Como seguimiento a esta pregunta , me pregunto si la información de monitoreo de integridad estructural se puede proporcionar en tiempo real y en un grado suficiente para que las decisiones de seguridad se puedan tomar de manera realista a partir de la información.
Para poner las cosas en contexto, en los EE. UU. Y otras partes del mundo, los gobiernos federales, estatales y locales reciben regularmente informes de integridad estructural sobre la infraestructura, incluidos los puentes. Estos informes son el resultado de evaluaciones que se realizan de manera programada, y pueden pasar muchos meses o posiblemente años entre evaluaciones.
Los puentes son una parte importante de la economía del gobierno federal, estatal y local, ya que proporcionan infraestructura crítica. También es importante proteger los hitos históricos como el puente Golden Gate.
Golden Gate Bridge, un puente icónico en los Estados Unidos
Y las consecuencias de una información insuficiente pueden ser bastante graves. Por ejemplo, en agosto de 2007 el puente del río Mississippi I-35W se derrumbó, lo que resultó en la pérdida de muchas vidas.
I-35W después del colapso
Pregunta:
- ¿Existen tecnologías que puedan proporcionar un estado en tiempo real de modo que ayuden a advertir a los gobiernos federales, estatales y locales de fallas inminentes en los puentes? Por ejemplo, ¿hay algo que podría haber predicho el colapso de la I-35 y haber notificado al público para evitar la pérdida de vidas? Parece que este sensor inalámbrico para monitorear la integridad estructural de los puentes funcionaría, pero no estoy seguro ya que el dominio está fuera de mi experiencia.
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Respuestas:
Hay muchos sensores diferentes que se pueden colocar en un puente para ayudar a controlar su estado . Después del colapso del puente I-35, esta área ha recibido mucha publicidad . La mayoría de estos sensores estaban disponibles anteriormente, pero la necesidad no era tan evidente para el público.
Sensores
Estos sensores pueden ser cableados o inalámbricos. Algunos incluso son impulsados por las vibraciones de los vehículos que pasan.
Costo
El costo es un factor importante al considerar un sistema de monitoreo de puentes. Incluso si el costo inicial parece razonable :
Esto no tiene en cuenta el costo del monitoreo continuo de los sensores. El monitoreo en tiempo real es costoso e incluso menos que el monitoreo en tiempo real impone un gasto constante en los presupuestos del Departamento de Transporte que ya están demasiado ajustados. Si hubiera más dinero en el presupuesto, los puentes estarían en mejores condiciones.
Estos puentes ya son inspeccionados regularmente por inspectores capacitados que trepan por toda la estructura. Esto se hizo en el puente I-35 y todavía colapsó.
El costo y la complejidad de los sistemas significan que solo unas pocas estructuras muy grandes serían monitoreadas completamente. El costo de estos sistemas es probablemente mayor que la cantidad mencionada anteriormente. El valor anterior también es solo el costo de los sensores individuales. Tendría que hacerse un estudio completo del puente para asegurar que los sensores se coloquen en los lugares donde serían más útiles.
Ubicación
Cada sensor mide solo un único punto de datos. Tendría que haber mucho pensamiento e investigación para determinar qué sensores son los más beneficiosos.
Incluso después de colocar los sensores, un criterio integral tendría que estar en su lugar para que las personas que monitorean los resultados del sensor sepan lo que constituye una advertencia . Puede haber muchos falsos positivos e incluso falsos negativos.
Como señala un artículo :
Resultado final
Incluso si todos estos sensores estuvieran en su lugar en el puente I-35 y se monitorearon en tiempo real, el colapso real ocurrió tan rápido que el tráfico no podría haberse detenido a tiempo. La única diferencia sería que habría habido mucha más información para los investigadores.
Piense en la caja negra de un avión , pero en un puente.
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El monitoreo en tiempo real se puede hacer y ya se ha hecho. La tecnología está ahí y, como lo señala Hazzey, es una cuestión de costo versus el riesgo involucrado.
Como ingeniero en ejercicio, participo / participé en dos proyectos de excavación profunda en dos países diferentes donde se construyó / construyó un túnel de corte y cubierta justo debajo de un puente de carretera principal. En ambos casos, el cierre o desvío del tráfico no es una opción. Las Autoridades de Construcción en ambos proyectos solicitaron monitoreo de salud estructural en tiempo real ya que las consecuencias de un accidente pueden ser catastróficas.
En ambos proyectos, se despliegan una serie de prismas ópticos junto con estaciones totales robóticas para controlar los movimientos del muelle del puente. Las estaciones totales están conectadas en red a un servidor donde los datos se cargan continuamente. El servidor en sí está conectado a Internet, donde las partes involucradas pueden descargar los datos y procesar la información. Además, algunos sistemas pueden generar alertas por SMS en caso de que se infrinja un nivel predeterminado.
Antes de realizar cualquier monitoreo, se debe realizar una evaluación de impacto / daño para determinar:
Esto es seguido por una encuesta de condición para evaluar el estado actual de salud del puente. Por lo general, incluye inspección visual para detectar grietas y mediciones en los movimientos de los cojinetes del puente.
Los puentes de hormigón armado y acero, en circunstancias normales, no requieren monitoreo en tiempo real ya que no fallan repentinamente. Los puentes que se han diseñado correctamente tienden a fallar en la capacidad de servicio antes de fallar estructuralmente, dando una advertencia suficiente antes de colapsar. Además, la inspección y el mantenimiento regulares de los puentes ayudan a garantizar que los puentes permanezcan en servicio.
Con suficientes datos, el monitoreo en tiempo real puede capturar la tendencia del movimiento a largo plazo y suavizar los errores de lectura. En casos de diseño fatal, error humano en la interpretación de los registros de la encuesta o error humano en la evaluación de la capacidad estructural del puente, el monitoreo en tiempo real no sería de mucha ayuda para evitar un desastre.
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La monitorización estructural con sensores es realmente posible. Los problemas son el costo del monitoreo y las partes que realmente se pueden monitorear.
Cuanto más crítico es un puente, más probable es que valga la pena pagar el costo del monitoreo (la crítica se debe principalmente al número de vehículos que cruzan por día, pero también a la disponibilidad de rutas alternativas y la longitud del mismo (es decir, el número de vehículos que puede estar en él durante el colapso (jugar un papel). Es probable que un puente importante construido en estos días tenga algún tipo de monitoreo incorporado, como se señaló en el artículo que vinculó, y un ejemplo de esto es el Cruce de reemplazo de Forth (ahora llamado Cruce de Queensferry). Algunos puentes han tenido sistemas reacondicionados, como el existente Forth Road Bridge , que tiene monitoreo acústico para escuchar los cables rotos.
Los puentes existentes tienen más probabilidades de estar equipados con monitoreo si una evaluación muestra que hay motivos de preocupación. Si una evaluación del puente encuentra que parte del puente se está deteriorando, puede recomendar inspecciones más frecuentes o la instalación de monitoreo. Debido al costo del monitoreo, es probable que esto solo suceda en los puentes principales.
Entonces, ¿podría el monitoreo haber evitado el colapso I35-W?
En primer lugar: I35-W, aunque no era un puente pequeño, no estaba en la misma escala que el puente Golden Gate o los puentes Forth. Por lo tanto, es probable que solo se instale el monitoreo si el puente se ha identificado como deficiente. Y eso no había sucedido porque las inspecciones y evaluaciones rutinarias del puente no habían notado que una placa de conexión pequeña era demasiado pequeña. Su enlace a sensores parece sugerir que ahora pueden estar disponibles nuevos sensores más baratos. Todavía no puedo ver el costo como asequible dado el número de puentes de corte sobre el cual cada autoridad tiene control, pero tal vez durante un período prolongado (por ejemplo, 50 años, ya que el presupuesto podría extenderse al 2% de los puentes de una autoridad por año - números arrancado completamente del aire por mí) podría suceder.
En segundo lugar: no creo que la mayoría de los monitoreos sean en tiempo real. Aunque estoy seguro de que los sistemas de monitoreo tienen alarmas automáticas que se activan si ocurre un movimiento significativo, me cuesta creer que alguien tenga una respuesta particularmente rápida. Lo más probable es que una alarma del sistema haga que alguien vaya a echar un vistazo, tal vez el mismo día tal vez no. Principalmente, los sistemas están ahí para analizar problemas a largo plazo. Tomando el Forth Road Bridge como ejemplo: el monitoreo acústico está ahí para registrar el "ping" de un cable que se rompe. Hay unos pocos miles de hilos individuales que forman los cables de suspensión. El monitoreo acústico está ahí para que alguien pueda ver los resultados y decir "parece que 63 se han roto en los últimos seis meses, tal vez deberíamos pensar en hacer algo para reducir la carga". Yo no' Creo que realmente está allí con la expectativa de que registrará 100 roturas en un día, lo que provocará que el puente se cierre instantáneamente. (El puente Forth Road se cierra debido al fuerte viento algunas veces al año; tienen un sistema adecuado para cerrarlo).
En tercer lugar: el informe oficial sobre el colapso sugiere que el fracaso fue muy repentino: quizás hubo una advertencia de 10 segundos. Incluso con el monitoreo en tiempo real, necesita a) recibir resultados, b) determinar que son catastróficamente malos (fácil si tiene los 100 pings en mi ejemplo de Forth, difícil si tiene acelerómetros según su enlace, lo que podría indicarle que el puente se movió 0.05 grados) yc) sacar a la policía para cerrar el puente. Estimación del tiempo total: 10 minutos si tienes mucha suerte. No 10 segundos (Y probablemente más de 3 meses si configuró el monitoreo de los efectos a largo plazo y no estaba seguro de si los 0.05 grados eran significativos o no, porque el sistema no estaba configurado para eso).
Descargo de responsabilidad: he tratado de incluir hechos y referencias donde puedo, pero las conclusiones reales a las que he llegado se basan en gran medida en mis opiniones y no son hechos directos.
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