Zezelj Bridge, Novi Sad.
El nuevo puente Žeželj en Novi Sad, Serbia (en proceso de construcción). Fuente: Shutterstock.com

Monitorización de puentes con la tecnología de medición de HBM

Una solución de auscultación compuesta por 472 sensores permite analizar el comportamiento del puente a largo plazo

Žeželj es un puente de arco para el paso de tráfico rodado y ferroviario sobre el río Danubio, en la localidad de Novi Sad, Serbia. Fue proyectado en 1961 por el célebre ingeniero civil Branko Žeželj. Su estructura de hormigón pretensado, pionera en aquella época, hizo dudar a muchos de su resistencia. Para convencer a los más escépticos, durante las pruebas de carga, el mismísimo Branko se colocó bajo el puente con un bote de remos. 

No obstante, durante los bombardeos de la OTAN de 1999, el puente fue bombardeado en 12 ocasiones, y finalmente, tras varios impactos directos, fue destruido el 23 de abril de 1999. Fue el último puente que cayó en Novi Sad durante la campaña de la OTAN, la “Operación Yunque Noble”.

Un nuevo puente para conectar personas, países y economías

Žeželj, cuya conclusión está prevista para finales de 2017. Su diseño será similar al del puente antiguo, pero en esta ocasión se emplearán arcos de acero. Medirá 474 m de longitud y contará con dos vías de ferrocarril que conformarán un corredor internacional, además de dos carriles para tráfico rodado, carriles bici y aceras peatonales.

La Unión Europea participa en la financiación de este proyecto porque se trata de una vía de transporte vital para los estados balcánicos y la UE.


Mechanical structure of a bridge
Estructura mecánica del nuevo puente (gráfico de TRC)

Los diseños modernos exigen conceptos de monitorización eficientes

monitorización eficientes

El comportamiento de los puentes para tráfico rodado y ferroviario requiere el sistema de auscultación más complejo que existe, dada la diversidad de los tipos e intensidad de las cargas a las que se ven expuestos, así como la importancia de su seguridad estructural en el uso diario.

El Departamento de Ingeniería Civil y Geodesia (FTN, la Facultad de Ciencias Técnicas de Novi Sad), en colaboración con el Centro de Investigación Técnica (TRC) PRO, han recurrido a la tecnología de medición de HBM para construir este nuevo puente con total seguridad.

El análisis del comportamiento estructural se lleva a cabo a través de una serie de actividades que incluyen la observación, la adquisición de datos, la transferencia y el análisis de los datos adquiridos a largo plazo durante el periodo de explotación del puente. El objetivo del proceso de auscultación del puente consiste en crear una base de datos que permita llevar un seguimiento de su comportamiento estructural, con el fin de evitar cualquier posible merma de su seguridad y prestaciones (capacidad de carga, rigidez, capacidad de servicio y resistencia).


PMX Data Acquisition System
Sistema de adquisición de datos PMX

Tecnología de sensores fiable

Los instrumentos básicos que se utilizan para la medición son galgas extensométricas, que se adhieren directamente a la estructura del puente o se instalan como elementos de detección en sensores de fuerza. Los sensores basados en tecnología de galgas extensométricas tienen la ventaja de que poseen una elevada estabilidad a largo plazo. Ese aspecto resulta importante en este proyecto, ya que los sensores deben funcionar toda la vida útil del nuevo puente y no es posible interrumpir el proceso de auscultación para recalibrarlos.

Por otro lado, las galgas extensométricas serie LY41 de HBM, que se emplean en esta aplicación ofrecen una compensación de la temperatura óptima: se trata de una característica imprescindible, ya que la estructura estará expuesta condiciones climatológicas y de temperatura muy variadas.

Para la adquisición de datos se utiliza el sistema PMX de HBM. 

Tras la instalación, el punto de medición se cubre para evitar daños e interferencias electromagnéticas (IEM).

Secciones críticas del puente

El proyecto consta de una configuración multicanal distribuida para la observación permanente de las secciones más críticas del puente:

  • Análisis experimental de tensiones (pruebas de resistencia): 4 zonas en la parte media de la luz del puente, 8 zonas de apoyo y 2 zonas durante el lanzamiento;
  • Medición de fuerza en las suspensiones: 12 soportes de suspensión;
  • Desplazamientos verticales: 12 zonas en la parte media de la luz del puente y 8 zonas de apoyo;
  • Desplazamientos longitudinales: 4 zonas de apoyo;
  • Inclinaciones: 12 zonas en la parte media de la luz del puente y 9 zonas de apoyo;
  • Parámetros de aceleración, frecuencia y amortiguación: 12 zonas en la parte media de la luz del puente y 9 zonas de apoyo;
  • Medición de la temperatura en la estructura del puente: 12 zonas en la parte media de la luz del puente y 9 zonas de apoyo;
Installed strain gauge on a bridge
Sensor de galgas extensométricas con compensación de temperatura, instalado directamente en la estructura del puente (imagen de TRC)
Protected strain gauge
Punto de medición de galgas extensométricas con cubierta protectora (imagen de TRC)
PMX Data Acquisition System on the bridge
Posición del sistema de control y medición con PMX en el nuevo puente
Bridge structure with PMX
Estructura del puente con la posición de los sistemas de auscultación PMX (marcados en rojo)
Construction and monitoring detail
Detalle de la estructura y el sistema de auscultación en una zona de apoyo

472 sensores instalados

En total se han instalado 472 sensores y transductores:

  • 328 galgas extensométricas HBM (serie LY41) en 14 secciones (análisis experimental de tensiones),
  • 80 transductores de fuerza (control de fuerza en suspensiones),
  • 12 transductores de desplazamiento en 4 secciones de apoyo móviles (para desplazamientos horizontales),
  • 32 inclinómetros biaxiales (inclinación biaxial y desplazamiento vertical a partir de mediciones de aceleración) con acelerómetros triaxiales integrados
  • y sensores de temperatura en 20 secciones estructurales y una sección del pilar central.

Ajustes directamente en el punto de medición

El sistema de medición, control y adquisición de datos tiene que cumplir varios requisitos: mediciones rápidas y fiables, configuración sencilla, cálculos en tiempo real, información de diagnóstico, no requerir la instalación de software adicional y buena eficacia de costes.  El sistema de control y medición PMX reúne todas estas características.

Como protección adicional frente al polvo y las interferencias electromagnéticas, la unidad de adquisición de datos PMX se instala en un armario, lo cual constituye una solución rentable que, además, permite incorporar la alimentación eléctrica.

Como primer paso, todas las señales se muestrean a una frecuencia de 19,2 kHz, lo que garantiza un ancho de banda de medición elevado y la evaluación de las señales de medición. Todos los ajustes del sistema PMX se gestionan a través de la interfaz Ethernet estándar y el servidor web PMX interno.

Esta solución ofrece una gran ventaja: los ajustes se pueden realizar directamente en el punto de instalación, en la sala de control a través de la red Ethernet o incluso a distancia si se dispone de una red WiFi adicional. Por lo tanto, cada ingeniero puede acceder a una vista en tiempo real de la aplicación y el estado de la prueba. Un control de operarios integrado impide que se lleven a cabo operaciones no seguras.

PMX mounted in a cabinet
Sistema de monitorización PMX instalado en un armario en la estructura del puente (imagen de TRC)
Screenshot of the PMX webserver
Vista del servidor web PMX con señales de medición, señales calculadas y señales de E/S (HBM)

Concepto de almacenamiento de datos

Se llevan a cabo diversas tareas. Para la monitorización a largo plazo, todos los datos procedentes de los sistemas PMX se transmiten a través de la red Ethernet del puente a un servidor de datos, con fines de evaluación y control. No obstante, como sistema de copia de seguridad, cada PMX dispone de un registrador de datos interno que almacena la información con un sello temporal en una memoria interna. De este modo, los datos de la medición no se pierden en caso de que se produzca un fallo en la red Ethernet. Una vez restablecida la red, los datos se pueden transferir desde cada estación PMX al servidor de datos.

Creación de una red de monitorización

Los sistemas de auscultación PMX funcionan en todo el puente, que mide aproximadamente 500 metros de longitud. Pero para obtener unos resultados de medición útiles, es preciso sincronizar la velocidad de muestreo de cada sistema PMX y cada canal de medición. Por lo tanto, cada sistema PMX ofrece una opción de sincronización.

Potentes funciones de cálculo en tiempo real con las funciones inteligentes de PMX

En la segunda fase es preciso calcular la información deseada y relevante en tiempo real. Esto se puede lograr con las funciones inteligentes de PMX, fáciles de utilizar para el operario aunque no posea conocimientos de software avanzados. Se incluyen varias funciones matemáticas, como una calculadora de bolsillo, funciones lógicas, evaluaciones de proceso y hasta funciones de controlador, por ejemplo, un controlador PID.

Diagnóstico en tiempo real con el sistema de monitorización PMX

En el archivo de registro PMX se almacena un diagnóstico con un mayor nivel de detalle. Este archivo se guarda en la memoria interna del sistema PMX e incluye todos los errores que se producen en el dispositivo y durante la medición, así como cualquier cambio en la configuración de los parámetros efectuado por los operarios. Esto permite cubrir el 100% del proceso de ensayo y medición.

Adquisición de datos y evaluación

Los requisitos definidos por el equipo de ingeniería incluían un sistema de adquisición de datos sencillo, robusto y potente, con un software capaz de evolucionar. “El subsistema para el procesamiento de datos (sistema informático polivalente para la adquisición, transferencia y tratamiento de los datos) adquirido junto con los PMX emplea un software de HBM fácil de utilizar, desarrollado a medida para presentar datos en catman”, explica Hotimir Licen, de TRC PRO.

El software catman se encarga de la totalidad del proceso de visualización y almacenamiento de los datos. Es posible configurar distintos registradores de datos y paneles gráficos de usuario para diferentes tareas de auscultación. De manera adicional, se puede configurar un sistema de supervisión de sucesos, con una combinación de envío de mensajes de correo electrónico y notificaciones automáticas a teléfonos móviles. Con esta respuesta inmediata de la tarea de monitorización, el controlador del puente puede reaccionar y configurar la señal de tráfico adecuada para regular el tráfico, de modo que se reduzcan las tensiones sobre el puente.

Data logging with PMX
Registro de datos con PMX

“El navegador web de PMX nos ha resultado una herramienta muy útil para los tareas de ajuste de parámetros, configuración y control. No nos hace falta ningún software adicional y podemos utilizar el navegador web estándar en nuestros PC, tablets o teléfonos inteligentes. Es más, se encuentra permanentemente disponible en tiempo real en toda la zona del puente”.

Hotimir Licen, TRC PRO

Buenos resultados incluso con presupuestos limitados

El presupuesto para el análisis del comportamiento estructural del puente era limitado y la plataforma PMX se eligió por su excelente relación precio-prestaciones. Según Hotimir Licen, de TRC PRO, ofrecía las siguientes ventajas:

  • Excelente precisión y alta resolución
  • Capacidad para medir sucesos estáticos y dinámicos
  • Sistema universal para sensores de galgas extensométricas y de puente inductivo
  • Análisis de esfuerzos con compensación de la temperatura del hardware en cada canal, con configuraciones de medio puente
  • Sistema distribuido con interfaz Ethernet
  • Medición sincronizada de todos los canales, con sincronización temporal NTP
  • Funcionamiento autónomo con almacenamiento de datos en un disco USB local del sistema PMX y acceso remoto en un PC con el software catman de HBM