Sistema de gestión de puentes

Los datos e información relativos a cada etapa del ciclo de vida de los puentes deben recopilarse y archivarse mediante un enfoque flexible, lo que permite actualizarlos y acceder a ellos de manera eficiente. En los sistemas de gestión de puentes (BMS) de uso común, este objetivo se logra mediante soluciones de bases de datos que permiten documentar los datos en diferentes formatos, como textos, imágenes, modelos tridimensionales y otros. ^{[ 1 ]} De hecho, el inventario suele incluir planos técnicos del diseño original del proyecto, informes escritos de inspecciones periódicas in situ , series de observaciones numéricas de mediciones registradas por sensores instalados , así como datos georreferenciados sobre el emplazamiento de la estructura y un modelo 3D a escala que documenta el estado actual del puente. ^{[ 9 ]}

Si bien la recopilación de documentación histórica y el diseño del proyecto de la estructura se representan mediante archivos analógicos y digitales gestionados por los gestores de activos viales, la entrada de datos geométricos implica la aplicación de técnicas topográficas a través de levantamientos específicos sobre el terreno. En particular, las inspecciones de puentes para la reconstrucción 3D de un gemelo digital de la estructura suelen consistir en campañas de levantamiento utilizando mediciones de sistemas globales de navegación por satélite , fotogrametría terrestre y con drones, y escaneo láser . La gestión de datos en esta fase implica el uso de sistemas de información geográfica, BIM y software de diseño asistido por ordenador , manipulando datos georreferenciados tanto en 2D como en 3D. Los productos resultantes incluyen nubes de puntos y mallas que sirven de base para los procesos de modelado de información de construcción. Los levantamientos de puentes pueden repetirse en diferentes etapas del ciclo de vida de la estructura y su frecuencia depende de la toma de decisiones y la priorización de las operaciones de mantenimiento y las directrices nacionales. ^{[ 1 ]}

Además de las inspecciones geomáticas visuales, se suelen emplear otras técnicas de evaluación no destructivas que permiten recopilar datos no solo para la reconstrucción geométrica precisa de la estructura, sino también para conocer el estado de los materiales. En este caso, la adopción del radar de penetración terrestre para la detección del deterioro del refuerzo en los tableros y la termografía infrarroja para la identificación de la delaminación y la degradación de los componentes del puente está bien documentada en la investigación académica y se considera un paso complementario a los métodos tradicionales de inspección visual. ^{[ 10 ]}

Una implementación precisa de un gemelo digital virtual o un modelo BIM de una estructura se considera el punto de partida para la gestión y optimización del presupuesto desde los primeros estudios sobre BMS. Por ejemplo, brinda la oportunidad de calcular el costo total de los materiales y el operador especializado necesarios en la etapa de construcción, cuantificando de antemano los gastos y, en consecuencia, adoptando mejores estrategias económicas. ^{[ 11 ]} Además, una gestión multitemporal de la información referenciada a partes específicas del puente permite la posibilidad de definir cronogramas eficientes para la planificación de la entrega de materiales, el seguimiento y la documentación del progreso del proyecto, la mejora del cronograma de construcción y la coordinación de trabajadores y expertos. ^{[ 12 ]} En las aplicaciones recientes de BMS, la sostenibilidad también juega un papel crucial en la definición de procedimientos para la optimización de costos, adoptando enfoques específicos como el análisis del ciclo de vida , el cálculo de la huella de carbono y el consumo de energía a lo largo de las diferentes fases del ciclo de vida del puente. ^{[ 8 ]}

La inspección visual suele generar grandes cantidades de datos almacenados en el inventario del BMS que sirven como entrada para procesos basados ​​en imágenes para la detección de defectos y daños. Mientras que el método tradicional se basaba simplemente en la evaluación humana, las técnicas de visión artificial que aprovechan la inteligencia artificial y el aprendizaje automático automatizan parcialmente la extracción de información significativa de las imágenes tomadas durante las inspecciones. ^{[ 13 ]} Por ejemplo, las aplicaciones recientes de segmentación semántica permiten la identificación de elementos afectados por corrosión u otros fenómenos de degradación, ^{[ 14 ]} lo que permite a los expertos asignar un grado de severidad al daño. ^{[ 1 ]} Las simulaciones numéricas sobre el comportamiento de fatiga con modelado mediante el método de elementos finitos proporcionan información adicional sobre las condiciones de la estructura . Este caso es particularmente valioso cuando se dispone de datos de inspecciones detalladas o pruebas de carga exhaustivas, lo que proporciona un rico inventario de información también para simulaciones computacionales sobre comportamientos de tensión y mecánica. ^{[ 15 ] [ 1 ]}

A mayor escala territorial, se aplica un enfoque de clasificación similar a la evaluación de toda la red vial en la que se ubica la estructura analizada. Estos análisis cuantitativos suelen estar relacionados con la evaluación de deformaciones de la superficie vial mediante tecnologías InSAR o con el cálculo y la predicción del flujo de tráfico diario promedio en entornos SIG. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Todos los resultados provenientes del análisis, las simulaciones y las clasificaciones del nivel de gravedad sirven como entrada para la ejecución de la priorización de intervenciones, la parte central del componente de planificación del mantenimiento en un marco BMS. ^{[ 4 ] [ 1 ]}

La definición del cronograma de operación y la inspección más detallada constituyen una función clave en el proceso de toma de decisiones de un sistema de gestión de puentes (BMS). Con base en los datos cuantitativos y cualitativos obtenidos durante las inspecciones rutinarias y a lo largo del procesamiento de la información en la fase de análisis estructural, los usuarios del BMS deben identificar las intervenciones prioritarias mediante un plan de mantenimiento específico. Este objetivo se logra con la implementación de plataformas y herramientas que permiten a las partes interesadas explorar datos, resultados y observaciones, y vincularlos a fichas técnicas detalladas que informan sobre el estado de cada elemento estructural del puente . ^{[ 4 ]}

La priorización de la intervención en elementos individuales o en la estructura completa se determina mediante un enfoque multicriterio que considera el riesgo de defecto o colapso. En particular, el proceso suele implicar el cálculo de índices para cuantificar el peligro , la vulnerabilidad y la exposición de valor, y a partir de ellos se deriva una clase de alerta. ^{[ 7 ]} Las clases de alerta sirven entonces como parámetros para priorizar la asignación de fondos y operadores para enfoques de monitoreo más detallados y frecuentes de las estructuras en riesgo. Como resultado, los puentes cuya integridad estructural y funcionalidad se ven más afectadas se clasifican en clases de alerta más altas, lo que requiere intervenciones específicas. Esta operación es esencial para determinar si se requieren inspecciones especiales con operadores expertos y pruebas específicas (por ejemplo, pruebas de carga ) y si es necesario instalar sensores nuevos o adicionales (por ejemplo, extensómetro , acelerómetro ) para el monitoreo continuo en las estructuras para un monitoreo específico. ^{[ 7 ]}

En 2019, el Centro Francés de Estudios sobre Riesgos, Medio Ambiente, Movilidad y Planificación Urbana (CEREMA), en colaboración con el Instituto Francés de Ciencia y Tecnología para el Transporte , el Desarrollo y las Redes, publicó las directrices nacionales, proponiendo una metodología multinivel para la evaluación y gestión del riesgo de fallo por erosión en puentes con cimentaciones en agua. La versión actual de las directrices francesas solo se refiere a la erosión de puentes y al riesgo hidráulico. La metodología propuesta se desarrolla en 4 niveles: ^{[ 5 ]}

1. Análisis resumido: análisis cualitativo de riesgos a gran escala y clasificación de la estructura en tres clases de riesgo: bajo, medio y alto;
2. Análisis simplificado: análisis semicuantitativo de puentes previamente clasificados en los niveles de riesgo medio y alto;
3. Análisis detallado: estudios en profundidad sobre estructuras de alto riesgo con enfoques de modelado numérico.
4. Gestión de riesgos : identificación de acciones para mejorar las condiciones y/o reducir la vulnerabilidad de los puentes críticos.

Garantizar la seguridad y el bienestar de estas infraestructuras viales se ha convertido en un asunto urgente en Italia, especialmente después de la evidencia de colapsos de puentes ocurridos en la última década. ^{[ 18 ]} En respuesta a la necesidad de información confiable y actualizada sobre las condiciones de los puentes, en 2020 el Consejo Superior de Obras Públicas de Italia desarrolló las Directrices sobre Clasificación y Gestión de Riesgos. ^{[ 19 ]} Estas directrices establecen un enfoque multinivel para documentar las características de los puentes, evaluar su estado a través de la inspección visual y la identificación de daños, y determinar su clasificación de riesgo en función del peligro, la exposición y la vulnerabilidad derivados de los pasos anteriores. ^{[ 5 ]} Posteriormente, dependiendo de la clase asignada, se determina el número de niveles de investigación necesarios para evaluar la seguridad de la estructura. Luego se solicita a los gestores de activos viales que establezcan y mantengan un sistema de gestión capaz de rastrear en el tiempo las intervenciones, documentando los defectos evaluados en diferentes partes del puente, así como las condiciones ambientales del sitio ( hidráulica , geología , sismología ). Las directrices identifican seis niveles: ^{[ 7 ]}

1. Recopilación de datos disponibles sobre la construcción de puentes, accediendo a los archivos existentes;

2. Informes de inspección visual sobre la geometría de la estructura y el estado de los elementos del puente;

3. Clasificación del riesgo de la estructura en una de las cinco clases de atención, es decir, baja, media-baja, media, media-alta y alta;

4. Evaluación de seguridad simplificada para puentes de clase de atención media o media-alta;

5. Evaluación precisa de la seguridad de los puentes que requieren atención prioritaria;

6. Análisis de resiliencia a nivel de red. (Solo se incluye en la versión actual de las directrices). ^{[ 5 ]}