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Sistema de monitorización estructural y control en tiempo real para el análisis y estudio de efectos sísmicos en grandes estructuras civiles

“En Solvver Solutions hemos apostado por la tecnología CompactRIO de National Instruments que nos permite desarrollar soluciones tecnológicas avanzadas, fiables y funcionales que proporcionan a nuestros clientes herramientas de gestión y control que aumentan su productividad y reducen los costes”

 

La empresa Autopista Urbana Norte S.A., participada por OHL México y OHL Concesiones, es titular de la concesión para diseñar, financiar, construir y operar un viaducto elevado de varios kilómetros de longitud en México D.F.

Dada la actividad sísmica de la zona, se plantea el desarrollo del proyecto para conocer el estado de la estructura en seguridad y funcionalidad ante sismos, a través de la instalación de un conjunto de sensores y equipos de adquisición de datos transmitiendo lecturas en tiempo real a un sistema de monitorización dinámica, donde se ejecutan algoritmos específicos para la interpretación de resultados que permiten una rápida evaluación de su estado, reporte de nivel de daños producido, comportamiento dinámico real, gestión de las alarmas y protocolos de actuación oportunos en caso de ser necesario, así como la ampliación del conocimiento sobre este tipo de estructuras y su comportamiento de cara a mejorar su diseño y mantenimiento, lo cual repercute directamente en sus costes de explotación.

Un aspecto decisivo en el desarrollo del proyecto ha sido la elección de la tecnología de sistemas de adquisición de datos programable de altas prestaciones Compact RIO 9068 de NI, cuyas especificaciones técnicas y capacidad de configuración por software le han otorgado la flexibilidad y adaptabilidad necesaria para cubrir sus especificaciones, entre ellas:

  • Procesamiento simultáneo y sincronizado, filtrado y post-proceso en tiempo real de un número elevado de canales analógicos y digitales
  • Implementación de algoritmos de integración numérica y detección de eventos sísmicos
  • Almacenamiento temporal ante la pérdida de conexión con el servidor central
  • Adquisición de datos a altas frecuencias de muestreo
  • Sistema operativo tiempo real para el procesado y trasmisión de datos
  • Dimensionamiento de recursos para grandes volumetrías de datos
  • Implementación de componentes de camino crítico mediante microprogramación hardware (FPGA)
  • Plataforma hardware modular y escalable
  • Redefinición de parámetros como frecuencias de muestreo y umbrales para la detección de sismos
  • Integración de diferentes tipologías de sensores, a través de canales analógicos o digitales, como acelerómetros de alta precisión, sismógrafos, giróscopos, clinómetros, sensores de desplazamiento y sondas meteorológicas

Uno de los factores clave para la elección de este equipo ha sido la capacidad de programar el firmware de adquisición y preprocesado de señal mediante tecnología FPGA, permitiendo un elevado nivel de determinismo en los tiempos de adquisición con independencia del número de canales y sus frecuencias de adquisición y la implementación de funciones de procesado de elevada complejidad sin consumo de recursos (CPU, memoria RAM).

Otro factor determinante ha sido la reciente incorporación en estos equipos de un sistema operativo Linux de tiempo real (NI Linux Real Time), lo cual ha permitido al equipo de desarrollo llevar a cabo la implementación de software de procesado de tiempo real en el propio dispositivo adecuándolo a las especificaciones de ingeniería de forma precisa.

El equipo CompactRIO 9068 cuenta con un procesador ARM Cortex-A9 dual-core de 667 MHz, 1GB de almacenamiento, 512 MB de memoria RAM y un chasis FPGA Artix–7 con 8 ranuras de expansión donde se han conectado módulos analógicos de 16 bits NI9205 y digitales NI9425 en función del número y tipo de canales.

Para la adecuación de las señales se han diseñado filtros anti-aliasing en función de las frecuencias de muestreo, las bandas de ruido, y las especificaciones de linealidad y distorsión de fase en la banda de trabajo.

Una vez adquiridos los datos, el CompactRIO los envía en tiempo real a través de Internet al Sistema de Gestión Sísmica, que se ejecuta en la plataforma cloud de monitorización solvView, ambos desarrollados por Solvver Solutions, donde se almacena la información, se ejecutan los algoritmos y cálculos de ingeniería, se gestionan las alarmas y se coordinan los protocolos de actuación correspondientes, permitiendo llevar a cabo el seguimiento y control del comportamiento sísmico de la estructura.

Desde el sistema se envía la información en tiempo real a través de Internet al navegador web de los usuarios autorizados, coordinando los trabajos de diferentes operarios, ingenieros de campo y de gabinete, supervisores, etc… con el fin de garantizar la rapidez y fiabilidad de las actuaciones de los equipos técnicos ante fenómenos sísmicos.

Permite además realizar análisis exhaustivos del comportamiento estructural medido, para mejorar el conocimiento sobre el comportamiento real de la estructura ante sísmos de diferentes magnitudes, por comparación según su tipología y finalidad con modelos elásticos lineales con los que caracterizar dinámicamente la estructura o modelos no-lineales con los que evaluar su resistencia y calcular umbrales de riesgo de la misma, como los análisis “push-over”. La tecnología CompactRIO de National Instruments con sistema operativo Linux Real-Time nos permite adquirir datos a altas frecuencias, analizar y estudiar el comportamiento dinámico de la estructura en tiempo real, contrarrestar con modelos teóricos, determinar umbrales máximos de movimiento, comprobar la fiabilidad de los algoritmos de cálculo desarrollados y el rendimiento y funcionabilidad de la plataforma de monitorización y el sistema de gestión sísmica y en definitiva, comprobar que la solución de monitorización funciona correctamente y que está siendo capaz de reportar información muy valiosa y precisa sobre el comportamiento de la estructura durante la ocurrencia de los subsiguientes sismos.

 

Conclusión

 

En Solvver Solutions hemos apostado por la tecnología CompactRIO de National Instruments que nos permite desarrollar soluciones tecnológicas avanzadas, fiables y funcionales que proporcionan a nuestros clientes herramientas de gestión y control que aumentan su productividad y reducen los costes.




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