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Sep 26, 2023

Técnicas de monitoreo temporal de la fuerza del cable durante la construcción de puentes.

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 7689 (2022) Cite este artículo 1749 Accesos 3 Citas Detalles de métricas Este artículo trata sobre el análisis comparativo del monitoreo actual de la fuerza del cable.

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 7689 (2022) Citar este artículo

1749 Accesos

3 citas

Detalles de métricas

Este artículo aborda el análisis comparativo de las técnicas actuales de monitorización de la fuerza del cable. Además, se incluye la experiencia de tres técnicas de monitoreo de tensiones de cables durante la fase de construcción: (a) la instalación de células de carga sobre los anclajes activos de los cables, (b) la instalación de galgas extensométricas unidireccionales, y (c) la evaluación de tensiones en cables aplicando la técnica de cuerda vibrante mediante la instalación de acelerómetros. Las principales ventajas y desventajas de cada técnica analizada se destacan en el contexto del Proceso Constructivo del Viaducto del Tajo, uno de los viaductos más singulares construidos recientemente en España.

Una de las soluciones propuestas por los ingenieros civiles para superar grandes luces es la utilización de puentes atirantados o colgantes. El componente crítico de estas estructuras radica en la vulnerabilidad de los cables a problemas o daños asociados con la fatiga y/o corrosión1 causados ​​por cargas dinámicas como cargas de tráfico cíclico, cargas de viento y otras cargas operativas, así como efectos ambientales2. Los Sistemas de Monitoreo de la Salud Estructural (SHMS) son una herramienta muy útil para el mantenimiento de estructuras. Una de las principales fases del diseño de SHMS es identificar los parámetros que definen el comportamiento de las estructuras3,4. Los cables de suspensión temporal para la fase constructiva presentan los mismos problemas y es en esta fase donde el artículo analiza con más detalle.

El parámetro más importante para la evaluación de tensiones y daños por fatiga y corrosión de cables en servicio es el registro histórico de las tensiones axiales en el tiempo de estos elementos estructurales. Este parámetro ha sido reconocido como un indicador útil del daño por condición de seguridad de los tirantes y también de los cables de suspensión en puentes5, y el monitoreo en tiempo real de este indicador se ha vuelto esencial para la evaluación de posibles daños por fatiga en estos elementos estructurales. Por esta razón, el monitoreo y evaluación del desempeño estructural se ha convertido en una práctica estándar para garantizar la seguridad y durabilidad de las estructuras atirantadas o suspendidas6,7,8,9.

Se utilizan varios tipos de pruebas no destructivas para diagnosticar el estado de seguridad de los tirantes en puentes9, como las pruebas ultrasónicas, la técnica de detección de fugas de flujo magnético10 o los rayos X. Aunque eficaces, estas técnicas son más adecuadas para la evaluación de estancias fuera de servicio.

Por un lado, se han desarrollado diversos dispositivos para la medición directa de la deformación en cables de puentes, como células de carga9,10,11,12,13,14,15, sensores de rejilla de Bragg de fibra óptica16 o sensores de deformación elastomagnéticos17,18.

Estos sensores son capaces, gracias a sus tecnologías específicas, de determinar con precisión las tensiones experimentadas por el cable y, cuando se conectan a un Sistema de Monitoreo Estructural (SMS), también es posible crear un registro histórico a largo plazo de las tensiones del cable. así como acceder a estos datos en tiempo real desde cualquier ubicación remota.

Por otro lado, la metodología indirecta más común para la evaluación rápida de las tensiones en cables de puentes es la técnica de la cuerda vibrante. Este método se basa en la relación entre la tensión del cable y su frecuencia de vibración, que puede identificarse correctamente a partir del registro de las aceleraciones durante la vibración libre de los cables de suspensión19,20,21,22,23,24. La aplicación de este método requiere el uso de técnicas de descomposición espectral que permitan determinar en tiempo real los esfuerzos en los cables de suspensión en puentes mediante la identificación de las frecuencias de vibración durante un régimen de vibración libre25,26,27,28,29,30, 31.

Existen muchos tipos de sensores para cada una de las técnicas de medición32,33,34,35.

Los sensores electrónicos transforman la medida (parámetro a medir) en un cambio de voltaje, corriente, resistencia, capacitancia o inductancia. Los sensores eléctricos vienen en muchas variedades y, a menudo, son muy sencillos de conectar a cualquier sistema de registro de datos. Los ejemplos incluyen sensores de desplazamiento de potenciómetros, galgas extensométricas resistivas, células de carga, medidores de inclinación MEMS36 y sensores piezoeléctricos. Los sensores eléctricos suelen ser relativamente económicos, pero pueden estar sujetos a deriva y verse afectados o dañados por perturbaciones electromagnéticas como las líneas eléctricas.

Los sensores de cuerda vibrante (VW)37 transforman la medición en una probabilidad de la frecuencia de vibración de un alambre. En el caso del sensor de deformación VW, un cambio en la deformación resulta en un cambio en la tensión de un alambre de acero, mientras que en el caso de los piezómetros VW la deformación de una membrana debido a un cambio en la presión del agua también induce un cambio en la tensión. del cable del sensor. Una vez que el cable es excitado por un electroimán, es posible medir con precisión su frecuencia de vibración. Las mediciones de frecuencia son muy precisas y estables, razón por la cual estos sensores se han convertido en un estándar para mediciones precisas a largo plazo en monitoreo geotécnico y estructural.

Desde muchos puntos de vista, los sensores de fibra óptica38 son los transductores ideales para el monitoreo de la salud estructural. Estos sensores transforman las cantidades a medir en un cambio en la característica de propagación de la luz que viaja a través de la fibra óptica. Al ser duraderos, estables e insensibles a las perturbaciones externas, son particularmente útiles para la evaluación de la salud a largo plazo de estructuras civiles y geoestructuras. Existen muchas tecnologías diferentes de sensores de fibra óptica, incluidas las rejillas de fibra de Bragg, el interferómetro SOFO, el interferómetro Fabry Perot y los sensores Brillouin y Raman distribuidos, y ofrecen una amplia gama de rendimientos e idoneidad para diferentes aplicaciones.

A principios de la década de 1990, los sensores de fibra óptica hicieron una entrada importante en la industria de los sensores y ahora tienen una presencia establecida en la industria de la detección estructural39.

Los sensores de fibra distribuida40,41 representan un cambio de paradigma en términos de monitoreo y detección. Los sensores distribuidos son capaces de detectar en cualquier punto a lo largo de una única fibra óptica de telecomunicaciones estándar, lo que permite discriminar diferentes posiciones del parámetro medido a lo largo de la fibra, transfiriendo tensión y temperatura de la estructura a la fibra.

Los sensores distribuidos están especialmente recomendados42 para detectar y discriminar eventos en cualquier punto dentro de una estructura.

Estas técnicas son particularmente útiles para monitorear los movimientos globales de estructuras43. Entre ellos se incluyen los métodos tradicionales de geodesia, estaciones totales con o sin prismas objetivo instalados en la estructura, distanciómetros y perfilómetros láser, así como radares terrestres (incluido el radar de apertura sintética). Estas técnicas pueden utilizarse, por ejemplo, para medir la deformación de un puente, el movimiento de una torre, la progresión de un deslizamiento de tierra o la deflexión de una presa.

Olaszek44 desarrolló un método que incorporaba el principio fotogramétrico con la técnica de visión por computadora para investigar las características dinámicas lentas de los puentes.

Patsias y Staszewski45 y Yoshida et al.46 iniciaron el uso de técnicas videogramétricas para medir formas modales de un haz y capturar el comportamiento dinámico 3D de diferentes estructuras. Chung et al.47 utilizaron técnicas de imágenes digitales para identificar características no lineales en sistemas estructurales más complejos. Chang y Ji48 desarrollaron una técnica videogramétrica de dos cámaras para medir una respuesta de vibración estructural en 3D a nivel de laboratorio. En49, Ji y Chang propusieron una novedosa técnica sin objetivo basada en el análisis de imágenes utilizando una cámara digital para medir la vibración del cable pero, nuevamente, es una prueba de concepto.

Estas técnicas, aunque prometedoras y la mayoría de ellas verificadas a nivel de laboratorio o en condiciones controladas, no parecen proporcionar información dinámica completa, sólo una parte de la vibración libre. Por tanto, la aplicación durante la construcción debe esperar a un nivel de desarrollo más avanzado.

El Viaducto del Río Tajo pertenece al ferrocarril de alta velocidad Madrid-Extremadura. Se encuentra situado en la provincia de Cáceres y tiene una longitud total de 1488 m. Su distribución de luces viene determinada por el ancho del río Tajo, sobre el que se extiende el viaducto en arco de 324 m. El tablero anterior se divide en seis vanos de 54 m cada uno. Los vanos de acceso tienen una longitud de 60 m, existiendo entre ellos dos vanos de transición de 57 m y los vanos de tablero sobre el arco. El resultado es una adecuada y armoniosa distribución de los 26 vanos que componen el tablero del Viaducto del Río Tajo: 45 m + 9 × 60 m + 57 m + 6 × 54 m + 57 m + 7 × 60 m + 45 m50,51.

El trazado del viaducto presenta una curva muy amplia y luego una línea recta a lo largo del resto del puente. El elemento más emblemático de este viaducto es el arco, con una luz entre sus apoyos de 324 m, que se eleva sobre sus cimientos hasta una altura de 70 m y sobre el nivel máximo del Embalse de Alcántara hasta una altura de más de 80 m.

El arco se construyó mediante la técnica de voladizos atirantados sucesivos, con dos torres temporales colocadas en los pilares de ambas orillas del río (ver Fig. 1). Cada torre estaba arriostrada a los cimientos de los pilares vecinos, por lo que fue necesario dotar a estos cimientos de las unidades de anclaje al terreno pretensado. Para la fase de construcción del arco, quince pares de cables sostenían cada arco medio completo y otros quince pares sostenían la torre. La longitud de estos cables oscilaba entre 80 y 180 m.

Viaducto del Río Tajo durante su construcción.

Cada medio arco está formado por un total de 46 dovelas de 4 m de longitud cada una. El carro hormigonador es un elemento metálico que soporta el encofrado de cada dovela y su hormigonado. Este carro se colocó en la zona del arco que se había hormigonado más recientemente, con el fin de preparar el hormigonado del siguiente segmento.

Una vez terminado el arco, se desmanteló el sistema de cables temporal compuesto por torres temporales, cables y anclajes al suelo. En este punto se construyeron dos pilas adyacentes a cada lado del arco que, junto con la rebajada, sostienen el tablero sobre el arco. El tablero se construyó vano a vano mediante encofrados autoportantes de ambos estribos. Para evitar crear tensiones excesivas en el arco, el tablero se hormigonó de forma simétrica y permitió un desplazamiento máximo de un solo vano.

Durante el seguimiento estructural del Viaducto del Río Tajo se utilizaron tres metodologías para monitorizar la tensión en los cables de suspensión temporales del tramo principal tipo arco: (a) galgas extensométricas instaladas en el anclaje activo de los cables temporales, (b) deformación unidireccional calibres instalados en uno de los siete hilos pertenecientes a uno de los cordones del cable, y (c) instrumentación del cable mediante un acelerómetro unidireccional.

Las células de carga extensímetro diseñadas por los autores para la instrumentación de los cables temporales del Viaducto del Río Tajo consistieron en un anillo metálico entre la placa de anclaje del cable y la placa de distribución sobre el pilote o torre temporal. Debido a las dimensiones de los cables de suspensión, el diámetro medio de las células de carga del Viaducto del Río Tajo varió entre 200 mm para los cables menos cargados (2000 kN) y 500 mm para los cables más cargados (5500 kN) (ver Fig. 2).

Células de carga del Viaducto del Río Tajo: (a) célula de carga del muelle; (b) celda de carga en torre de suspensión temporal.

Esta tecnología permite determinar la deformación en el cable atirantado a partir de la caracterización empírica de la deformación normal media en el anillo central de la celda de carga, ver Ec. (1). Para ello, el perímetro exterior del anillo central está instrumentado mediante la distribución uniforme de galgas extensométricas bidireccionales conectadas en serie mediante una configuración completa de puente de Wheatstone52,53,54,55.

donde F = Esfuerzo en el cable de suspensión; σ = Esfuerzo normal; dΩ = Área diferencial en el anillo central; ɛi = Deformación normal en la i-ésima galga extensométrica; n = Número de galgas extensométricas; Ea = Módulo de elasticidad del acero; Ωc = Área del anillo central.

Las células de carga instaladas en los cables permitieron certificar el correcto tensado de las familias de cables y caracterizar, en tiempo real, las variaciones en las tensiones que experimentan los cables de suspensión durante las diferentes fases del proceso constructivo (ver Fig. 3). ). Estos dispositivos permitieron detectar cualquiera de los siguientes fenómenos estructurales ocurridos durante el proceso constructivo: (1) la variación de esfuerzos en el cable debido al aumento térmico diario, con incrementos de esfuerzos de alrededor de 150 kN para variaciones diarias de temperatura de 30 K (30°C); (2) las variaciones de tensiones debidas al hormigonado de dovelas sucesivas, pudiendo variar desde 200/300 kN en los cables más cercanos al segmento hormigonado, hasta valores inferiores a la variación diaria en los cables más alejados; (3) los esfuerzos aumentan debido al tensado de las sucesivas familias de cables (ver Fig. 4), con variaciones de esfuerzos superiores a 500 kN en las familias más cercanas a los cables colocados bajo carga, e inferiores a la variación diaria de la carga en las familias más alejadas; o (4) variaciones de esfuerzos debido a operaciones de reajuste de carga en los cables.

Registro de la evolución de tensiones en los cables de retención del semiarco norte: (a) 2ª familia de cables; (b) 4ª familia de cables; (c) 6.ª familia de cables; (d) octava familia de cables; (e) 12.ª familia de cables; (f) 14.ª familia de cables.

Evolución de los esfuerzos experimentados por la octava familia de cables de retención.

La figura 4 muestra la evolución de los esfuerzos que experimentan los tirantes de la octava familia. Este gráfico muestra la evolución de la tensión que caracteriza la célula de carga instalada en uno de los tirantes traseros, así como la evolución de la tensión teórica predicha por el modelo de cálculo teórico. Se puede observar claramente la evolución de los esfuerzos experimentados en los tirantes provisionales de la octava familia, provocados por el hormigonado de las sucesivas dovelas de arco y el tesado de las sucesivas familias de cables.

La Figura 3 muestra la evolución de los esfuerzos experimentados por las diferentes familias de cables de retención del medio arco norte y su comparación con los valores teóricos del proyecto durante todas las fases constructivas del vano del arco principal, mientras que la Figura 5 muestra la evolución de los esfuerzos en los cables de suspensión del medio arco norte durante la carga de los cables correspondientes a la 13° familia de cables temporales.

Registro de la evolución de las tensiones en los tirantes del semiarco norte durante el tesado de la decimotercera familia de cables: (a) 3ª familia de cables; (b) quinta familia de cables; (c) séptima familia de cables; (d) novena familia de cables; (e) 11.ª familia de cables; (f) 13.ª familia de cables.

Los valores proporcionados por la instrumentación de los tirantes provisionales del Viaducto del Río Tajo permitieron actualizar continuamente los modelos de cálculo con la realidad de la obra. La comparación y actualización de los valores teóricos/empíricos permitió reajustar los valores de carga en los tirantes en caso de grandes desviaciones.

Durante la instrumentación de los cables correspondientes a las dos primeras familias de cables temporales, los autores detectaron que el borde dado inicialmente a las células de carga extensímetro no era suficiente para minimizar el error inducido por las irregularidades en las condiciones de contorno. Fue necesario complementar estos sensores con otro tipo de sensores para caracterizar las variaciones de deformación en los cables. Se decidió instalar dos galgas extensométricas unidireccionales en uno de los siete cables que forman uno de los hilos, conectados entre sí mediante una configuración de puente de Wheatstone completa52,53,54,55. Esta tecnología permite instrumentar los cables una vez cargados y permite caracterizar empíricamente los aumentos de deformación que experimenta el cable.

Los alambres de acero que forman el torón se tuercen entre sí de manera que la directriz de estos alambres tenga una cierta desviación angular con respecto a la directriz del torón (ver Fig. 6). Este hecho hace que la recuperación de la deformación del cordón a partir de la deformación del alambre sea indirecta, e implica la necesidad de realizar la calibración del sistema de medición en un tensiómetro donde se pueda obtener la correlación kN/μɛ entre la tensión del cordón y la deformación del alambre (ver Fig. 7). El tesado de los tirantes provisionales del Viaducto del Río Tajo se realizó mediante la técnica de isotensado56. Esta técnica permite obtener una tensión idéntica en cada uno de los torones que componen cada tirante. Sin embargo, es aconsejable instrumentar varios hilos de un mismo tirante para obtener una medida óptima de la tensión en el tirante.

Instalación de galgas extensométricas unidireccionales en uno de los hilos de un cordón de un cable temporal.

Calibración del método de instrumentación del cable mediante la instalación de galgas extensométricas unidireccionales: (a) cordón de pretensado en pórtico portante; (b) curva de carga/deflexión durante la prueba de calibración.

La instrumentación simultánea de las dos primeras familias de tirantes mediante células de carga y extensómetros unidireccionales instalados en uno de los cordones que componen el tirante proporcionó un doble contraste del valor de las tensiones que experimentan estos elementos estructurales. La Figura 8 muestra la evolución del valor de la tensión en el tirante instrumentado de la cuarta familia proporcionada por la célula de carga (CNT-4), por los extensómetros (CNT-4_ext) y por el modelo de cálculo teórico (CNT-4_teórico). El gráfico muestra la evolución de las tensiones en el tirante debido al hormigonado de los sucesivos tramos de arco y al tesado de los sucesivos tirantes provisionales.

Evolución del esfuerzo experimentado por la cuarta familia de tirantes.

Debido a los problemas encontrados en las mediciones de las metodologías directas explicadas anteriormente para las dos primeras familias de cables del Viaducto del Río Tajo, los autores propusieron realizar una campaña de pesaje de los cables pertenecientes a estas familias mediante la técnica de cuerda vibrante. Esta técnica permite medir la tensión en cables de puentes caracterizando su frecuencia de vibración y su masa19,57,58. La ecuación diferencial que relaciona el esfuerzo axial de un cable con su masa, su rigidez a la flexión y su frecuencia de vibración es la siguiente:

La solución Ec. (3) a la ecuación diferencial. (2) permite obtener la tensión axial del cable.

La rigidez a flexión (E·I) en los cables del puente es despreciable con respecto a su rigidez axial. Este hecho hace que la segunda y tercera sumas de la ecuación. (3) insignificante con respecto al primero, lo que resulta en la ecuación. (4) que relaciona el esfuerzo axial del cable con su masa y frecuencia19 de oscilación. La Figura 9 muestra la evolución del error cometido, asumiendo la simplificación establecida en la Ec. (4), para cada una de las familias de tirantes temporales del Viaducto del Río Tajo, en función de los esfuerzos que experimentan estos elementos estructurales.

donde T = Esfuerzo axial sobre el cable; u = Modo de vibración considerado; f = Frecuencia de vibración correspondiente al modo u; E = Módulo de elasticidad del material que compone el cable; I = Momento de inercia del cable; L = Longitud de vibración del cable; m = Masa por metro lineal del cable.

Evolución del error cometido por la formulación simplificada de la cuerda vibrante: (a) cables de suspensión norte; (b) cables de retención norte; (c) cables de suspensión sur; (d) cables de retención sur.

Para realizar el pesaje de los cables mediante la técnica de cuerda vibrante, se instaló sobre el cable bajo prueba un acelerómetro piezoeléctrico mediante una herramienta que recoge el conjunto vaina-cordón, excita el cable y mide las aceleraciones que experimenta el cable durante Se mide su movimiento en vibración libre. Para obtener el esfuerzo axial del cable aplicando la ecuación. (4), es necesario considerar la masa total movida. En el caso de los cables provisionales del Viaducto del Río Tajo, fue necesario considerar la masa de los torones que componen el cable junto con la masa de la funda protectora (ver Fig. 10). Otro parámetro importante para la correcta determinación de la tensión en tirantes de puentes mediante la técnica de cuerda vibrante es la longitud del tirante. En el caso de los tirantes del Viaducto del Puente del Tajo, esta longitud se obtuvo mediante topografía. Los registros de aceleración experimentada por los cables se analizaron aplicando la Transformada Rápida de Fourier58,59,60,61, obteniendo las frecuencias propias de los cables, y consecuentemente su esfuerzo axial (ver Fig. 11).

Acelerómetro piezoeléctrico en el tirante temporal del Viaducto del Tajo.

Obtención de las tensiones en la quinta familia de tirantes a partir de sus frecuencias de vibración: (a) acelerograma; (b) espectro de frecuencias.

Debido a experiencias previas en la construcción de puentes similares8,60,62,63,64 en las que se produjeron episodios de confluencia entre la frecuencia de generación de vórtices por la acción del viento sobre la estructura y su frecuencia de vibración, se decidió realizar la campaña de ensayos con cuerda vibrante. utilizado para obtener el factor de amortiguamiento de los cables del Viaducto del Río Tajo. Para obtener el factor de amortiguamiento (ver Fig. 12), el ensayo consistió en someter el cable a una tensión inicial aplicando un desplazamiento en su tramo principal y luego soltarlo bruscamente, dejándolo oscilar en régimen de vibración libre. La obtención de este parámetro permitió actualizar el modelo de cálculo de la estructura y predecir el comportamiento de los tirantes ante posibles fenómenos aeroelásticos. En la Tabla 1 se muestra el valor del factor de amortiguamiento obtenido para las dos primeras familias de cables de suspensión y retención. El factor de amortiguación del cable se obtiene de la disminución logarítmica entre las amplitudes máximas de su oscilación durante la vibración libre, ver ecuación. (5)65:

donde η = Factor de amortiguamiento respecto del crítico; n = Número de ciclos considerados para el análisis; A0 = Amplitud máxima en la oscilación inicial considerada para el análisis; An = Amplitud máxima en la enésima oscilación considerada para el análisis.

Recuperación del factor de amortiguamiento del cable de retención derecho de la quinta familia de cables temporales del semiarco norte del Viaducto del Río Tajo: (a) registro de las aceleraciones asociadas al primer modo de vibración; (b) récord de velocidad; c) registro de desplazamiento.

Buscando un doble propósito, los autores propusieron una solución que permitiría monitorear la evolución de las tensiones en el cable y caracterizar la posible aparición de fenómenos aeroelásticos provocados por resonancia o fenómenos similares8,60,62,63,64. Esta solución consistió en la instrumentación permanente del cable de retención derecho perteneciente a la quinta familia de cables temporales del semiarco norte del Viaducto del Río Tajo (NT-5d). Para ello se instaló en el cable seleccionado un acelerómetro piezoeléctrico mediante una herramienta idéntica a la utilizada en la campaña de pruebas puntuales de cuerda vibrante y se conectó este sensor al SMS del Viaducto del Río Tajo. La Figura 13 muestra el seguimiento de la evolución de tensiones en el cable obtenido del análisis de los datos proporcionados por el acelerómetro piezoeléctrico.

Seguimiento de la evolución de las tensiones en el cable de retención derecho perteneciente a la quinta familia de cables temporales del semiarco norte del Viaducto del Río Tajo (NT-5d) mediante acelerómetro piezoeléctrico.

La instrumentación simultánea de las dos primeras familias de tirantes mediante células de carga y galgas extensométricas unidireccionales instaladas en uno de los cordones que componen el tirante, junto con la campaña de pesaje del tirante mediante la técnica de cuerda vibrante, permitió realizar un análisis comparativo de las tensiones proporcionadas para cada una de las técnicas de seguimiento estructural. La Figura 14 y la Tabla 2 muestran la tensión proporcionada por cada una de las técnicas de monitoreo estructural utilizadas por los autores.

Esfuerzo facilitado por cada una de las técnicas de seguimiento estructural utilizadas.

Las lecciones aprendidas durante la monitorización del Viaducto del Tajo mediante la instalación de las diferentes tecnologías de sensores se pueden resumir de la siguiente manera (ver Tabla 3):

Células de carga extensométricas

Ventajas:

Permite medir la tensión en los cables con un error inferior al 1%.

Solución robusta, resistente a golpes y resistente a la intemperie.

Desventajas:

Representa la mayor inversión económica.

La instrumentación de cables de alta resistencia implica el diseño de celdas de carga grandes y muy pesadas que son difíciles de manejar e instalar en el sitio.

La instalación sólo es posible antes de la operación de instalación del cable.

Galgas extensométricas unidireccionales

Ventajas:

Técnica que supone la menor inversión económica.

La instalación es posible en cualquier etapa del proceso de construcción.

Desventajas:

Solución menos robusta, muy sensible a los golpes y a las inclemencias del tiempo.

En el caso de instalación, una vez en servicio, el cable proporciona los incrementos de tensión sobre el elemento estructural, pero no es posible obtener el valor absoluto de la tensión en el cable.

La precisión de la medición de la tensión en los cables está fuertemente influenciada por la correcta instalación del dispositivo en el sitio.

Acelerómetros unidireccionales

Ventajas:

La instalación es posible en cualquier etapa del proceso de construcción.

Permite registrar el valor absoluto de la tensión sobre el cable independientemente de la fase del proceso constructivo en la que se haya instalado el sensor.

Permite medir la tensión en los cables con un error inferior al 1%.

Desventajas:

La técnica genera un gran volumen de datos y es necesario recurrir a técnicas de descomposición espectral para obtener la tensión sobre el cable.

Gracias a este trabajo, los autores pretenden dar una visión general de los diferentes sistemas de monitorización utilizados actualmente para las técnicas de monitorización temporal de la fuerza de los cables durante la fase de construcción de puentes. Para ello se ha realizado una revisión del estado de la técnica. También se ha proporcionado una visión general entre células de carga, sistemas de galgas extensométricas unidireccionales y acelerómetros. Todos estos métodos están bien establecidos y son muy precisos. Sin embargo, cada uno de ellos tiene sus propias ventajas y desventajas en cuanto a instalación e implementación. La técnica más prometedora que se está desarrollando hoy en día está basada en imágenes y puede considerarse complementaria a los métodos actualmente disponibles. Hoy en día, esta técnica no puede proporcionar el mismo nivel de precisión que los métodos actuales, pero es barata y fácil de usar en comparación con el acelerómetro, es decir, aún es necesario un mayor desarrollo antes de que pueda implementarse en puentes atirantados de grandes luces debido a su comportamiento. no es baladí. De hecho, los puentes de grandes luces son susceptibles a las vibraciones ambientales e inducidas por el tráfico.

Con todos estos puntos en mente, este artículo pretende servir de base para todos los trabajos relacionados con el mundo de la monitorización de cables durante la construcción de puentes.

Los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles del autor correspondiente, Gaute A., previa solicitud razonable.

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Los autores agradecen a la Administración de Infraestructuras Ferroviarias ADIF por confiar en el Laboratorio de Estructuras de la Universidad de Cantabria para realizar el seguimiento estructural del Viaducto del Río Tajo. Este trabajo ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea bajo el Acuerdo de Subvención nº 769373 (proyecto FORESEE). Este artículo refleja únicamente las opiniones del autor. La Comisión Europea y el INEA no son responsables del uso que pueda hacerse de la información contenida en el mismo.

Grupo de Instrumentación y Análisis Dinámico de Estructuras, University of Cantabria, Santander, Spain

Alvaro Gaute-Alonso

TECNALIA Alianza Vasca para la Investigación y la Tecnología (BRTA), Derio, España

David Garcia-Sanchez & Iñigo Calderon-Uriszar-Aldaca

Área de Ingeniería Estructural y Mecánica, Universidad de Cantabria, Santander, España

Carlos Alonso-Cobo

Universidad de Navarra, Pamplona, ​​España

Íñigo Calderón-Uriszar-Aldaca

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Conceptualización, AG-A., DG-S., CAC e IC-U.-A.; Metodología AG-A. y DG-S.; validación AG-A. y DG-S; análisis formal, AG-A. y DG-S.; investigación, AG-A. y DG-S.; Recursos, DG-S. y IC-U.-A.; escritura: preparación del borrador original, AG-A. y DG-S.; redacción: revisión y edición, CAC y IC-U.-A.; supervisión, AG-A., DG-S., CAC e IC-U.-A.; administración de proyectos, AG-A. y DG-S.; adquisición de financiación, DG-S., CAC e IC-U.-A. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Correspondencia a Álvaro Gaute-Alonso.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Gaute-Alonso, A., García-Sánchez, D., Alonso-Cobo, C. et al. Técnicas de monitorización temporal de fuerzas en cables durante la fase de construcción de puentes: la experiencia del Viaducto del Río Tajo. Informe científico 12, 7689 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-11746-z

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Recibido: 24 de noviembre de 2021

Aceptado: 11 de abril de 2022

Publicado: 11 de mayo de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-11746-z

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