Desarrollo e implementación de metodologías Para el monitoreo de la salud estructural en Puentes utilizando observaciones GNSS de Receptores de bajo costo y teléfonos Inteligentes

Abstract

Desarrollo e implementación de metodologías Para el monitoreo de la salud estructural en Puentes utilizando observaciones GNSS de Receptores de bajo costo y teléfonos Inteligentes

Jesús René Vázquez Ontiveros Guadalupe Esteban Vázquez Becerra

Los procesos de Monitoreo de la Salud Estructural (SHM, por sus siglas en ingles) de puentes en donde se utiliza la tecnología satelital GNSS, actualmente dependen de receptores y antenas de grado geodésico. Sin embargo, el elevado costo de estos equipos limita su aplicación y hace que su adquisición sea difícil por parte de universidades e institutos de investigación. En los ´últimos años, debido al rápido desarrollo de los módulos y chips GNSS, nace una nueva generación de receptores GNSS de bajo costo y teléfonos inteligentes capaces de registrar observaciones multi-GNSS y multifrecuencia de código y fase portadora. No obstante, las mediciones de los receptores GNSS de bajo costo son de menor calidad que los de grado geodésico, con un mayor ruido en las observables y una baja supresión del efecto multipath en las antenas de parche. Por lo cual, el objetivo principal de esta tesis de investigación fue evaluar el desempeño/comportamiento de las observaciones GNSS de receptores de bajo costo y teléfonos inteligentes para monitorear desplazamientos y frecuencias modales de puentes bajo condiciones normales de uso. En este sentido, para probar la precisión de estos equipos de bajo costo se estableció un conjunto de experimentos. Dichas experimentaciones consistieron desde mediciones estáticas de periodo largo para realizar un análisis de calidad sobre la señal, pruebas estáticas sobre monumentos con coordenadas de referencia para evaluar el posicionamiento multi-GNSS a través de diferentes técnicas de procesamiento (PPP-AR, RTK, Diferencias Dobles), pruebas para analizar el efecto de los parámetros de calibración de la antena de parche en el posicionamiento preciso, simulación de desplazamientos para probar el desempeño de los equipos de bajo costo en la detección de desplazamientos en tiempo real, evaluación de un conjunto de software de código abierto y servicios en línea para el procesamiento de datos PPP-GNSS, y finalmente, los receptores GNSS de bajo costo y el teléfono inteligente se prueban sobre un puente atirantado para evaluar las metodologías propuestas y la precisión. Con base en los resultados alcanzados se concluye que los receptores GNSS de bajo costo son capaces de detectar las frecuencias de hasta 4 modos de vibrar en un puente flexible, y desplazamientos semi-estaticos similares a los alcanzados por un receptor de grado geodésico. Además, estos equipos fueron capaces de detectar desplazamientos mínimos horizontales y verticales en tiempo real de 4 y 5 mm, respectivamente. Por otro lado, por primera vez en un trabajo formal de investigación, se demuestra que las observaciones GNSS desde un teléfono inteligente pueden medir propiedades dinámicas sobre puentes al lograr registrar la frecuencia fundamental con un error del 0.22 %, y obtener desplazamientos semi-estaticos con una diferencia menor a los 5 mm con respecto a los de referencia. En general, los resultados alcanzados en esta tesis doctoral demuestran que los receptores GNSS de bajo costo pueden ser implementados en sistemas SHM en tiempo real y en aplicaciones de monitoreo de deformaciones. También, un teléfono inteligente GNSS puede ser utilizado en mediciones de deformaciones de alta precisión. Por ´ultimo, con el desarrollo e implementación de las metodologías documentadas en esta tesis doctoral, se contribuye bastante en el entendimiento del funcionamiento de sensores GNSS de bajo costo y teléfonos inteligentes a ser implementados en la filosofía SHM de puentes. Lo anterior, sin duda beneficia a los organismos encargados de la seguridad de la infraestructura utilizada día con día por población de una nación.