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Patrimonio Histórico: Monitorización estructural de la Iglesia de San Salvador. Leganes. Madrid.

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Alcanzar los más de 15 metros de altura en la nave central pasa por disponer de un equipo de elevación adecuado. 

Durante el pasado mes de Diciembre de 2016 hemos realizado una completa monitorización estructural en varios puntos críticos de la conocida Iglesia de San Salvador en Leganes. Madrid.

Contando con la dirección técnica del Arquitecto José Santos Torres, el equipo de instaladores fijó mas de 20 sensores de medida (fisurometros, inclinometros, etc.) a lo largo de diferentes puntos definidos por el Arquitecto en el interior de la Iglesia. (Nave Central, Torre, Cúpula, etc).

En este tipo de monitorización  de Patrimonio Histórico, los aspectos más importantes a tener en cuenta se resumen en 4 puntos:

(1/4). Minimizar impacto visual.

La Iglesia de San Salvador es un templo muy visitado y querido por los feligreses de Leganes, se trata de un tempo repleto de notables Retablos e Imágenes religiosas y localizada en el centro urbano de Leganes. Por todo ello, era necesario conseguir que el impacto visual de los sensores y el cableado fuese el menor posible.

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Minimizar el impacto de la instalación de sensores y cableado es una labor necesaria para que el sistema de monitorización pase desapercibido en un segundo plano.

Es en los pequeños detalles durante la instalación (evitar colores llamativas, fijar bien el cableado evitando catenarias inútiles, buscar esquinas para paso de cable, etc.) es donde se consiguen los mejores resultados en este aspecto.  Podemos decir que contando con el apoyo y supervisión de los técnicos desplazados del sistema de monitorización empleado (kBuilding), el resultado ha sido optimo.

(2/4). Minimizar tiempos de instalación.

La instalación  de los sensores se realizo durante las fiestas navideñas donde la Iglesia tiene una amplia agenda de actos religiosos. Los trabajos se diseñaron de manera que la instalación se realizase con rapidez. Para ello, todos los equipos y sensores se llevaron montados, ajustados y chequeados desde la oficina técnica (Pruebas FAT, SAT, SIT), además la minimización en el cableado (apenas 100 m.) en toda la instalación hace que en 12 horas de trabajo todo el sistema estuviese instalado y funcionando.

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Durante los trabajos de instalación de sensores y equipos fue necesario sincronizar las tareas con intervalos donde en la Iglesia se realizaban cultos acordes al periodo navideño.

(3/4). Cumplir plazos

Para la ejecución de los trabajos fue necesario coordinar los trabajos con una empresa auxiliar responsable de liberar el espacio en el interior de la Iglesia (mover bancos), colocar un suelo de madera protector  y manejar con precisión una plataforma elevadora telescópica imprescindible para alcanzar los más de 15 metros de altura en la nave central. Cumplir plazos dentro del cronograma de  montaje previsto, es permitir que los bancos puedan volver a su ubicación y que la Iglesia pueda funcionar con normalidad.

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Para la entrada de la plataforma elevadora de oruga en el interior de la Iglesia es imprescindible proteger el suelo. Las características de esta máquina (tamaño, peso, rangos de distancias) la hacen imprescindible para este tipo de montajes interiores. 

(4/4) Viabilidad económica. Optimizar costes

Siempre es necesario tener presente el coste de una monitorización para hacerlo compatible con el resto de requisitos del proyecto. Entendemos la monitorización como una herramienta de ‘mínimos’ que garantice tener controlada la estructura de una manera optima y rentable para todas las partes.

El enfoque basado en optimización de costes es el necesario para poder abordar proyectos de este tipo donde la necesidad del sistema es evidente pero donde también los recursos económicos disponibles (presupuesto) son muy limitados.

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Monitorización de una Vivienda Unifamiliar

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Personal a la llegada de la vivienda unifamiliar. En la vivienda no se disponía de suministro eléctrico luego todo los equipos instalados son 100% autónomos.

En este nuevo caso real de monitorización estructural utilizando la plataforma kBuilding.es, el objetivo inicial era evaluar el posible movimiento de una vivienda unifamiliar ubicada en una ladera dentro de una urbanización próxima a la ciudad de Jaén.

La vivienda unifamiliar con una superficie en planta superior a las 150 m² presenta actualmente una fuerte inclinación a favor de la ladera. La nivelación de la parcela con rellenos mal compactados se articula como la causa potencial del movimiento. Una cimentación basada en losa de hormigón, ha hecho que si bien la vivienda presente un desnivel acumulado entre de más de 15 cm, en la vivienda no han aparecido grietas. La vivienda se mueve como un bloque rígido apoyado en un terreno sin consolidar y con nulas características mecánicas.

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Equipo concentrador de señal IP68 anclado a la solera (planta baja) de la vivienda unifamiliar. El equipo es 100% autónomo sin necesidad de suministro eléctrico.

Con la intención de seguir controlando el movimiento de la vivienda, el equipo técnico responsable de la estabilización, ha optado por la instalación de dos inclinómetros de precisión anclados a la solera de la planta sótano de la vivienda y en el punto mas alejado del eje de giro de la losa de cimentación.

 

Actualmente el sistema de monitorización lleva mas de 4 meses monitorizando el movimiento de la losa. El objetivo es pasados 6 meses de seguimiento,  ejecutar la solución técnica que permita la estabilización de la losa (inyección de mortero o ejecución de micro pilotes) y comprobar durante los siguientes 6 meses la efectividad de la solución adoptada.

A nivel de costes, este tipo de monitorización está en linea con el alcance del proyecto y su duración. Se puede redondear a un coste final de 50 €/mes por cada señal adquirida incluyendo instalación y alquiler de equipos durante la fase de monitorización.

 

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Internet de las cosas aplicado a la monitorización estructural

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Nube de conceptos relacionados con el Internet de las Cosas. M2M.

En los últimos meses estamos viendo como los sistemas de información M2M (machine to machine) o popularmente denominados ‘Internet de las cosas‘ están llegando progresivamente al mercado profesional y de consumo.

Estas tecnologías aplicadas a los sistemas de monitorización de estructuras y edificios implican una nueva dimensión ya que permiten.

  • Mayor densidad de muestreo de señales estructurales.
  • Coste contenido de los equipos de captura y envío de señales.

La popularización del concepto de ‘captura de datos’ por parte de un conjunto de sensores y el envío de los mismos a una aplicación de gestión (normalmente en la ‘nube’) se puede realizar a un coste razonable utilizando un amplio abanico de dispositivos (sensores) aparecidos en el mercado.

La mayoría de estas nuevas tecnologías están basadas en placas Arduino, Raspberry Pi, etc. conectados a sensores low-cost capaces de capturar un amplio abanico de magnitudes físicas.  Así a día de hoy empiezan a aparecer empresas nacionales con soluciones sensoriales M2M para multitud de sectores (industrial, construcción, agrícola, medioambiental, etc.).

Experiencias

Nuestra experiencia con este y otros tipos de tecnologías similares se ha centrado en probar varios sistemas en instalaciones piloto con el objetivo de obtener conclusiones que nos permitiesen desarrollar o integrar un sistema propio de monitorización estructural y ambiental estable, sencillo y profesional.

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Presentación pública en congreso M2M de un primer sistema piloto de monitorización de estructuras basado en tecnología Arduino.

 

Conclusiones

Tras varios meses de diseño, experimentación y pruebas en diferentes entornos, nuestras conclusiones se resumen en:

  • Es de vital importancia la estabilidad del sistema de monitorización de estructuras. Esto implica alejarse en lo posible de tecnologías mas orientadas a la experimentación académica y que pueden adolecer de falta de estabilidad en su funcionamiento durante largos periodos de tiempo.Tener que ‘resetear’ un equipo es una operación que puede resultar imposible (o con un coste elevado por la utilización de medios auxiliares de elevación) en determinadas instalaciones por la situación del elemento sensor.
  • A nivel sensorial, los principales fabricantes de sensores de alta calidad (derivados de la obra civil) y elevada precisión se alimentan con unos niveles de tensión (12/24 V.) que un equipo alimentado con pequeñas baterías de 1.5 V. no puede alcanzar. Esto obliga en el caso de la tecnología Arduino / Raspberry Pi a la utilización de sensores de 5 V. y que no ofrecen la estabilidad en la medida ni la precisión necesaria para garantizar los datos obtenidos.
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Ejemplo de ‘prototipo‘ medidor de desplazamiento lineal alimentado a 5 V. montado sobre un fisurómetro tradicional.
  •  Las comunicaciones de los sensores basadas en protocolos de baja demanda energética ZigBee, LoRa, etc. permiten realizar instalaciones de manera rápida ya que eliminan gran parte del cableado necesario para transmitir la señal entre sensor y concentrador de señal. Sin embargo, como he comentado en el párrafo anterior, determinados sensores de alta precisión, demandan un nivel de tensión que nos ha reconducido a utilizar otro protocolos de comunicación con resultados óptimos.

Nuestra solución

El sistema desarrollado en nuestro caso (kBuilding), aúna el aprendizaje adquirido en las pruebas piloto y plantea una sistema M2M de monitorización estructural y ambiental donde combinamos las mejores tecnologías y herramientas disponibles en el mercado.

  • Al poder alimentar los sensores a 24 V, utilizamos sensores de alta precisión cuando la estructura y la patología a estudio así lo demanda.
  • Somos capaces de monitorizar vibraciones estructurales de baja frecuencia en continuo con procesamiento de señal incorporado. Cumpliendo con normativa DIN4150.
  • Determinados sensores pueden utilizar la comunicación ZigBee con la estación central de control, de esta manera eliminamos en lo posible el cableado.
  • Disponemos de bidireccionalidad en la gestión de los equipos, de esta manera somos capaces de modificar ‘on line’ la frecuencia de adquisición de datos.
  • Todos nuestros equipos pueden ser alimentados durante varios años mediante baterías de alto rendimiento o bien si es posible disponer de alimentación convencional (220 V.).
  • Tecnología ‘enchufar y listo’. El diseño de nuestros equipos, facilita al máximo la instalación al personal técnico de manera que la pues en marcha sea rápida y eficiente.
  • Los datos obtenidos son enviados a una aplicación en la ‘nube’ alojados en Amazon AWS. Integridad y accesibilidad a la información están garantizados mediante el uso de una base de datos orientada al ‘Big Data‘.

La experiencia adquirida tanto en los proyectos piloto y posteriormente en los proyectos de monitorización estructural, han reforzado nuestro planteamiento de disponer de una tecnología estable que garantice la ausencia de problemas técnicos y garantice al técnico una información de calidad.

Concentrador KBuilding
Integración de un concentrador de señal kBuilding utilizando los huecos existentes en la estructura a monitorizar. (Puente Romano. Madrid)

Además, disminuir el efecto visual de la instalación ha sido uno de los objetivos que también hemos alcanzado en nuestros proyectos mediante:

  • Uso de tecnologías inalámbricas estables.
  • Diseño optimizado (tamaño y peso) de los concentradores de señal.
  • Gran experiencia en el proceso de instalación de equipos.
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Instalación de sistema de monitorización estructural kBuilding en la Iglesia Preromanica de San Julián de los Prados. Oviedo.