Contra la erosión costera, monitorización estructural

Hay dos problemas graves que afectan a todo el litoral mediterráneo: la acumulación de residuos en las playas y la erosión costera. Un proyecto de rompeolas ecointeligente (Eco-Smart Breakwater) transforma este doble problema en una oportunidad. Por un lado se ha desarrollado un circuito de reciclaje inteligente y, por otro, los materiales recuperados se emplean para proteger el litoral. HBK ha tenido un papel destacado en este desarrollo, ya que se ha encargado de medir y monitorizar las condiciones estructurales esenciales.

El proyecto ECO-SMART BREAKWATER

La idea central del proyecto ECO-SMART BREAKWATER (rompeolas ecointeligente) es emplear los propios residuos para proteger el medio marino. Puede parecer contradictorio, pero se ha revelado como un enfoque muy exitoso por sus aspectos medioambientales, económicos y tecnológicos. 

La vertiente "ecológica" del proyecto radica en un proceso de reciclaje que combina materiales procedentes de obras de construcción y demoliciones con fibras obtenidas de residuos de Posidonia oceanica, una planta marina, para crear bloques destinados a un sistema de escolleras. De este modo, el medio marino, el mismo ecosistema que proporciona materiales para estas escolleras, es el que se beneficia de ellas.

La parte "tecnológica" de la solución es la instrumentación de HBK, consistente en sensores ópticos que llevan un seguimiento de una serie de parámetros ambientales y estructurales del rompeolas. Una estación remota se encarga de adquirir las señales y procesarlas en tiempo real.

¿Por qué es importante monitorizar la salud estructural? Para controlar, gestionar y llevar un seguimiento de los riesgos estructurales en tiempo real. Es esencial disponer de información sobre el estado de tensión de los bloques del rompeolas, ya que están sometidos a unas fuerzas que, en condiciones extremas, podrían llegar a romperlos. Como resultado, podría verse afectada la estabilidad del rompeolas en su conjunto.

Problema

El litoral de la región de Apulia, en Italia, se enfrenta a un doble problema de acumulación de residuos en las playas y erosión costera.

Solución

Los residuos se reciclan y se emplean para fabricar bloques de escolleras. Con ello, se protege el litoral contra la erosión costera. Los sensores ópticos de HBK miden y monitorizan las condiciones ambientales, proporcionando información esencial sobre el estado de tensión de los bloques.

Resultados

Gracias a esta solución, el proyecto Eco-Smart Breakwater transforma el problema de los residuos que llegan a las playas en una nueva oportunidad para proteger la costa frente al avance de la erosión. Los sensores ópticos y el sistema de monitorización de la salud estructural de HBK son un componente importante de esta solución. Fueron seleccionados porque su amplia funcionalidad reduce los costes al mínimo.

Sensores ópticos HBK para todas las necesidades de monitorización

A la hora de seleccionar el tipo de sensor más idóneo para cada categoría de parámetros (mecánicos, hidrodinámicos y biológicos) se evaluaron distintas propuestas. El objetivo era identificar una solución capaz de ofrecer todos los parámetros requeridos con un coste total mínimo. 

La solución más versátil y con mejor relación precio-prestaciones resultó ser una red de sensores ópticos de fibra con rejilla de Bragg (serie FS), en combinación con un interrogador BraggMETER FS22 que hace las veces de sistema de adquisición de datos. Todo de HBK.

Los sensores utilizados son sensores de deformación (FS62), sensores de temperatura (FS63) y acelerómetros (FS65). Se seleccionó tecnología de fibra óptica con rejilla de Bragg (FBG) porque permite monitorizar tanto los parámetros estructurales (deformación y vibración) como los ambientales (temperatura). Esta tecnología permite insertar múltiples sensores en cadena en una fibra óptica, que a su vez se conecta a un interrogador óptico.

Validación: análisis en profundidad de la idoneidad de los sensores

Antes de instalar los sensores de fibra óptica de HBK en los bloques del rompeolas a escala real, fueron validados por la Unidad de Ingeniería Civil Resistente y Sostenible del Centro de investigación CETMA de Brindisi, en colaboración con la empresa Skema srl. Para verificar que el funcionamiento de los sensores era correcto, se probaron sobre un prototipo, haciendo pequeños ensayos físicos de laboratorio.

Se llevó a cabo una comparación, dirigida a comprobar si los resultados de los sensores FBG son coherentes con de los sensores convencionales: por un lado, se midió la respuesta de un sensor FBG de HBK, integrado en un cilindro de hormigón que se sometió a un ensayo de compresión cíclica con cargas entre 1 y 5 MPa; y, por otro, se midió también la respuesta obtenida con extensómetros elásticos eléctricos convencionales, fijados con adhesivo a la superficie del mismo cilindro.

Esta comparación demostró que la respuesta del sensor FBG a la tensión mecánica es totalmente coherente. La diferencia entre las lecturas de los dos tipos de sensores se debe a que las medidas se llevaron a cabo en posiciones distintas.

Cómo situar los sensores para obtener datos internos y externos

Los sensores de fibra óptica se configuran e instalan formando dos cadenas.

La Figura 1 muestra la cadena interna:

Para discriminar las señales de temperatura de las señales de deformación, se incorporaron 4 sensores de deformación y 2 sensores de temperatura en una misma cadena de fibra, que se inserta en el seno del hormigón durante la fabricación del bloque ECO-SMART.

La Figura 2 ilustra la cadena externa:

La cadena externa consiste en 2 acelerómetros y 1 sensor de temperatura, anclados en el exterior del bloque ECO-SMART.

 

 

 

El sistema se completa con una serie de dispositivos y software que se encargan de adquirir los datos de los sensores, almacenarlos localmente y transmitirlos a sistemas remotos.

SensorTipoCantidadPosición
DeformaciónFBG      4Integrado en el bloque
TemperaturaFBG      2Integrado en el bloque
TemperaturaFBG      1En el exterior del bloque
AcelerómetroFBG      2En el exterior del bloque

Monitorización del bloque de escollera una vez colocado en el mar

Durante el desarrollo del proyecto, después de las pruebas y la validación, los bloques ECO-SMART - BREAKWATER se transportaron e instalaron en el rompeolas del puerto de Otranto. Se eligió este emplazamiento porque ya contaba con elementos artificiales cúbicos y en forma de paralelepípedo que facilitaban la incorporación de los nuevos bloques.

Esta colocación de bloques a lo largo del rompeolas es una prueba piloto, que aportará información adicional sobre la composición óptima de los bloques. Está previsto patentar los bloques antes de empezar a comercializarlos. Igualmente, servirá para verificar la calidad de los datos de los sensores de forma inalámbrica, incluso en condiciones adversas.

Acerca del CETMA

El CETMA, Centro Europeo de Investigación de Tecnologías de Diseño y Materiales, fundado en 1994, es una organización de investigación y tecnología (RTO) con sede en Brindisi, Italia. Desde hace más de 20 años, realiza investigación aplicada, desarrollo experimental y transferencia de tecnología en campos como los materiales avanzados (materiales compuestos, polímeros, biomateriales y materiales reciclados), las TIC (desarrollo de software especializado para ingeniería, fabricación y servicios) y el desarrollo de productos. Se trata de una organización sin ánimo de lucro que reinvierte todos sus beneficios en investigación, formación y transferencia de tecnología.

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