Mejore el control de la tensión del puente mediante un monitoreo avanzado

Un artículo publicado recientemente en Informes científicos Proporcionó una descripción general de los nuevos procedimientos de construcción al tiempo que mejoró la resistencia y la precisión del control de tensiones en anclajes activos y unidades de pretensado cortas para puentes de luces largas, abordando específicamente los peligros potenciales.

Mejore el control de la tensión del puente mediante un monitoreo avanzado
Extensómetros en refuerzo pasivo del arco del Puente del Tajo: (a) Extensómetros en refuerzo de pilas de anclaje; (b) Escala de expansión en refuerzo de semiarcos. Credito de imagen: https://www.nature.com/articles/s41598-024-61873-y

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Las cerchas o suspensiones de cables se utilizan comúnmente en el diseño de puentes de grandes luces. La durabilidad de estas soluciones depende de los daños por fatiga y/o corrosión debidos a cargas dinámicas como el tráfico y el viento. El impacto de la fatiga, la corrosión y los daños causados ​​por los cables durante el servicio se evalúan principalmente mediante el seguimiento de la tensión axial.

Se han desarrollado varios métodos y dispositivos directos e indirectos para medir la tensión de los cables de puente. Las galgas extensométricas directas incluyen celdas de carga, sensores de rejilla de Bragg de fibra óptica y sensores de tensión magnetoelásticos. En cambio, los métodos de cuerda vibrante se utilizan generalmente para evaluar tensiones indirectas y rápidas en cables de puentes.

Los elementos estructurales auxiliares utilizados durante la construcción de puentes, como las torres de cables temporales, también experimentan elevadas pérdidas instantáneas de pretensado. Por lo tanto, es fundamental monitorear la tensión de pretensado y la variación temporal de esta tensión para garantizar que el componente funcione como se desea.

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Métodos

Los investigadores presentaron una revisión de los sistemas utilizados actualmente para controlar la monitorización de tensiones en la construcción de puentes y unidades de pretensado durante la fase de construcción del Puente del Tajo, una infraestructura de alta velocidad única en España que fue diseñada y construida entre 2012 y 2016.

El Puente del Tajo ha sido cuidadosamente planificado para cumplir con altos estándares de velocidad, eficiencia y seguridad a través de ingeniería avanzada y estética moderna. Para investigar experimentalmente la respuesta estructural del tramo del arco central del puente, los investigadores diseñaron un Sistema de Monitoreo de Salud Estructural (SHMS) que incluye varios dispositivos y sistemas.

Incluyen un sistema de Gestión y Estandarización con Proyecto (M&USP) que contiene bases de datos de proyectos proporcionadas por los equipos de diseño y construcción del puente y un Sistema de Sensores (SS) que comprende 114 sensores instalados en varios lugares del puente. Por ejemplo, células de carga en cables de suspensión, anclajes de torres de cables fijos y anchos de tren en refuerzos de semiarco.

El SHMS incluye un sistema de adquisición y procesamiento de datos (DA&PS) para diferentes sistemas de sensores. Además, se diseñó y programó un sistema de gestión y procesamiento de datos (DM&PS). Se ha utilizado para transmitir, visualizar y almacenar datos y crear sistemas de alerta temprana.

Finalmente, se desarrolló un Sistema de Evaluación de Seguridad Estructural (SS&AS). Estaba formado por todas las partes involucradas en la construcción del puente, incluidos los equipos técnicos y administrativos. Este subsistema ayudó a monitorear los datos del hardware y compararlos con los datos teóricos del proyecto. Los resultados de la comparación actualizaron las bases de datos del M&USP y los feeds del SHMS.

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El SHMS propuesto se utilizó para monitorear la deformación experimentada por el refuerzo de semiarcos, pilares de anclaje y torres de anclaje. Además, se monitoreó la aceleración de la mitad norte del arco, el gradiente de temperatura en diferentes secciones estructurales y el viento que sopla sobre la estructura.

Resultados y discusión

A partir de la experiencia del Puente del Tajo, los investigadores han replanteado nuevos sistemas de monitorización para controlar el estrés. Las celdas de carga para estabilizadores activos deben ser capaces de caracterizar con precisión la fuerza axial total transmitida por el tirante del puente o la unidad de pretensado y proporcionar una solución robusta para entornos hostiles, golpes e impactos.

Además, deben proporcionar medición directa sin necesidad de integradores de señal. Así, la célula de carga diseñada consta de un anillo metálico por el que pasa el tirante o unidad de pretensado. Se puede colocar entre el anclaje y los paneles de distribución del casco.

Para monitorear los soportes del puente se instalan simultáneamente tres dispositivos, que incluyen células de carga en los anclajes activos, galgas extensométricas unidireccionales en la cinta que conforma los soportes y acelerómetros piezoeléctricos en los soportes. Estos han ayudado a detectar diversos fenómenos estructurales durante la construcción, incluidas variaciones de tensiones en el montaje de puentes, variaciones de tensiones derivadas del hormigonado de secciones sucesivas, análisis de variaciones de fuerzas debidas a tensiones de diferentes cables y detección de variaciones de fuerzas a partir de reajustes de carga en cables de suspensión.

Además, se propone una red de células de carga simultáneas de múltiples tensiones en cada torre de alojamiento para monitorear unidades cortas de pretensado. Aseguró un pretensado correcto y una estimación precisa de las pérdidas sufridas por el contacto pretensado.

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Conclusión

En general, este estudio se centró en mejorar la gestión de tensiones en tirantes de puentes, cables de suspensión y unidades cortas de pretensado centrándose en un parámetro uniforme: la tensión. Las celdas de carga avanzadas están diseñadas e instaladas en puntos de montaje activos para un control de presión potente y preciso. Además, la implementación de una nueva red simultánea de células de carga con galgas extensométricas múltiples para unidades de pretensado cortas fue fundamental en situaciones en las que las pérdidas de pretensado pueden alcanzar grandes magnitudes.

Para validar estos desarrollos, los investigadores presentaron la experiencia práctica y los resultados obtenidos al aplicar estas metodologías para monitorear la respuesta estructural durante la construcción del Puente del Tajo mediante la técnica de voladizos atirantados. Estos métodos pueden ayudar a determinar las pérdidas de pretensado, que superaron el 10% en el Puente del Tajo, y planificar nuevos procesos de pretensado en estructuras tan vitales.

Referencia de la revista

Gut-Alonso, A., García-Sánchez, D., Ramos-Gutiérrez, O. R. y Wintertimanis, F. (2024). Mejora del control de la precisión de las mediciones de tensiones en la construcción de puentes de grandes luces. Informes científicos, 14(1), 10961. https://doi.org/10.1038/s41598-024-61873-y, https://www.nature.com/articles/s41598-024-61873-y

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