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MONITORIZACIÓN DINÁMICA DE ESTRUCTURAS

Justo Carretero Pérez

Jefe de la División de Instrumentación y Ensayos de INECO

Prof. Estructuras Metálicas (Universidad Alfonso X El Sabio)

U n i v e r s i d a d d e G r a n a d a ( U G R )

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OBJETIVOS. • Dotar a una serie de viaductos ferroviarios de un sistema de “inteligencia” basado en la

monitorización de su comportamiento estructural en servicio.

• Analizar de manera continua y dilatada en el tiempo el comportamiento estructural de

dichos viaductos.

PROBLEMA.

• Conocer el comportamiento real de las estructuras.

• Comprobar si las cargas de diseño son las apropiadas con respecto a las solicitaciones.

• Conocer la evolución en el tiempo de las características resistentes estáticas y/o

dinámicas.

SOLUCIÓN.

• MONITORIZACIÓN

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“PREGUNTAS IMPRESCINDIBLES PARA LA MONITORIZACIÓN”:

- DURACIÓN DE LA MONITORIZACIÓN (BÁSICA)

- DONDE Y QUE MEDIR (CEROS) ??

- CON QUÉ FRECUENCIA (AMBIGUA) ??

- QUÈ QUEREMOS GUARDAR (VOLUMEN DATOS) ??

- COMO QUEREMOS VER LOS RESULTADOS ??

LA RESPUESTA A TODO ELLO NOS FIJA EL COMO:

- TIPO DE SENSOR Y CONEXIONADO, TIPO DE REGISTRO Y SOTWARE DE

CONTROL, TOPOLOGÍA DE RED LOCAL Y SITEMA DE COMUNICACIONES,

ETC...

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MONITORIZACIÓN

Estudio Preliminar Inspección

inicial Proyecto de MONITORIZACIÓN

Instrumentación Calibración y pruebas de

funcionamiento

ANÁLISIS DE DATOS

REGISTRO Y TRANSMISIÓN DE

DATOS

EMISIÓN DE INFORMES

BASE DE DATOS Y PRESENTACIÓN WEB

RESULTADOS

Y CONCLUSIONES

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PRIMERA FASE. Análisis previos. • Tarea 3.1. Inspección inicial de las estructuras.

• Tarea 3.2. Panorama de la normativa de inspección y mantenimiento de puentes.

SEGUNDA FASE. Instrumentación y transmisión de datos.

• Tarea 3.3. Instrumentación de los viaductos.

o Definir instrumentación y puntos de medida

o Adquisición de sensores y equipos de medida

o Instrumentación de los viaductos

• Tarea 3.4. Alimentación del sistema de medida y demás sistemas.

• Tarea 3.5. Sistema de comunicación local y remota.

• Tarea 3.6. Soporte al ADIF en análisis, definición, prospección y adquisición del

puesto de control centralizado.

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LA MONITORIZACIÓN IMPLICA DISPONER, EN LOS PUNTOS ELEGIDOS, DE

CAPTADORES O TRANSDUCTORES ELECTRÓNICOS DE SEÑALES QUE,

MEDIANTE EL EQUIPAMIENTO ADECUADO, TRANSFORMEN LAS MAGNITUDES

FÍSICAS QUE SE TRATAN, EN SEÑALES ELÉCTRICAS QUE SE ACONDICIONAN Y

ALMACENAN DE FORMA AUTOMÁTICA. UNA VEZ REALIZADA LA INSTRUMENTACIÓN, LAS SEÑALES SON DIGITALIZADAS

Y ALMACENADAS EN UN ORDENADOR CENTRAL, DONDE MEDIANTE EL

SOFTWARE CORRESPONDIENTE SON PRETRATADAS Y CONTROLADAS. FINALMENTE QUEDA LA ETAPA DE ENVÍO DE ESTOS DATOS HASTA EL GABINETE,

MEDIANTE EL SISTEMA DE COMUNICACIONES IDÓNEO (TELÉFONO, FIBRA,

SATÉLITE).

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·3G/GSMR

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INSTRUMENTACIÓN Y MONITORIZACIÓN DE VIADUCTOS SINGULARES EN LÍNEAS DE ALTA VELOCIDAD.

• Viaducto Arroyo del Valle. L.A.V. Madrid – Valladolid • Viaducto Arroyo de las Piedras. L.A.V. Córdoba - Málaga VIADINTEGRA. INTEGRACIÓN DE LA MONITORIZACIÓN DE VIADUCTOS FERROVIARIOS EN EL SISTEMA DE GESTIÓN Y MANTENIMIENTO DE INFRAESTRUCTURAS.

• Viaducto de Villanueva del Jalón. L.A.V. Madrid – Barcelona • Línea Alcázar de San Juan - Sevilla. P.K. 523 + 467. Vía - 1.

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VIADUCTO ARROYO DEL VALLE. Línea de Alta Velocidad Madrid–Segovia–Valladolid / Medina del Campo. P.K. 239 + 429.

Se trata de una estructura continua de

veintisiete tramos con unas luces de

52,50+25 66,00+52,50 m. Entre las

pilas 14 y 15 se dispone un arco ojival al

que se fija el tablero longitudinalmente.

La longitud total de la obra es de

1.755,00 m.

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VIADUCTO ARROYO DE LAS PIEDRAS. Línea de Alta Velocidad Córdoba-Málaga. Tramo: Túnel de Abdalajís–Álora. P.K. 118+374. Se trata de una estructura continua de veinte vanos con unas luces de 50.40 + 17 63.50 + 44.00 + 35.00m. La longitud total de la obra es de 1208,90 m. La solución adoptada consiste en una estructura continua mixta de hormigón acero. El Viaducto arroyo de las Piedras salva el valle del arroyo del mismo nombre, con una altura de pilas entre 10 y 92 m.

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VIADUCTO DE VILLANUEVA DEL JALÓN. Línea de Alta Velocidad Madrid - Barcelona. P.K. 239 + 429.

Tramo. Calatayud – Ricla.

Puente de tablero continuo de

hormigón pretensado con sección

en cajón, y pilas de hormigón.

Tiene una longitud total de 250 m,

repartidos en seis vanos, dos de

ellos de 35 m y los cuatro vanos

centrales con una longitud de 45 m

cada uno.

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VIADUCTO SOBRE EL RÍO GUADALQUIVIR. Línea Alcázar de San Juan - Sevilla. P.K. 523 + 467. Vía - 1.

El puente consta de cinco tramos con una longitud total de 254,400 m. Tiene dos vigas

principales continuas, con una luz teórica de 50,760 m en cada tramo; son celosías

Linville de 18 módulos por tramo, con un canto en estribos de 6,28 m.

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DESPUES DEL ANÁLISIS DETALLADO DE CADA VIADUCTO, Y LA IMPRESCINDIBLE VISITA

PREVIA, PARA ESTUDIO DE POSIBILIDADES DE INSTRUMENTACIÓN (MEDIOS AUXILIARES:

ACCESOS, GRÚAS, ALPINISTAS), SE ESTUDIAN CUALES SON LAS MAGNITUDES

CARACTERÍSTICAS A MEDIR, EN CANTIDAD, CALIDAD Y PERIODICIDAD. SE ESTUDIA EL

MÉTODO DE CONEXIÓN ENTRE EQUIPOS (RED LOCAL) Y EL SISTEMA DE

COMUNICACIONES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS (RED EXTERNA). TODO ELLO SE

DETALLA CON LA EMISIÓN DEL PROYECTO DE INSTRUMENTACIÓN.

CADA MAGNITUD DEBE SER DEFINIDA PERFECTAMENTE EN CUANTO A SU LOCALIZACIÓN,

RANGO DE MEDIDA, PRECISIÓN Y FRECUENCIA DE INTERÉS. DE ELLO DEPENDE

DIRECTAMENTE LA SELECCCIÓN DEL SENSOR CON SU RESPUESTA EN FRECUENCIA, Y LA

PROPIA FRECUENCIA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.

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LA RESPUESTA EN FRECUENCIA PUEDE LLEGAR A SER TAN IMPORTANTE COMO EL RANGO

Y PRECISIÓN JUNTOS, YA QUE SI NO ES SUFICIENTE, NO SE MEDIRÁ (SENSOR SORDO).

PARA VIADUCTOS FERROVIARIOS, YA CONSTRUIDOS, LAS MAGNITUDES PRINCIPALES A

MEDIR, SON LAS SIGUIENTES:

MOVIMIENTOS EN CIMENTACIÓN Y CABEZAS DE PILA.

MEDICIÓN DE GIROS (INCLINACIONES VERTICALES) RESPECTO A LOS DOS EJES

PERPENDICULARES DEL PLANO HORIZONTAL. POR INTEGRACIÓN DE LOS GIROS SE

PUEDEN OBTENER LOS DESPLAZAMIENTOS. PERMITEN EL REGISTRO A LARGO TIEMPO Y

AL PASO DE CIRCULACIONES.

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MOVIMIENTOS RELATIVOS PILA / ESTRIBO – TABLERO.

MEDICIÓN DE DESPLAZAMIENTOS RELATIVOS DIRECTOS ENTRE EL TABLERO Y LAS

CABEZAS DE PILA O ESTRIBOS.

MEDICIÓN DE DESPLAZAMIENTOS ENTRE JUNTAS DE TABLEROS, Y ENTRE LAS DE

TABLERO Y ESTRIBO.

JUNTO CON LAS MEDIDAS ANTERIORES NOS PERMITEN UN BUEN CONTROL SOBRE LOS

MOVIMIENTOS GLOBALES DE LA ESTRUCTURA. Y SE PUEDE HACER SIN PROBLEMA UN

REGISTRO DINÁMICO CONTÍNUO DISCRETO.

ACELERACIONES DEBIDAS A FUERZA CENTRÍFUGA Y FRENADO.

ACELERACIONES VERTICALES. SON LAS MEDIDAS DINÁMICAS POR EXCELENCIA.

PERMITEN REALIZAR UN ESTUDIO ESPECTRAL DE LA VIBRACIÓN ORIGINADA POR LOS

TRENES. PERMITEN OBTENER FRECUENCIAS PRINCIPALES, VALORES ABSOLUTOS DE

ACELERACIÓN, Y VALORES DE AMORTIGUAMIENTO.

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MICRODEFORMACIONES (TENSIONES) EN EL TABLERO.

SE DISPONEN GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS PRINCIPALMENTE PARA REGISTROS

DINÁMICOS.

MEDIDAS DE TEMPERATURA EN TABLERO O PILAS.

SE DISPONEN EN PUNTOS DISTRIBUIDOS, ESTUDIANDO LAS DIFERENCIAS EXISTENTES

ENTRE LAS DISTINTAS SUPERFICIES Y EXPOSICIONES .

MEDIDAS GLOBALES DE TEMPERATURA, HUMEDAD, PRESIÓN Y VELOCIDAD DE

VIENTO. A NIVEL DEL TABLERO EN UN SISTEMA DE REGISTRO SEPARADO.

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LA PERIODICIDAD ES UN DATO MUY IMPORTANTE DADO EL GRAN VOLÚMEN DE DATOS

GENERADO. GENERALMENTE SE DISTINGUEN TRES FORMAS DE ADQUISICIÓN Y

REGISTRO DE DATOS:

REGISTRO CONTÍNUO ESTÁTICO (1 DAT/S, REGISTRO CADA 10 MIN DATOS

ESTADÍSTICOS)

CUASIDINÁMICO O DINÁMICO CONTÍNUO DISCRETO. SE MIDE EN DINÁMICO (HASTA

500 DAT/S), SE FIJA UN PERIODO PARA EL ANÁLISIS ESTADÍSTICO (EJ. CADA MINUTO),

Y SE REGISTRA EN PERIODOS LARGOS (FICHEROS DESDE UNA HORA HASTA UN DÍA).

DINÁMICO DISCRETO. SE REGISTRAN TODOS LOS DATOS, A LA MÁXIMA VELOCIDAD

DE MUESTREO, ANTE UNA ORDEN O EVENTO (UN FICHERO DE POCOS SEGUNDOS).

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Mismo Tren en Diferentes Acelerómetros.

Viaducto Arroyo del Valle

Diferentes Trenes en mismo Acelerómetro.

Viaducto Arroyo del Valle

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Mismo Tren en Diferentes Acelerómetros. Diferentes Trenes en mismo Acelerómetro.

Viaducto Arroyo de las Piedras Viaducto Arroyo de las Piedras

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Mismo Tren en Diferentes Acelerómetros. Diferentes Trenes en mismo Acelerómetro.

Viaducto Villanueva del Jalón Viaducto Villanueva del Jalón

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Viaducto Arroyo del Valle. Gráficas tipo.

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Viaducto Arroyo de las Piedras. Gráficas tipo.

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Viaducto Arroyo del valle. Espectros múltiples.

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Registro de aceleraciones (Continuo, Reducido y Estadístico)

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Registro de giros (Continuo, Reducido y Estadístico)

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AV272_E_T1_0808.m AV272_E_T1_0809.mAV272_E_T1_1209.m AV272_E_T2_0808.mAV272_E_T2_0809.m AV272_E_T2_1209.m

020406080

100120140160180200220240260280300320340360380400420440460

µg

0 2 4 6 8 10

Hz

01

23

45

0

1

2

3

4

5

0 2 4 6 8 10

Hz

020406080

100120140160180200220240260280300320340360380400420440460

µg

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INDINOMA. Aplicación del Análisis modal operacional en viaductos de Alta Velocidad

Modelo inicial de la estructura • Pre-cálculo para definir y optimizar los puntos de medida, en número y localización. • Definición paramétrica del modelo. • Optimización para un análisis de sensibilidad de los resultados teóricos frente a cambios

en la posición y número de sensores.

Realización de Ensayos • Desarrollo de software que realice un análisis modal aproximado para comprobación y

validación de resultados en campo. • Personal especializado para la realización de los ensayos. • “No hay más remedio que saber lo que se hace en cada momento en el campo”. • Desarrollo de software automatizado para la extracción de parámetros modales de

forma más exacta en oficina. • Eliminar gran parte de la subjetividad de este tipo de análisis, apoyándonos en criterios

basados en experiencia y buenos conocimientos, para la creación de patrones de selección automáticos.

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INDINOMA. Aplicación del Análisis modal operacional en viaductos de Alta Velocidad

Calibración de Modelos • Cálculo estructural básico, modelo paramétrico, control de entradas y salidas. • Optimización para la aplicación de un procesado automático mediante herramienta

avanzada de programación matemática que permita la calibración.

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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