Mantenimiento de Túneles con EuroconsultMantenimiento de Túneles.

El mantenimiento de los túneles requiere de herramientas que permitan su inspección y seguimiento de forma precisa pero también de equipos que midan con un alto rendimiento, una tarea que es especialmente importante para los túneles de gran longitud que se están acometiendo en todo el mundo.

Artículo de Fernando Sánchez Domínguez, director de Innovación de Grupo Euroconsult

De este modo, al inspeccionar con rapidez y alta resolución, se evita, por un lado, alargar innecesariamente los tiempos de mantenimiento de la infraestructura y, por otro, reducir los periodos de operación, algo muy importante, sobre todo para aquellos países que, como España, cuentan con una extensa red de túneles debido a su compleja orografía y sus amplias redes de transporte suburbano.

Hasta ahora, este tipo de inspecciones se ha realizado visualmente de forma manual y, cuando se han utilizado sistemas de escaneo láser, los trabajos consisten en realizar un barrido de la superficie del túnel a una velocidad de entre 2 y 5 kilómetros por hora y con una resolución muy baja. Sin embargo, las administraciones públicas, en busca de una mayor eficiencia, comenzaron a buscar hace tiempo nuevos sistemas que permitieran acelerar la labor de mantenimiento.

Con la grata sorpresa de que, entre estos nuevos sistemas que rompen con el esquema actual y lo mejoran se encuentra una tecnología de origen 100% español que está en condiciones de revolucionar la inspección de túneles en buena parte del mundo. De hecho, esta innovación ya ha despertado el interés fuera de España, concretamente en Tokio y Londres, donde se ha probado en sus respectivas redes de metro, que se encuentran entre las más grandes y transitadas del mundo.

En concreto, se trata del sistema de alto rendimiento utilizado por Tunnelings para la inspección del estado de los túneles, que está basado en el análisis de imagen utilizando técnicas de visión artificial. Así, mediante la recogida de imágenes de alta resolución del túnel utilizando iluminación con emisores láser, se pueden detectar y analizar las fisuras, deterioros y humedades de la infraestructura, entre otros posibles desperfectos.

Así funciona el nuevo sistema
El funcionamiento de este sistema es aparentemente sencillo, pero lo cierto es que encierra una gran complejidad en su diseño. Tunnelings emplea cámaras digitales de alta velocidad y resolución combinadas con láseres de alta potencia y proyección lineal que están alineados en un mismo plano transversal. Y es precisamente esta configuración óptica la que facilita la reconstrucción geométrica y la detección de fisuras y otros deterioros gracias a la información en tres dimensiones (3D) que se obtiene de la superficie inspeccionada.

Además, las cámaras y los láseres se adaptan a las superficies curvas de los túneles, modificando el rango de sensibilidad del sensor y la colocación de las cámaras para salvar elementos como la catenaria, la ventilación y la señalización para mantener las resoluciones de 1×1 milímetros (mm) en la imagen.

Para alcanzar una velocidad de hasta 40 km/h –que multiplica por diez la velocidad de los sistemas actuales–, el equipo integra distintos elementos hardware (cámaras, convertidores, ordenadores) que se instalan sobre un vehículo portador, como puede ser un camión todoterreno bimodal carretera-vía o un vagón de tren. Esta velocidad permite que, en el caso de una red de metro como la de Madrid, que cuenta con 270 kilómetros de túneles, pueda realizar una inspección completa (en ambos sentidos) de 40 km en una sola jornada, lo cual supone un plazo de tiempo muy breve en comparación con las técnicas clásicas utilizadas hasta el momento.

Además, para entender la eficacia de Tunnelings, las cámaras instaladas sobre el vehículo generan imágenes de área (2D) de 1.024×4.096 píxeles a alta velocidad sobre un ancho de imagen de 4 metros, a lo que se suma una resolución de los perfiles de 1 mm en longitudinal y transversal y de 0,5 mm en profundidad (radial).

Como resultado final, se obtienen unas imágenes en 3D que contienen, además de la información de intensidad en escala de grises de cualquier imagen 2D, información en la dirección radial a la auscultación.

Sobre el vehículo, se pueden instalar hasta seis cámaras láser para cubrir una superficie de 12 metros en una pasada, siendo necesario realizar dos pasadas (una por cada lateral) para cubrir perfectamente el perímetro de los túneles más comunes, tanto en carretera, ferrocarril como los de la red de metro en las ciudades. También conviene tener presente que cada pareja de elementos “iluminador lásercámara digital” inspecciona un ancho de 2 metros.

En esta estructura rígida de seis brazos se ajusta por hardware y software el rango de distancia entre el equipo y el revestimiento o vía, ya que los sensores se han adaptado de tal forma que quedan en el medio de su rango de medida evitando zonas de sombra. Esto permite evitar la pérdida de datos en aquellas zonas en las que la geometría del túnel difiere mucho de la teórica. Y esta es una gran ventaja respecto de los sistemas actuales.

Mantenimiento de Túneles con Euroconsult

Un escáner completo a lo largo del tiempo
Al permitir reconstruir de manera gráfica toda la superficie del túnel, el sistema Tunnelings facilita a los gestores de la infraestructura el manejo de información relevante para una gestión técnico-económica óptima durante su vida útil.

Tal y como se puede comprobar en la siguiente imagen los seis sensores superpuestos proporcionan una imagen completa de un lado del túnel, e incluso el análisis de las incidencias analizadas (roturas, cejas, fisuras, etc.) de toda la sección del túnel, incluyendo además la vía sobre la que se puede superponer.

Además, esta tecnología incorpora la posibilidad de realizar comparaciones entre dos inspecciones separadas en el tiempo, para de este modo poder evaluar la evolución de defectos detectados. De hecho, como se ve en la siguiente imagen, se compara la ocupación de humedades en el revestimiento en dos épocas del año con un volumen de precipitaciones distintas.

Por último, la aplicación cuenta con módulos de estadística para presentar los resultados de forma gráfica o como informes en formato Word. Esta presentación también es parametrizable por el usuario para enfocarse al mantenimiento posterior de la infraestructura que se ha inspeccionado. Además, dispone de módulos para la exportación de los resultados a programas estándar de hoja de cálculo, bases de datos y cad. En definitiva, el sistema procura que las herramientas de análisis y tratamiento se adapten al cliente, ya que las opciones varían en función de la distinta tipología de los túneles. Dicho esto, ¿cuáles son estos tipos?…

Una inspección adaptada a todo tipo de túneles
Hasta el momento, Tunnelings ya dispone de experiencia en la inspección de distintas tipologías de túneles, que abarcan un amplio espectro: túneles con revestimientos hormigonados in situ continuos o por bataches, de dovelas realizados con TBM, prefabricados y de ladrillo, entre otros.

Como ejemplos diferentes, se detalla a continuación el tipo de análisis que se realiza en los túneles de dovelas y los antiguos túneles de ladrillo y mampostería.

Túneles de dovelas
Por su geometría compleja y por disponer de las uniones o juntas de los distintos elementos y anillos, en los túneles de dovelas se analizan uniones entre dovelas de tal forma que se pueda detectar la presencia de cejas y juntas abiertas (calculando el escalonamiento entre dovelas y la separación entre los bordes). Esto permite conocer geométricamente con exactitud la disposición de todos los elementos y si se producen movimientos en sucesivas inspecciones.

Además, también rastrea la existencia de fisuras y grietas con su posterior análisis de aperturas y desarrollo en longitud, así como la presencia de humedades, surgencias y manchas de humedad y cómo estas evolucionan con la variación estacional de las precipitaciones.

Por último, detecta la presencia de roturas que dejan los trozos o piezas sueltas y que incluso pueden llegar a dejar al descubierto las armaduras de las dovelas.

Túneles de ladrillo
Este sistema también actúa en los túneles de ladrillos, donde proporciona una información muy valiosa con la obtención de la geometría en 3D. Así, entre los principales deterioros, analiza deformaciones en la fábrica de ladrillo, fisuras, pérdida de mortero entre juntas y humedades.

Por tanto, este sistema es una herramienta básica para el mantenimiento continuo de diferentes tipos de túneles y, esta labor periódica de inspección puede alargar la vida útil de las infraestructuras evitándose un mayor desembolso en su reconstrucción, a la vez que se amortiza la inversión inicial.

Conscientes de estas ventajas, las administraciones públicas han advertido que, además de las líneas de metro, esta tecnología se puede usar en túneles de carretera, conducciones hidráulicas y, por supuesto, en túneles ferroviarios de líneas del tren de alta velocidad, donde ya ha actuado en España y en el extranjero y donde es prioritario extremar la seguridad.

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