Desarrollo metodológico para el monitoreo de la salud estructural de puentes basado en INSAR y visión por computadora

Abstract

Uno de los principales desafíos de México en términos de crecimiento y desarrollo económico, es el mantener su infraestructura de trasporte terrestre trabajando en condiciones adecuadas de operación, para esto es requerido una metodología que permita monitorear óptimamente el comportamiento de los puentes desde el momento de su construcción hasta el fin de su vida útil. El beneficio de estas acciones es mejorar la toma de decisiones durante el proceso de mantenimiento y rehabilitación, así como detectar daños de forma oportuna para salvaguardar la integridad de los usuarios. Por lo tanto, este trabajo de investigación propuso el desarrollo, validación e implementación de una metodología alterna de monitoreo estructural en puentes basada en mediciones remotas respaldadas por las disciplinas de Geodesia y Geomática. De forma general, la metodología consiste en utilizar imágenes satelitales adquiridas por la técnica de Radar de Apertura Sintética (SAR) para determinar y evaluar los desplazamientos semi-estáticos de los puentes, mientras que, al momento de detectar algún comportamiento fuera de lo normal se desencadena el empleo de video-imágenes y visión por computadora, con el objetivo de determinar la tensión de los tirantes y las frecuencias de los modos de vibrar pertenecientes al tablero de la estructura. Las imágenes satelitales fueron proporcionadas por la misión Sentinel-1, así como los videos fueron adquiridos por un Vehículo Aéreo no Tripulado (UAV, por sus siglas en inglés) de la marca DJI modelo Phantom 4 pro y un celular iPhone 12 pro. El procesamiento de los datos fue llevado a cabo por el software SARPROZ, las librerías OpenCV, Numpy, matplotlib y OS en el lenguaje de Python. Las estructuras seleccionados para ser analizadas fueron el Puente El Carrizo (Concordia, Sinaloa) y Río Papaloapan (Cosamaloapan, Veracruz), en el caso de la primera, se consideró para realizar las mediciones con InSAR (Interferometría de Radar de Apertura Sintética) y la identificación de las frecuencias de sus modo de vibrar con la cámara fija; por otro lado, en el Puente Río Papaloapan se desarrollaron las pruebas para determinar la tensión de los tirantes a partir de visión por computadora usando cámara fija y el UAV. Los resultados de las mediciones indicaron precisiones de 2 milímetros y de 0.002 Hz, de acuerdo con InSAR y los procesamientos de visión por computadora, respectivamente. A partir de esta información se concluye que la metodología desarrollada cumple en términos de precisión para monitorear tanto los parámetros dinámicos como semi-estáticos de los puentes. Adicionalmente, se establece que la sección del doble voladizo del Puente El Carrizo y los cables analizados en el Puente Río Papaloapan, se encuentran en condiciones óptimas de operación, sin embargo, se recomienda que este procedimiento se realice continuamente en estas estructuras y en el resto de las obras de ingeniería que conforman a las carreteras del país.