120614 Viadintegra instrumentación Viaductos. Ineco-Justo Carretero

INTEGRACIÓN DE LA MONITORIZACIÓN DE VIADUCTOS
FERROVIARIOS EN EL SISTEMA DE GESTIÓN Y MANTENIMIENTO
DE INFRAESTRUCTURAS
“VIADINTEGRA”

ACTIVIDAD A3: “INSTRUMENTA”
INSTRUMENTA
DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN EN
VIADUCTOS FERROVIARIOS.

Justo Carretero Pérez. Jefe de la División de Instrumentación y ensayos
Dirección Arquitectura, Estructuras e Instrumentación
Dirección de Area de Medio Ambiente, Consultoría Intermodal y Especialidades

ingeniería y consultoría de transporte
transport engineering and consultancy

VIADINTEGRA. Grupo investigador

Instrumento: Subprograma INNPACTO 2010, Ministerio de Ciencia e Innovación

Presupuesto: 5.900.000 €

Periodo de realización: 2010 - 2013

INTEGRACIÓN DE LA MONITORIZACIÓN
DE VIADUCTOS FERROVIARIOS EN EL SISTEMA
DE GESTIÓN Y MANTENIMIENTO DE INFRAESTRUCTURAS
Ó

División de Instrumentación y Ensayos 2


VIADINTEGRA. Objetivos.

OBJETIVOS.
• Dotar a una serie de viaductos ferroviarios de un sistema de “inteligencia” basado
en la monitorización de su comportamiento estructural en servicio.
• A li
Analizar d manera continua y dil t d en el ti
de ti dilatada l tiempo el comportamiento estructural
l t i t t t l
de dichos viaductos.
PROBLEMA.
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


VIADINTEGRA. Actividades.



VIADINTEGRA. Actividad A3 “INSTRUMENTA”.

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 I t
FASE. Instrumentación y t
t ió transmisión d d t
i ió 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
3.5. remota.
• Tarea 3.6. Soporte al ADIF en análisis, definición, prospección y adquisición del
puesto de control centralizado.



VIADINTEGRA. Actividad A3 “INSTRUMENTA”. Primera Fase.



VIADINTEGRA. Definición Monitorización.

“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,
Í
ETC...



VIADINTEGRA. Definición Monitorización. (cont.)

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
CENTRAL,
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).


VIADINTEGRA. Definición Monitorización (cont.)

MONITORIZACIÓN

Estudio
Preliminar
P li i Inspección
Proyecto de
inicial
MONITORIZACIÓN

ANÁLISIS DE
Á
DATOS
Instrumentación Calibración y
REGISTRO Y
pruebas de
TRANSMISIÓN DE
funcionamiento
DATOS

RESULTADOS
Y
CONCLUSIONES
EMISIÓN DE BASE DE DATOS Y
INFORMES PRESENTACIÓN WEB



VIADINTEGRA. Red distribuida de sensores.

·3G/GSMR



VIADINTEGRA. Viaductos instrumentados.

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.



VIADINTEGRA. Viaductos instrumentados.

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.



VIADINTEGRA. Magnitudes a medir y periodicidad.

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
MEDIR, CANTIDAD, PERIODICIDAD.
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
FRECUENCIA,
PROPIA FRECUENCIA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.



VIADINTEGRA. Magnitudes a medir y periodicidad. (cont.)

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
FERROVIARIOS, CONSTRUIDOS,
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
CIRCULACIONES.




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
TABLEROS,
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.
,




MICRODEFORMACIONES (TENSIONES) EN EL TABLERO.
SE DISPONEN GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS PRINCIPALMENTE PARA REGISTROS
DINÁMICOS.
MEDIDAS DE TEMPERATURA EN TABLERO O PILAS
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.




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
DAT/S,
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).



VIADINTEGRA. Instrumentación Viaducto Villanueva del Jalón.

Instrumentación Tradicional Instrumentación Fibra Óptica
Orden Sensor Número Orden Sensor Número
1 Galga extensometrica 24 1 Extensómetro 12
2 Traductor de desplazamiento 11 2 Acelerómetro 4
3 Acelerómetro 28 Total Sensores 16
4 Clinómetro 20
5 Temperatura 9
Total Sensores 92



VIADINTEGRA. Instrumentación Viaducto Villanueva del Jalón. (cont.)

ESQUEMA DE INSTRUMENTACIÓN. (Parte I)




ESQUEMA DE INSTRUMENTACIÓN. (Parte II)




Detalle secciones instrumentadas.




IMÁGENES INSTRUMENTACIÓN REALIZADA



VIADINTEGRA. Instrumentación Viaducto sobre el Guadalquivir.

Instrumentación Tradicional
Orden Sensor Número
1 Galga extensometrica 20
2 Traductor de desplazamiento 12
3 Acelerómetro 6
4 Clinómetro 16
5 Temperatura 2
Total Sensores 56




ESQUEMA DE INSTRUMENTACIÓN. (Parte I)




ESQUEMA DE INSTRUMENTACIÓN. (Parte II)



VIADINTEGRA. Valores registrados.

Registro Aceleraciones.



VIADINTEGRA. Valores registrados.

Registro Giros.



VIADINTEGRA. Ejemplo de tratamiento de datos.
AV272_E_T1_0808.m AV272_E_T1_0809.m
AV272_E_T1_1209.m AV272_E_T2_0808.m
AV272_E_T2_0809.m AV272_E_T2_1209.m

µg
460
440
420
400
380
360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40 5
4
3
20 2
1
0 0
0 2 4 6 8 10
Hz µg
5 460
440
420
400
380
4
360
340
320
300
3 280
260
240
220
200
2 180
160
140
120
100
1
80
60
40
20
0 0
0 2 4 6 8 10
Hz



VIADINTEGRA. Seguimiento web.

Seguimiento web de las variables controladas.



VIADINTEGRA. FIN DE LA PRESENTACIÓN.
Ó

GRACIAS POR SU
ATENCIÓN


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