Movilidad 4.0: digitalización de la red de carreteras con OSiMaB

El deterioro de los puentes suele estar asociado al aumento constante del tráfico rodado y a las influencias ambientales. En el caso de Alemania, en donde hay en torno a 40.000 puentes, resulta esencial llevar a cabo una evaluación integral del estado de las estructuras, para garantizar su disponibilidad, eliminar cuellos de botella y optimizar el flujo del tráfico.

El proyecto OSiMaB permitirá seguir avanzando en la normativa alemana —que ya es muy exigente— y facilitará la gestión de la seguridad en el futuro.

Desafío

El deterioro de los puentes es una amenaza para la fluidez del tráfico de personas y mercancías. El aumento constante del volumen de transporte, junto con las influencias ambientales y los procesos químicos, hace indispensable monitorizar de manera fiable el estado de los 40.000 puentes que existen en Alemania. Para detectar precozmente los daños y para pronosticar los daños futuros, los actuales sistemas de seguimiento del estado de las estructuras deben complementarse con componentes que aporten visión de futuro.

Solución

Se espera mejorar de manera sustancial la eficiencia de los aspectos ecológicos, económicos y sociales mediante el uso de puentes inteligentes. La monitorización permanente e integral en tiempo real hace posible reparar de forma temprana los daños en las infraestructuras. Por otro lado, los sistemas inteligentes y predictivos también ayudan a identificar áreas problemáticas.

Resultado

HBM ha desarrollado un concepto integral para la monitorización de puentes, en colaboración con el Instituto Federal de Investigación Vial (BASt), ITC Engineering, la Universidad Politécnica de Berlín, la Universidad de Bonn y el Instituto Hasso Plattner. El sistema OSiMaB está diseñado para ayudar a los propietarios y concesionarios de carreteras a planificar la gestión del mantenimiento desde una fase temprana, de manera conforme con los requisitos.

El proyecto OSiMaB

En el contexto de la iniciativa de investigación mFUND, el Ministerio de Transporte e Infraestructura Digital de Alemania (BMVI) financia proyectos de I+D relacionados con aplicaciones digitales basadas en datos que supongan avances en conceptos de Movilidad 4.0. OSiMaB (Online Safety Management System for Bridges) forma parte de la iniciativa mFUND y recibe financiación del estado a través del Instituto Federal de Investigación Vial,

Los socios del proyecto OSiMaB, que son HBM, el Instituto Federal de Investigación Vial (BASt), ITC Engineering, la Universidad Politécnica de Berlín, la Universidad de Bonn y el Instituto Hasso Plattner, se han marcado el objetivo de crear un sistema modular y adaptativo para la evaluación en tiempo real de la seguridad y la fiabilidad de los puentes de las carreteras. El sistema podría adaptarse a otras tipologías de puentes en cualquier momento. El sistema debe registrar todas las influencias relevantes, las reacciones y los daños. Además, debe evaluar el estado del puente desde una perspectiva holística; es decir, tanto el estado actual del puente como el pronóstico para el resto de la vida útil de los componentes y del puente en su conjunto. 

OSiMaB aportará una serie de beneficios a la monitorización de infraestructuras de tráfico:

  • Una solución de monitorización económica, ampliable y fácil de instalar.
  • Algoritmos de evaluación innovadores, que facilitan el mantenimiento predictivo, junto con servicios para optimizar las labores de mantenimiento, reparación y conservación.
  • Aseguramiento de la calidad y control funcional de los componentes relevantes para la seguridad.
  • Mejora de la seguridad a través de la detección precoz de cambios relevantes.
  • Datos de medida objetivos, con calidad garantizada, para llevar a cabo análisis fiables que garanticen la operatividad de las estructuras.
  • Monitorización de los requisitos de uso.
  • Registro de variables de acción y tensión para utilizarlas como entrada en análisis más refinados (por ejemplo, ensayos de fatiga).
  • Integración de nuevos desarrollos tecnológicos en el campo de la inteligencia técnica.

OSiMaB, una solución proactiva

Los sistemas inteligentes tienen aplicaciones en distintas fases del ciclo de vida de un edificio o estructura (construcción, mantenimiento y explotación). Si se incorporan desde la fase de construcción, permiten detectar y documentar de manera temprana desviaciones con respecto al estado objetivo, lo cual ayuda a iniciar medidas de corrección. En el contexto del mantenimiento, la evaluación permanente del estado y la notificación rápida a las autoridades responsables del puente en caso de producirse cambios en el estado tienen un gran interés. Los sistemas inteligentes tienen potencial para mejorar sustancialmente la eficiencia de los aspectos ecológicos, económicos y sociales.

El proyecto OSiMaB aplica un concepto integral a la monitorización de puentes en la red principal de carreteras de la República Federal de Alemania. Añade a la monitorización de estado ya existente un componente de monitorización predictiva, que ayuda a la detección temprana de daños, a predecir el deterioro futuro y a planificar medidas de mantenimiento. Su concepto holístico reduce las restricciones de tráfico para los usuarios de las carreteras. En el mejor escenario, no es preciso cerrar ningún puente al tráfico pesado de mercancías. Como beneficio adicional, la monitorización exhaustiva de las estructuras viarias que soportan cargas produce un efecto de reducción de costes, ya que la planificación con vistas al futuro limita el deterioro de los puentes. Incluso es posible hacer planes presupuestarios y de necesidades de personal en fases más tempranas.

OSiMaB utiliza el repositorio de datos ya existente de la red principal federal, y lo complementa con datos obtenidos de puntos de medida en obras de construcción y con modelos de simulación. Tomando como base estos datos y con la ayuda de innovadores algoritmos de evaluación, se está desarrollando un sistema inteligente para la evaluación del estado de los puentes y el diagnóstico de sus futuras necesidades de mantenimiento. Estos nuevos algoritmos de evaluación son lo que hacen único el concepto de OSiMaB

En los últimos años, OSiMaB ha fusionado y refinado conjuntos de datos de edificios y datos de tráfico, con el fin de poner a punto los algoritmos de evaluación deseados. OSiMaB ya cuenta con un sistema de monitorización en funcionamiento en un puente representativo, que recoge datos de forma continua. Esta base de datos se emplea para poner a prueba los algoritmos ya desarrollados, con el fin de seguir mejorando las posibilidades de análisis de datos.

7 preguntas para OSiMaB: Entrevista con Andreas Socher, del Instituto Federal de Investigación Vial (BASt), coordinador del proyecto OSiMaB (Online Safety Management System for Bridges) con financiación mFUND.

Ir a la entrevista

Y HBM tiene un papel destacado

HBM ha contribuido al desarrollo de este concepto integral para la monitorización de puentes en colaboración con el Instituto Federal de Investigación Vial (BASt), ITC Engineering, la Universidad Politécnica de Berlín, la Universidad de Bonn y el Instituto Hasso Plattner. El caso es que para verificar los algoritmos de OSiMaB, analizar los parámetros de interés para los puentes y desarrollar un sistema de evaluación, era necesario recopilar datos de un puente representativo. Se seleccionó como estructura de demostración un puente situado en la autopista A45. HBM aportó una solución de tecnología de medición completa, y se encargó de instalarla y ponerla en servicio en el puente elegido.

La solución consiste en 150 sensores analógicos encargados de medir una gran variedad de magnitudes físicas, como deformación, aceleración, inclinación, temperatura y ruido. Una cámara de vídeo graba el tráfico de forma sincronizada con los sensores con los que se ha instrumentado el puente. Todo el sistema está sincronizado, de modo que sea posible correlacionar distintos sensores con fines de análisis.

Como solución de adquisición de datos se emplea el sistema modular QuantumX junto con el software catman AP, ambos de HBM. La funcionalidad edge de monitorización de catman es esencial: se emplea para la parametrización, el cálculo, la visualización, el análisis en línea y el almacenamiento de datos local y en la nube. La totalidad del sistema se conecta a un servidor a través de un router LTE y una VPN. Un switch remoto y un sistema de monitorización del armario de control ofrecen amplias posibilidades de mantenimiento remoto. Los datos adquiridos se transmiten al sistema de modelización de datos del edificio (BIM), que aporta el socio de proyecto ITC Engineering, y se presentan en un panel de controles organizado con claridad. 

Estructura del sistema de OSiMaB

Pulse en el gráfico para saber más sobre la estructura conceptual de OSiMaB.

Detalles del proyecto OSiMaB

Conjuntos de datos: 52.340 registros de datos de edificios, procedentes de 1736 puntos de medición automáticos y de mediciones manuales de tráfico rodado en 10.684 ubicaciones.

Importe de la financiación: 2,94 millones de euros

Duración: 5/2017 - 12/2020

Personal del proyecto: 14

Participantes en el proyecto: Instituto Federal de Investigación Vial (BASt), HBM - Test & Measurement, ITC EngineeringUniversidad Politécnica de BerlínInstituto Hasso Plattner Institute y Universidad de Bonn.

Lecturas adicionales

Ministerio federal de Transporte e Infraestructura Digital: 

Instituto Federal de Investigación Vial: 

Sociedad alemana de ensayos no destructivos: