies opacas en lugar de los objetivos reflectantes y los prismas que se emplean en la topografía. Con cada lectura de los nodos láser se obtienen parámetros de señal que pueden ayudarte a evaluar si es necesario utilizar láminas reflectantes.

¿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 y potencia de señal pueden ayudarte a programar las tareas de limpieza. No es necesario limpiar la superficie mientras el nodo láser siga transmitiendo mediciones. Encontrarás más información en nuestra base de conocimientos.

¿Por qué elegiste 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 termopares. Los RTD suelen ser más precisos que los termistores, pero también son mucho más caros. Los requisitos de precisión y el carácter a corto plazo de las mediciones no justificaban el coste adicional que supone el uso de RTD.

¿Cuánto cuesta una red cuesta una red LoRa ?

María Navarro: La inversión necesaria para instalar una red Worldsensing depende de muchos factores. Antes de proceder a su despliegue, se requiere información como la siguiente:

• El tipo y el número de sensores que deben automatizarse, así como su ubicación.
• El tamaño de la zona en la que se colocarán los sensores.
• La frecuencia de muestreo necesaria en cada fase del proyecto.
• Requisitos del proyecto que influyen en la elección de la arquitectura de gestión de la conectividad de Worldsensing (en el borde o basada en la nube).
• Requisitos de alimentación y conectividad.

¿Tienes algún ejemplo de monitorización a largo plazo?

Alexandre Cosentino: En GKM, la mayor parte de nuestra instrumentación geotécnica se destina a proyectos de monitorización geotécnica a largo plazo. En nuestra página web se pueden consultar resúmenes de los proyectos.

¿Es posible combinar los datos de la tuneladora (TBM) con los de los registradores de datos?

Alexandre Cosentino: Nunca hemos tenido la oportunidad de integrar los datos en el software de una tuneladora, pero no vemos ningún motivo por el que no fuera posible. La gateway de Worldsensing permite transferir datos a través de Modbus, el Protocolo de Transferencia de Archivos y otros protocolos, por lo que debería ser compatible para su integración con un sistema de gestión de datos de una tuneladora.

¿Qué importancia tiene seguir supervisando los dispositivos eléctricos tras la construcción de un túnel mediante el Método Austriaco de Construcción de Túneles (NATM) y con una tuneladora (TBM)? ¿Deberíamos continuar con la supervisión durante un breve periodo de tiempo? ¿Es necesaria la supervisión si el túnel no ha presentado problemas durante la construcción?

Alexandre Cosentino: Sin duda, podemos reducir la frecuencia de muestreo del sensor geotécnico una vez finalizada la construcción. Sin embargo, mantener el sistema de monitorización activo 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.

¿Tienes alguna sugerencia para medir la convergencia de un túnel con un método similar al de una cinta de medición de convergencia, pero recopilando los datos a distancia para no interrumpir la excavación del túnel?

Alexandre Cosentino: El nodo de medición de distancias por láser de Worldsensing podría medir la distancia entre dos puntos de forma remota, sin interrumpir la construcción ni el funcionamiento del túnel.

¿Cuál es la mejor práctica para llevar a cabo un seguimiento a largo plazo o continuo en un túnel antiguo o en mal estado?

María Navarro: Antes de instalar un sistema de monitorización en un túnel antiguo, es necesario realizar un estudio para determinar el estado de la estructura y detectar posibles patologías, así como su magnitud. El estudio debe proporcionar información sobre los parámetros que deben monitorizarse, como la extensión de las grietas y la infiltración de agua.

El sistema de monitorización debería poder proporcionar información sobre el estado actual de la estructura y su evolución, así como indicar si es necesario llevar a cabo intervenciones estructurales, como la reparación de elementos estructurales o su refuerzo y seguimiento.

¿Dónde deberíamos colocar los sensores en un túnel?

María Navarro: Debe contar con un plan de monitorización que especifique el tipo y el número de sensores que se instalarán, la precisión y otras características de las lecturas, los umbrales que se aplicarán a cada tipo de control, así como un plan de contingencia. Este plan suele elaborarse 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 finalizada la excavación, dependiendo de la evolución de las lecturas, es posible que decidas reforzar algunas 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 inmediaciones del túnel?

María Navarro: La detección suele realizarse en la fase de diseño, pero también puede llevarse a cabo durante la construcción si, por ejemplo, existe incertidumbre sobre la profundidad de determinadas instalaciones. La técnica más habitual es el uso de un georradar, un radar terrestre que se utiliza para detectar objetos bajo la superficie mediante la transmisión de ondas electromagnéticas de banda ultraancha.

¿Recomiendas instalar los dispositivos dentro de una caja protectora para protegerlos en un entorno de túnel?

María Navarro: Worldsensinges una solución resistente, con clasificación IP67 e IP8, y su diseño está pensado para entornos hostiles, por lo que no es necesario proteger el equipo con carcasas especiales. Si un proyecto requiere proteger el equipo, es importante no utilizar carcasas metálicas, ya que interfieren en la comunicación por radio y reducen la intensidad de la señal.

¿Estás pensando en instalar cables de fibra óptica?

María Navarro: El uso de sensores de fibra óptica para la monitorización de construcción es una alternativa, pero se trata de una tecnología totalmente diferente a los sistemas de radio LoRa que utiliza Worldsensing. El uso de esta técnica, que permite una monitorización distribuida y continua, presenta ventajas, pero implica cubrir la estructura con largos tramos de cable.

Worldsensing es una solución de monitorización inalámbrica cuyo objetivo es instalar registradores cerca de los sensores sin necesidad de cables largos. Los nodos se comunican con la gateway a través de radio y centralizan la información en un servidor de datos.

¿Cómo se transfieren los datos a los registradores de datos de superficie?

María Navarro: Existen numerosos sensores que se utilizan habitualmente para la Monitorización de construcción de túneles en entornos urbanos. Estos se pueden dividir en sensores de superficie y sensores subterráneos. En el caso de los sensores de superficie, como los medidores de grietas, las células de carga, los medidores de deformación, los clinómetros y otros, se instalan registradores de datos cerca de los sensores para evitar el uso de cables de gran longitud.

En el caso de los sensores subterráneos, como los piezómetros, los extensómetros y los inclinómetros fijos, una vez instalado el sensor en el interior de un pozo, el cable se conecta a un registrador de datos situado en la superficie. Por lo general, estos sensores se instalan en pozos de registro que albergan el registrador y protegen el sistema. Todos los registradores instalados en la superficie se comunican con gateways que también se encuentran en la superficie.

Las gateways pueden conectarse a Internet mediante una conexión móvil o un cable Ethernet, o bien a una red de área local. El sistema es el mismo para los sensores situados dentro de un túnel. Los registradores se instalan cerca de los sensores y se comunican con las gateways del túnel. Por lo general, debido a la falta de cobertura de la red móvil, la conexión se realiza a través de Ethernet.

¿Gestiona automáticamente el sistema LoRa de Worldsensing la limitación del ciclo de trabajo del 1 % en la banda de 868 MHz?

María Navarro: Esto se realiza automáticamente al configurar el nodo con la aplicación móvil. La configuración estándar garantiza que Worldsensing cumpla con la normativa sobre radiocomunicaciones.

¿Existe alguna limitación a la hora de utilizar Worldsensing en pozos de gran profundidad?

María Navarro: Por lo general, Worldsensing se utiliza ampliamente para la monitorización de superficies y la construcción de túneles. En nuestra base de conocimientos se pueden encontrar algunas buenas prácticas de instalación, pero, como regla general, es importante colocar siempre la gateway por encima de los nodos. Dado que nuestros edge devices y gateways utilizan antenas omnidireccionales, siempre recomendamos instalarlos en posición vertical.

Sin embargo, en el caso de un pozo de gran profundidad, debido a su orientación vertical, recomendamos instalar la antena del nodo y de la gateway en perpendicular a la orientación 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 frecuencias de radio bajas que operan en un espectro radioeléctrico sin licencia. Una de las ventajas de esta tecnología es su largo alcance y su bajo consumo energético. LoRa se utiliza en diversos sectores, entre ellos las ciudades inteligentes y la automatización industrial. Worldsensing se basa en la tecnología LoRa Star 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 con un consumo energético reducido. Estas lecturas se reciben a través de gateways y pueden visualizarse mediante un software web e integrarse en sistemas de terceros.

¿Cuál es la mejor forma de abordar los problemas de asentamiento en un túnel de 200 metros excavado en roca mediante el método NATM?

María Navarro: A la hora de supervisar un túnel excavado en roca mediante el método NATM durante la construcción, es importante disponer de una visión global de los parámetros que intervienen en la excavación. Los métodos topográficos se utilizan para la monitorización de la superficie del terreno y la monitorización estructural, pero puede resultar difícil cubrir algunas zonas, ya que estos sistemas requieren una línea de visión directa.

En esos casos, el uso de medidores de asentamiento o clinómetros fijados a las vigas podría ser una opción para determinar la inclinación y, de este modo, 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 convergencia del perfil de excavación le permitirá conocer los movimientos verticales inducidos por la excavación.