Técnicas temporales de monitoreo de la fuerza de cables durante la fase de construcción del puente: la experiencia del viaducto del río Tajo

Several types non-destructive testing are used to diagnose the safe condition of stay cables in bridges⁹, such as ultrasonic testing, the magnetic flux leakage detection technique¹⁰, or X-rays.Aunque efectivas, estas técnicas son más adecuadas para la evaluación de estadías fuera de servicio.

On the one hand, various devices have been developed for the direct measurement of strain in bridge cables, such as load cells^{9,10,11,12,13,14,15}, optical fibre Bragg grating sensors¹⁶, or elastomagnetic strain sensors^17,18.

Estos sensores pueden, gracias a sus tecnologías específicas, determinar con precisión el estrés experimentado por el cable y, cuando se conectan a un sistema de monitoreo estructural (SMS), también es posible crear un registro histórico a largo plazo de tensiones del cable.En cuanto a acceder a estos datos en tiempo real desde cualquier ubicación remota.

Por otro lado, la metodología indirecta más común para la evaluación rápida de las tensiones de los cables del puente es la técnica de cable vibrante. This method is based on the relationship between cable stress and its vibration frequency, which can be correctly identified from the recording of accelerations during free vibration of suspension cables^{19,20,21,22,23,24}. The application of this method requires the use of spectral decomposition techniques that allow for a real-time determination of the stresses in the suspension cables in bridges by identifying the vibration frequencies during a free vibration regime^{25,26,27,28,29,30,31}.

There are many types of sensors for each of the measurement techniques^32,33,34,35.

Sensores de sistemas electrónicos y micro electromecánicos (MEMS)

Los sensores electrónicos transforman la medición (parámetro a medir) en un cambio en el voltaje, la corriente, la resistencia, la capacitancia o la inductancia.Los sensores eléctricos vienen en muchas variedades y a menudo son muy simples de interactuar con cualquier sistema de datos de datos. Examples include potentiometer displacement sensors, resistive strain-gauges, load cells, MEMS³⁶ tiltmeters and piezoelectric sensors.Los sensores eléctricos a menudo son relativamente económicos, pero pueden estar sujetos a la deriva y pueden verse afectados o dañados por perturbaciones electromagnéticas como líneas eléctricas.

Alambre vibrante

Vibrating Wire (VW) sensors³⁷ transform the measuring into a chance in the vibration frequency of a wire.En el caso del sensor de deformación de VW, un cambio en la tensión da como resultado un cambio en la tensión de un alambre de acero, mientras que en el caso de los piezómetros VW la deformación de una membrana debido a un cambio en la presión del agua también induce un cambio en la tensióndel alambre del sensor.Una vez que el cable está excitado por un electroimán, es posible medir con precisión su frecuencia de vibración.Las mediciones de frecuencia son muy precisas y estables, por lo que estos sensores se han convertido en un estándar para una medición precisa a largo plazo en monitoreo geotécnico y estructural.

Sensores de fibra óptica

From many points of view, optical fibre sensors³⁸ are the ideal transducers for structural health monitoring.Estos sensores transforman las cantidades que se medirán en un cambio en la característica de propagación de la luz que viaja a través de la fibra óptica..Siendo duraderos, estables e insensibles a las perturbaciones externas, son particularmente útiles para la evaluación de la salud a largo plazo de las estructuras civiles y las geoestructuras.Existen muchas tecnologías de sensores de fibra óptica diferentes, incluidas rejillas de fibra Bragg, interferómetro SOFO, interferómetro de ganto de Fabry y distribuye sensores de Brillouin y Raman, y ofrecen una amplia gama de rendimientos e idoneidad para diferentes aplicaciones.

In the early 1990s, fibre optic sensors made a major entry into the sensor industry and now have an established presence in the structural sensing industry³⁹.

Detección distribuida

Distributed fibre sensors^40,41 represent a paradigm shift in terms of monitoring and sensing.Los sensores distribuidos pueden detectar en cualquier punto a lo largo de una sola fibra de telecomunicaciones estándar, lo que permite discriminar diferentes posiciones del parámetro medido a lo largo de la fibra, transfiriendo la tensión y la temperatura de la estructura a la fibra.

Distributed sensors are specially recommended⁴² for detecting and discriminating events at any point within a structure.

Óptico/radar/láser

These techniques are particularly useful for monitoring the global movements of structures⁴³.Incluyen métodos de geodesia tradicionales, estaciones totales con o sin prismas objetivo instalados en la estructura, medidores de distancia láser y perfilómetros láser, así como radares terrestres (incluido el radar de apertura sintética).Esas técnicas pueden ser demandadas, por ejemplo, para medir la deformación de un puente, el movimiento de una torre, la progresión de un deslizamiento de tierra o la desviación de una presa.

Técnicas basadas en imágenes

Olaszek⁴⁴ developed a method that incorporated the photogrammetric principle with computer vision technique to investigate slow dynamic characteristics of bridges.

Patsias and Staszewski⁴⁵ and Yoshida et al.⁴⁶ started the use of videogrammetric techniques to measure mode shapes of a beam and to capture the 3D dynamic behavior of different structures.Chung et al.⁴⁷ used digital image techniques for identifying nonlinear characteristics in more complex structural systems. Chang and Ji⁴⁸ developed a two-camera videogrammetric technique for measuring a 3D structural vibration response at laboratory level. In⁴⁹, Ji and Chang proposed a novel nontarget technique based on image analysis using one digital camera for cable vibration measurement but, again, it is a proof-of-concept.

Estas técnicas, aunque prometedoras y la mayoría de ellas verificadas a nivel de laboratorio o en condiciones controladas, no parecen proporcionar información dinámica completa, solo una parte de la vibración libre.Por lo tanto, la aplicación durante la construcción debe esperar un nivel de desarrollo más avanzado.