Contexto
El viaducto Tremor se encuentra en la autopista A6 en León (España), sobre el río Tremor. Tiene una longitud total de 470 m, dividida en 11 vanos isostáticos de entre 39 y 45 m. La losa está formada por dos vigas de sección en cajón de 3 m de altura, una para cada calzada, y ambas vigas descansan sobre un solo pilar en cada extremo de cada vano. Por lo tanto, el puente es en realidad dos viaductos separados. Los vanos se construyeron utilizando dovelas, y cada vano cuenta con un sistema independiente de postensado exterior (Figura 1) que recorre el interior de la sección en cajón y se ancla a los diafragmas situados en los pilares de los extremos de cada vano.
La inspección especial, la evaluación del nivel de seguridad y las obras de rehabilitación del viaducto Tremor, promovidas por el Ministerio de Transportes y Movilidad Sostenible de España, incluyen la implementación de un sistema de monitoreo continuo destinado a evaluar la seguridad estructural del viaducto, tanto en las fases de reparación como de servicio. Este sistema se centra en el comportamiento del sistema de postensado exterior y el monitoreo continuo de los movimientos de los diafragmas, así como en la estimación de la flecha y la rigidez de varios vanos. El término “continuo” se refiere a la necesidad de evaluar de forma constante el estado estructural en intervalos muy cortos, ya que esto permite anticipar anomalías estructurales y/o ayudar a tomar decisiones respecto a las obras de reparación.
Como parte del proceso de licitación para la ejecución de las obras de inspección especial y evaluación del nivel de seguridad del viaducto Tremor, la empresa LRA INFRASTRUCTURES CONSULTING, S.L. fue designada como contratista principal y encargada de evaluar la seguridad del viaducto. Se propusieron varios sistemas a diferentes niveles. Estos incluían el monitoreo continuo del sistema de postensado y de algunos tirantes ubicados entre la parte inferior de la losa y los diafragmas, con el objetivo de controlar los movimientos relativos de los diafragmas, así como la medición continua de algunos vanos.
El Grupo de Ingeniería Estructural (GIE) de la ETSI de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid, junto con la empresa LRA, diseñaron e implementaron los dos sistemas mencionados.
El equipo de trabajo estuvo liderado por los profesores Jaime García Palacios e Iván Muñoz Díaz e incluyó a los investigadores Luis Chillitupa Palomino, Belén Vecino Muñoz, Javier Naranjo Pérez, Carlos Martín de la Concha Renedo y Christian Barrera Vargas, en representación del GIE, y a Tomás Ripa Alonso y Mario Martín Aguilera, en representación de LRA.
Los requisitos del proyecto establecían que el monitoreo debía integrar un sistema de acelerómetros orientado al sistema de postensado exterior y un sistema de galgas extensométricas para estimar la carga en los tirantes metálicos ubicados dentro de las secciones en cajón (Figura 2). El gran número de puntos de medición (88 tirantes), la distancia entre ellos (aproximadamente 500 m entre los más alejados) y su ubicación dentro de dos secciones independientes de hormigón en cajón dificultaban la adopción de una solución clásica basada en galgas extensométricas y dataloggers tradicionales cableados y sincronizados.
Además, el sistema debía contar con una tasa de muestreo suficientemente alta para medir eficazmente los efectos térmicos y determinar si la variabilidad de la carga estimada es consecuencia de estos efectos o de otros tipos de anomalías estructurales. Por lo tanto, no era suficiente utilizar un valor global de temperatura, siendo necesario realizar mediciones locales teniendo en cuenta las grandes distancias entre los tirantes y el grado significativamente diferente de exposición ambiental de cada vano. El proyecto también requería alarmas en tiempo real que se activaran cuando se superaran los niveles de carga preestablecidos en los tirantes.
Solución
Given the requirements of the project, a decision was taken to adopt a solution that uses low-power wireless Worldsensing equipment and LoraWAN communication that can interact over long distances. The system was implemented using 24 LS-G6-VW-5 wireless nodes for vibrating wire and thermistor, with 5 simultaneous channels and 2 gateways (one of which was configured as a secondary gateway). In addition, the Connectivity Management Tool (CMT) Edge was integrated in one of the gateways.
Esto permite que el sistema mida la deformación de los tirantes utilizando galgas de cuerda vibrante y traduzca continuamente las mediciones a valores de carga, junto con las variaciones térmicas. Las mediciones instantáneas de las cargas en todos los tirantes se realizan con una frecuencia de muestreo que permite detectar y reportar cualquier variación inusual, es decir, aquellas no debidas a la temperatura. Las lecturas de datos se toman cada dos minutos junto con la temperatura local de cada tirante.
Los sensores utilizados para medir las deformaciones son galgas extensométricas de cuerda vibrante (Figura 3), que cuentan con alta estabilidad a largo plazo. Estas permiten medir microdeformaciones debidas a efectos térmicos, así como deformaciones cercanas al límite elástico de los tirantes. En la configuración adoptada, cada nodo digitaliza 4 mediciones de los 4 tirantes ubicados en el área de cada pilar o estribo (Figura 4) a ambos lados de los diafragmas. Los datos de todos los nodos se envían al gateway y, de forma remota, a una base de datos mediante el protocolo MQTT, donde las deformaciones se transforman en cargas y se emiten las señales de alarma correspondientes cuando es necesario.
Antes de la instalación, el cliente recibió dos nodos y un gateway, con soporte técnico de Worldsensing, para fines de familiarización y capacitación, así como para permitir pruebas en laboratorio (Figura 5).
La instalación del sistema de monitoreo de los tirantes se completó en diciembre de 2023. Durante este período, el sistema ha permitido monitorear las cargas en los tirantes, así como identificar cualquier diafragma que presente deformaciones importantes. Se emiten informes periódicos cada mes y se analizan las tendencias anuales.
Durante este tiempo, se han detectado y reportado eventos ocasionales que implican variaciones súbitas en las cargas de los tirantes causadas por trabajos de mantenimiento y reparación en el viaducto. Se ha comprobado que el sistema funciona de manera satisfactoria, ya que ha identificado adecuadamente estos cambios.
En general, las mediciones de carga de los tirantes son estables a largo plazo y correlacionan con la temperatura. La Figura 6 muestra un ejemplo de la evolución de los valores de carga y temperatura de los tirantes obtenidos durante el mes de diciembre de 2024. También es posible identificar la correlación entre temperatura y carga, destacando el caso de los tirantes SP093 y SP094 del pilar 9 en el vano 10, que son muy sensibles a los cambios térmicos.
De manera similar, la Figura 7 muestra la evolución de la carga de los tirantes y su correlación con la temperatura en el vano 7 durante casi un año de mediciones, desde febrero de 2024 hasta enero de 2025, es decir, todo el periodo en el que el sistema ha estado en funcionamiento.
“El sistema de monitoreo continuo permite detectar situaciones anómalas que podrían comprometer la seguridad estructural del puente y planificar con mayor precisión las labores de mantenimiento y reparación.”
Iván Muñoz Díaz, Jaime García Palacios, Luis Chillitupa Palomino, Belén Vecino Muñoz, Javier Naranjo Pérez, Carlos Martín de la Concha Renedo y Christian Barrera Vargas, investigadores del Grupo de Ingeniería Estructural de la Universidad Politécnica de Madrid, Tomás Ripa Alonso, Mario Martín Aguilera, LRA Infrastructures Consulting.
Beneficios
El sistema de monitoreo continuo ha permitido seguir la carga de los tirantes y así verificar el comportamiento de los diafragmas en el viaducto. Esto, sumado al monitoreo dinámico del sistema de postensado exterior mediante acelerómetros, ofrece la capacidad de detectar situaciones anómalas que podrían comprometer la seguridad estructural del puente y ha permitido una planificación más precisa de las labores de mantenimiento y reparación.
En general, se puede afirmar que el monitoreo continuo permite detectar anomalías de inmediato, evitando que evolucionen hacia problemas mayores (cuya consecuencia más grave podría ser el colapso del viaducto), y la detección de tendencias degenerativas que requieren decisiones sobre acciones de mantenimiento, lo que optimiza los recursos y permite la adopción de planes de mantenimiento preventivo (en lugar de correctivo), lo que conduce a ahorros económicos a largo plazo y aumenta la vida útil de la infraestructura.