Desafío

La construcción de túneles es una tarea minuciosa. Enormes tuneladoras (tunnel boring machines: TBMs) perforan la tierra, removiendo el suelo y colocando segmentos de aros de hormigón prefabricado a su paso para evitar el colapso del techo. Incluso con los aros instalados, el túnel sigue siendo un lugar potencialmente peligroso. Los ingenieros no tienen forma de saber si un segmento de hormigón fallará hasta que hayan instalado equipos de monitoreo capaces de detectar esfuerzos y deformaciones.

La instalación de este equipo pone en riesgo la seguridad de los ingenieros, especialmente si hay vibraciones más adelante, por lo que la TBM debe detenerse durante horas mientras se lleva a cabo la instalación. Esto ralentiza la construcción del túnel y aumenta los costos. Trabajando en la Línea 18 del Metro Grand Paris Express en Francia, expertos de la firma de consultoría estructural Sixense decidieron que debía existir una forma más inteligente de instalar equipos de monitoreo en túneles—y colaboraron con Worldsensing en un nuevo enfoque revolucionario.

Solución

En lugar de instalar los equipos de monitoreo en el túnel una vez colocada la dovela, pensaron los expertos, ¿por qué no integrar los dispositivos dentro de la propia dovela? Los segmentos de hormigón que instala la TBM se prefabrican fuera de obra, por lo que incorporar sensores sería sencillo. Con ese objetivo, Worldsensing desarrolló una versión especial de su datalogger de cinco canales de cuerda vibrante, encapsulado en una carcasa de polímero resistente que puede incrustarse directamente en el hormigón.

Todos los componentes electrónicos dentro de la unidad están protegidos con resina aislante, dejando expuestas únicamente las conexiones USB del dispositivo para fines de configuración. Los dataloggers funcionan con baterías que pueden durar hasta una década sin necesidad de mantenimiento, y toda la unidad se coloca en el hormigón, dentro de una carcasa externa de espuma, quedando al ras con la superficie del revestimiento del túnel.

“Esta innovación representa un avance importante en la seguridad y eficiencia de la excavación de túneles. Ahora podemos reducir drásticamente los retrasos asociados a la instalación y configuración de los sistemas de monitoreo en túneles, lo que permite ahorrar tiempo y costes.”

Guillaume Gehu, Contract Manager, Sixense France

Beneficios

Los dataloggers se conectan de forma segura a sensores de cuerda vibrante como galgas extensiométricas o celdas de presión, y comienzan a proporcionar información útil desde el momento en que se instalan, ayudando a los expertos a evaluar la resistencia estructural de cada segmento de hormigón incluso durante el fraguado. Durante la construcción, el equipo se instala como parte del proceso de revestimiento del túnel, por lo que no hay retrasos en las operaciones ni riesgos para los ingenieros.

Inicialmente, cada datalogger puede enviar señales a un gateway instalado a hasta 100 m de distancia en la cabeza de la TBM o en otro punto del túnel, proporcionando una visión casi instantánea y en tiempo real de la estabilidad estructural desde el momento en que se fija el revestimiento. Y una vez que la TBM se encuentra a más de 100 m de un sensor, disminuye la interferencia, y los dataloggers pueden comunicarse con gateways situados a hasta 3 km entre sí en línea recta o 800 m en un túnel no lineal.

Ventajas

• El monitoreo instantáneo y continuo del revestimiento del túnel mejora la seguridad de los trabajadores.
• El equipo de monitoreo embebido puede utilizarse durante toda la vida útil del túnel.
• Una instalación más sencilla reduce el tiempo y el esfuerzo de construcción del túnel hasta en un 25 %.