Los drones dan a los inspectores una mirada más cercana a los puentes

"Cada pocos años se toma otra serie de fotografías del puente y, en última instancia, se puede modelar. Presta atención de una manera más profunda a las respuestas, y tiene un registro". Pero al igual que los padres que no quieren enviar a sus hijos al médico a la primera señal de un resfriado, una vez que los gerentes entienden las características de un puente y su comportamiento, no necesitan hacer constantes reinspecciones en profundidad. Están constantemente buscando maneras de tomar mejores decisiones con los datos que ya tienen. "Gastamos mucho dinero inspeccionando puentes", dice Zoli. "La pregunta es si hay una forma más eficiente tecnológicamente de hacerlo."

Los drones son parte de la respuesta. El 5 de diciembre, Intel anunció su colaboración con el Departamento de Transporte de Minnesota y el Gabinete de Transporte de Kentucky aplicando las soluciones avanzadas de Intel para aviones no tripulados comerciales -incluyendo el software de planificación antes del vuelo, el avión no tripulado Falcon 8+ y la administración de datos de posprocesamiento- para inspeccionar la compleja infraestructura del puente. El software de Intel se utiliza para diseñar el plan de vuelo y las ubicaciones de captura de imágenes. Esa misión puede ser duplicada año tras año para las misiones subsiguientes, dando a los inspectores una comparación "de manzana a manzana" de la calidad cambiante del puente y el deterioro potencial, dice el anuncio de la compañía. El dron puede capturar datos aéreos detallados para la reconstrucción en 3D, con una precisión de hasta milímetros para la distancia de la muestra al suelo.

Utilizada para un activo como un puente, la tecnología también puede ayudar a los inspectores a conectar múltiples conjuntos de datos al activo de infraestructura, brindando a los ingenieros la capacidad de monitorear las condiciones cambiantes a lo largo del tiempo. Cada activo y sus datos se pueden recuperar fácilmente por nombre, ubicación y fecha, según la versión de Intel.

Paul McGuinness, jefe de inspección del puente con Michael Baker International, que ha estado involucrado en la parte de Kentucky de la colaboración de Intel en materia de inspección in situ, dice que la respuesta ha sido positiva hasta ahora. "Los drones no están reemplazando las inspecciones[manuales], pero son una herramienta de detección antes de someterse a una inspección física", dice.

El dron complementó el trabajo de los inspectores de escalada en cuerda de Michael Baker, y esa tecnología también ha sido mejorada. "Hemos duplicado la productividad utilizando asientos eléctricos", dice, describiendo una "silla de contramaestre" asistida por electricidad que los inspectores de Michael Baker han comenzado a utilizar para acelerar las inspecciones aéreas. "Pasas la cuerda a través del asiento y subes por el cable, en lugar de hacer rappel. Se puede inspeccionar subiendo y bajando. Es el doble de rápido y no fatiga a los escaladores", dice.

Finn Gottfredson, director de proyectos de Bridges Scandinavia para COWI Denmark, dice que su empresa de ingeniería de puentes ha desarrollado su propia herramienta de inspección virtual basada en drones durante los últimos dos años. "Durante muchos años, hemos estado tomando fotos de aviones para hacer modelos digitales. Pensamos que podíamos hacer algo similar durante las inspecciones", dice.

La empresa inspeccionó dos bloques de anclaje en el Stoerbelt, un importante puente colgante en Dinamarca, y utilizó fotos de cerca y de lejos para crear modelos 3D especializados. La dirección de visión de la cámara y la posición del dron con respecto al puente se pueden ver en el modelo, lo que ayuda a los ingenieros a hacer observaciones y notas en el modelo a entender mejor lo que están viendo y dónde está el problema en relación con toda la estructura. "Utilizamos estos modelos para navegar - usted podría fácilmente perder la sensación de dónde se encuentra cuando mira las fotos. Puedes dibujar un círculo alrededor de tu observación y registrarlo en una base de datos".

COWI está trabajando en la incorporación de estos datos de evaluación de inspección de modelos en un sistema de gestión de activos, dice Gottfredson. "Los sistemas de gestión de activos y el modelado de la información del edificio se fusionarán en los próximos años", predice.

Sensores inusuales
Ed McSpedon, un ingeniero civil de toda la vida, decidió ayudar en una puesta en marcha, Metal Fatigue Solutions, que se dirigió al mercado de la infraestructura con dos nuevos tipos de sensores. "No podría haber elegido un mercado más difícil para una nueva empresa. Nuestra industria no es la más abierta al cambio y a la innovación", dice. "Muchos clientes están en el gobierno, así que no hay recompensa por ser innovador. Nadie quiere ser el primero, pero nadie quiere ser el último".

Uno de los sensores es un sensor de fatiga electroquímico. Se coloca en una grieta del puente, y una cavidad dentro del sensor se llena con un electrolito que crea una capa pasiva de óxido encima del acero. Si la grieta comienza a crecer, se abre una capa de acero no expuesta previamente y cambia la corriente que fluye a través de la capa de electrolito, alertando a los inspectores sobre el crecimiento de la grieta.

El otro producto es un fusible de fatiga que parece una horquilla plana. Cada púa de la horquilla tiene una muesca diferente. Cada muesca se romperá en un cierto porcentaje de la vida de fatiga esperada de la estructura. Si un inspector ve que una púa que refleja, por ejemplo, el 40% de la vida útil a la fatiga se ha roto antes de lo esperado, esto indica que el elemento de acero está fallando prematuramente.

Marybeth Miceli, ingeniera en ciencias de los materiales y experta en pruebas no destructivas, fundó Miceli Infrastructure Consulting LLC hace ocho años para ayudar a los administradores de la infraestructura pública a determinar qué tipos de herramientas de inspección funcionan mejor para ellos. Al mismo tiempo, ayudamos a las empresas de tecnología a entender la transferencia de tecnología paralela, como la introducción de soluciones aeroespaciales en la industria de los puentes". Tienes que hablar el idioma[de los dueños del puente]. ¿Cómo hará más fácil su trabajo? ¿Cómo reducirá las horas-hombre de inspección? Si pueden tomar las decisiones correctas de reparación en el momento adecuado, ¿cómo afecta eso al plan general de gestión de activos?".

Hay resultados de técnicas mejoradas o nuevas disponibles o en pruebas. Por ejemplo, los puentes a menudo tienen problemas con la calidad de la lechada. Miceli recuerda un puente que tenía concentraciones de cloruros hasta un 400% mayores de lo esperado. "Solíamos buscar vacíos. Ahora necesitamos técnicas más completas que permitan encontrar la corrosión sin huecos. Se pueden usar ondas guiadas por ultrasonido o emisiones acústicas para escuchar las roturas de fibras", dice.

Otra cuestión que se está abordando es la del lavado de dinero. Una compañía llamada Sensr Monitoring Solutions utiliza tres acelerómetros y medidores de inclinación posicionados en dos direcciones para monitorear los movimientos de los muelles durante un evento acuático de alta velocidad, dice Miceli. ¿Cuáles son esas fuerzas? Al mirar la inclinación absoluta, ella pregunta: "¿Regresó el muelle a su lugar original?"

En enero pasado, una grieta en una viga del puente de peaje Delaware River-Turnpike, un puente de cuatro carriles de acero arqueado que cruza el río Delaware entre Burlington Township, N.J., y Bristol Township, Pa., llevó a un cierre temporal. Esto le dio a Ashley Thrall, profesora asociada de ingeniería estructural en la Universidad de Notre Dame, y a su estudiante Yao Wang la oportunidad de usar la "correlación de imagen digital" tridimensional para el análisis de estrés.

Monitoreo no destructivo
DIC es una técnica de monitoreo fotográfico no destructiva y sin contacto que mide deformaciones y desplazamientos de campo completo utilizando principios de reconocimiento de patrones y triangulación fotogramétrica. Para el monitoreo de puentes, el DIC proporciona ventajas adicionales ya que es portátil y no requiere cableado ni un sistema de adquisición de datos instalado en el lugar.

Los investigadores utilizaron dos cámaras montadas sobre una barra rígida para tomar fotos de las tensiones superficiales en siete miembros de la celosía norte a lo largo del proceso de reparación, lo que incluyó el levantamiento vertical de la estructura de las torres para restaurar la posición de las celosías, seguido por el postesado y el empalme de la celosía fracturada para restaurar la fuerza de carga muerta original.

DIC ha existido por un tiempo, pero "ahora lo estamos usando en proyectos emocionantes", dice Thrall. Ha utilizado DIC en el Puente Mario Cuomo en Nueva York y en varios puentes de vigas de acero en Indiana, monitoreando cuánta tensión se está ejerciendo sobre las vigas después de que han sido golpeadas por vehículos. La DIC tiene sus inconvenientes, pero su combinación con otras tecnologías en evolución es prometedora para mejorar. "Se necesita un día completo para modelar y fotografiar", dice. También tuvo que usar un elevador de hombres, pero complementar DIC con tecnologías como los drones "ciertamente haría las cosas más fáciles", dice.

Otras tecnologías existentes de monitoreo de puentes también están evolucionando. "La evolución del radar de penetración en el suelo es una de las cosas de nuestra lista", dice Chris Williams, ingeniero asistente de estructuras estatales e ingeniero de puentes para las inspecciones de seguridad del Departamento de Transporte de Virginia (VDOT). "En el pasado, usábamos un dispositivo con una sola frecuencia. Ahora estamos experimentando con GPR 3D, con la ventaja de usar múltiples frecuencias simultáneamente. Puedes profundizar más en una cubierta de concreto y obtener una mayor resolución de detalle".

Con respecto a la termografía infrarroja, "en lugar de una sola cámara, estamos probando cámaras infrarrojas de lapso de tiempo", dice Williams. "Múltiples imágenes se combinan para crear una imagen clara con el tiempo." Los ingenieros de VDOT también han usado radiación de rayos gamma para escanear conductos tendinosos postensados, e imágenes satelitales para escanear áreas grandes en un par de puentes.

"Muchas de estas tecnologías no son de uso cotidiano, pero podemos aplicarlas cuando sea necesario o cuando los métodos convencionales no son capaces de darnos la respuesta que necesitamos", dice Bernard Kassner, científico investigador del VDOT.

Con la evolución de las tecnologías viene la cuestión de la interpretación de los datos. "Me gustaría ver mejoras en la cuantificación de los datos; ahora mismo hay una pequeña brecha", dice Scott Roux, líder nacional de la práctica de puentes en Michael Baker International. "Con estas nuevas tecnologías, algunos datos pueden ser fácilmente malinterpretados."