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Academia Ciencia Sociedad

Crean sensores que monitorean la salud estructural de los edificios

10/11/2022
Por: Jennifer Restrepo de la Pava - Periodista

Los transductores o sensores de bajo costo permiten monitorear constantemente la estructura de una edificación durante su construcción y en la etapa de vida útil. Conocer la salud de las estructuras ayuda a identificar fallas o posibles daños, además de evitar tragedias y pérdidas económicas, reduce la incertidumbre en el sector de la construcción y permite explorar en esta área el uso de softwares y herramientas para el censo y el procesamiento de datos. 

Sensor de bajo costo desarrollado por los investigadoresSensor de bajo costo desarrollado por los investigadores antioqueños. Foto cortesía Equipo de Divulgación Científica y Comunicaciones UPB.

Muchos son los factores que influyen y ocasionan daños en las estructuras de las construcciones: malas prácticas profesionales como fallas en los cálculos, llevar al límite el diseño para optimizar el espacio, el uso de materias primas de mala calidad, las construcciones en terrenos o laderas inestables, las aguas subterráneas y los movimientos sísmicos, pueden ocasionar tragedias, que, para el caso de Medellín, han cobrado vidas como sucedió con el colapso en el 2013 del edificio Space, en El Poblado.  

Con el fin de hacer seguimiento en tiempo real a las edificaciones e identificar si hay fallas o daños en su estructura, el profesor Julián Sierra Pérez, de la Facultad de Ingeniería Aeronáutica de la Universidad Pontificia Bolivariana, en alianza con los investigadores Carlos Blandón Uribe, de la Universidad EIA, y Carlos Alberto Riveros Jerez, de la Universidad de Antioquia, desarrollaron dos transductores o sensores de fibra óptica que permiten medir los estímulos mecánicos y térmicos de las columnas donde son instalados. 

Este avance surge gracias al trabajo de más de 15 años de investigación de Sierra Pérez, quien aplicó metodologías usadas en la ingeniería aeroespacial y la industria aeronáutica en el sector de la construcción en Colombia para el censado de edificaciones.  

En el 2019, el proyecto participó en una de las convocatorias para proyectos colaborativos del grupo de universidades antioqueñas que conforman el G8+1; a la propuesta se unió la empresa Ingenieros Consultores, gerenciada por Héctor Urrego. Además, la Gobernación de Antioquia y Ruta N lo seleccionaron como tema de interés para ser cofinanciado por ambas instituciones.  

«Tenemos varios dispositivos diseñados que miden cargas y hacen compensación térmica y termofluencia, que es la deformación de un material cuando se somete a altas temperaturas durante largos periodos de tiempo y bajo un peso constante. Este es un paquete con varios sensores instalados en la estructura de hormigón. El monitoreo muestra cómo va la carga, cómo se está asentando el edificio, cómo cambia la distribución de cargas en la estructura. Podemos determinar en tiempo real si está sufriendo daños y entender mejor cómo es el flujo de carga para retroalimentar los modelos de cálculo actuales», señaló Julián Sierra, coordinador del grupo de investigación de ingeniería aeroespacial de la UPB. 

Pese a que el sector de la construcción en el país cuenta con reglamentos bien elaborados y soportados que han demostrado ser confiables, para los investigadores era necesario mejorar los sistemas constructivos aprovechando la tecnología, que permitan no solo analizar estructuras desde el diseño, sino durante la construcción y en su etapa de funcionamiento. 

Carlos Alberto Riveros Jerez, profesor de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Antioquia, explicó que un edificio se diseña desde los planteamientos de distintos sistemas estructurales encargados de soportar el peso. «Se hace bajo unas premisas de valores de carga que no son del todo exactos. Hay algunas diferencias con respecto a lo real, pero la norma o el reglamento de aproximaciones permiten un margen de seguridad para que la edificación resista, por decirlo así. Esta instrumentación cobra importancia porque permite tener un mejor conocimiento del comportamiento de la estructura, pues la ciencia aún trata de entender muchas cosas y esto es una primera aproximación», destacó Riveros, ingeniero civil y coinvestigador del proyecto.  

Instalación de los sensores en las columnas de un edificio en SabanetaInstalación de los sensores en las columnas de un edificio en construcción en Sabaneta, Antioquia. Foto cortesía Julián Sierra Pérez.

Mejora la seguridad y reduce la incertidumbre  


Después de varios años de pruebas de laboratorio y gracias a la sinergia de las universidades con la empresa privada, en este caso con Area Ingenieros Consultores S.A.S., los sensores fueron instalados en un edificio de 33 pisos en etapa de construcción, ubicado en el municipio de Sabaneta, al sur del Valle de Aburrá.  

«Este edificio está conformado por 32 columnas en la primera planta que están instrumentadas con el desarrollo. Los sensores integrados a la estructura fueron instalados sin obstaculizar el proceso de la obra y van a permanecer allí durante toda la vida útil del edificio. Estamos haciendo monitoreo para entender cómo se está asentando y cómo va cambiando la distribución de cargas» contó Julián Sierra, doctor en Ingeniería Aeroespacial. 

Pese a que comercialmente existen tecnologías similares, la novedad de estos sensores es su bajo costo y las adaptaciones que tienen en cuenta las condiciones inusuales que se presentan en el territorio colombiano como la construcción en laderas y el crecimiento urbano vertical.

«Mientras que en el mercado un transductor puede costar cerca de 13 millones de pesos, el nuestro vale menos de un millón. Es pequeño, poco intrusivo, se puede meter dentro de la estructura y tiene una alta sensibilidad; el paquete tecnológico ofrece ventajas competitivas con respecto a tecnologías tradicionales que lo hace único en el mercado», agregó Julián Sierra, investigador principal.  

Actualmente, los sensores están en proceso de ser patentados y los científicos continúan trabajando en dos frentes: primero, en la validación del rendimiento de los sensores en el edificio en Sabaneta para la creación de un algoritmo que convierta la información recopilada en indicadores, y, por otro lado, en el desarrollo de otro tipo de transductores para edificios ya construidos que se puedan adherir en estructuras enfermas o en reparación. 

Proceso de instalación de los sensores en el edificio en SabanetaProceso de instalación de los sensores en el edificio en Sabaneta. Foto cortesía Julián Sierra Pérez.

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