Monitorización de deformaciones mediante GNSS en el puente más alto del mundo

A 626,01 metros sobre el río, el puente del Cañón de Huajiang, en Guizhou (China), fue certificado por Guinness World Records el 28 de abril como el puente más alto del mundo. Detrás de ese récord se esconde un largo programa de trabajos de posicionamiento de precisión. Desde el cierre del vano principal durante la construcción hasta la monitorización ininterrumpida una vez que el puente se abrió al tráfico, los equipos GNSS de CHCNAV han ayudado a proteger la estructura, y se utilizaron embarcaciones de topografía no tripuladas y receptores RTK de CHCNAV para medir la propia altura que batió el récord.

Posicionamiento preciso para un cierre eficaz del vano principal

Durante la fase final de la construcción, la colocación de las vigas de celosía de acero de gran luz exigió una precisión extrema en los trabajos a gran altura. Para resolverlo, se construyó el sistema inteligente de elevación con grúa de cable basado en el posicionamiento por satélite. CHCNAV instaló la estación de referencia GNSS P5 junto con receptores de monitorización GNSS integrados de CHCNAV, utilizando un posicionamiento con precisión milimétrica para seguir en tiempo real la altura de los cabrestantes de elevación y la posición de los cabrestantes de tracción. Esos datos proporcionaron a los equipos un apoyo fiable para el ajuste de la posición, el control de la alineación y la coincidencia precisa de las vigas, lo que contribuyó a que el cierre se llevara a cabo con un alto nivel de calidad.
 

En la gama de productos de CHCNAV, esa función de monitorización la desempeña el receptor de monitorización integrado GNSS y MEMS H3, que combina una tarjeta GNSS multiconstelación con un sensor inercial integrado para el seguimiento del desplazamiento en tiempo real.

Monitorización continua del estado de las estructuras para garantizar un funcionamiento seguro

Al tratarse de un puente colgante que cruza un profundo cañón y un río, el puente del Cañón de Huajiang se enfrenta a una exposición prolongada a la erosión ambiental y a los ciclos de carga. La detección temprana de anomalías en la deformación y de riesgos para la seguridad es lo que garantiza la seguridad de la estructura a lo largo de décadas de servicio. Para ello, la autoridad gestora instaló diez receptores de monitorización GNSS CHCNAV en los puntos críticos de la estructura: el centro del vano, los cables principales y las torres del puente.

Los receptores monitorizan todas las bandas de frecuencia de las constelaciones GNSS y, mediante la identificación inteligente de señales y la supresión adaptativa de interferencias, registran la deflexión en el centro del vano, la inclinación de la torre, el desplazamiento del cable principal y el asentamiento de los cimientos con gran precisión y alta frecuencia. Su índice de protección IP68 les permite soportar condiciones exteriores adversas, y un rango de funcionamiento de entre -40 y +85 grados Celsius los mantiene estables a pesar de los cambios de temperatura del cañón, lo que permite una monitorización continua y sin supervisión las 24 horas del día.

Cómo funciona la monitorización estructural mediante GNSS

La monitorización estructural mediante GNSS se basa en una idea sencilla aplicada con gran rigor: un receptor fijado a una estructura comunica su propia posición de forma continua, y cualquier movimiento de la estructura se refleja como un cambio en dicha posición. El reto de ingeniería consiste en detectar movimientos de unos pocos milímetros en una estructura que, a su vez, se desplaza debido al viento, el tráfico y la dilatación térmica, y hacerlo de forma fiable a lo largo de años, en lugar de minutos.
 

Un receptor GNSS de grado de monitorización aborda esto de varias maneras. Rastrea todas las bandas de señal disponibles en múltiples constelaciones, lo que le proporciona redundancia cuando parte del cielo está bloqueada y mejora la geometría de la solución de posición. Combina el procesamiento de fase de portadora con una estación de referencia, en este caso la P5, de modo que las posiciones se resuelven en relación con un punto de referencia estable en lugar de en términos absolutos, lo que eleva la precisión al nivel milimétrico. Cuando se integra un sensor inercial, como en el H3, el receptor también puede separar el movimiento estructural genuino del ruido de señal a corto plazo. El resultado es un registro continuo de cuatro comportamientos clave que los ingenieros observan en cualquier puente de gran envergadura:
 

• Deformación: el movimiento vertical del tablero en el centro del vano bajo carga de tráfico y térmica.
   
• Inclinación: el movimiento angular de las torres del puente, que revela una carga desigual o problemas en los cimientos.
   
• Desplazamiento: el movimiento de los cables principales, los elementos primarios que soportan la carga en un puente colgante.
   
• Asentamiento: el lento movimiento vertical de los cimientos, que puede indicar problemas en el terreno o de socavación en la parte inferior.
   

Dado que los receptores registran estos valores de forma continua, en lugar de hacerlo durante inspecciones periódicas, el sistema de monitorización establece una referencia del comportamiento normal y señala cualquier desviación respecto a ella. Una lectura que se desvíe de los límites esperados se convierte en una señal de alerta temprana mucho antes de que el cambio sea perceptible para un inspector, lo que constituye la principal ventaja de una instalación de monitorización permanente frente a las campañas de inspección manuales.

Posicionamiento fiable en un entorno de cañón exigente

Antes de que el puente pudiera ser certificado como el más alto del mundo, era necesario determinar la distancia vertical entre el tablero y la superficie del agua con una cifra exacta e indiscutible. El equipo de topografía del Primer Instituto de Topografía y Cartografía de la provincia de Guizhou combinó el posicionamiento GNSS de alta precisión con embarcaciones de topografía no tripuladas para resolver los problemas de medición específicos de un cañón de gran relieve: controlar la precisión a lo largo de un desnivel vertical extremo y trabajar en condiciones difíciles sobre la estructura y en sus alrededores.

Cuando el nivel del agua bajó y el cauce se estrechó demasiado para una embarcación tripulada, la embarcación de topografía no tripulada APACHE 4, con un peso de solo 13 kg, resultó lo suficientemente ligera como para que el equipo la transportara a pie hasta el punto de medición situado bajo el puente. Gracias a su posicionamiento GNSS de alta precisión integrado, compatible con RTK y PPK, capturó los datos de elevación de la superficie del agua de forma eficiente y precisa. En el tablero del puente, el receptor GNSS RTK ViLi i100 se conectó a la red regional NTRIP para replantear con precisión los puntos de topografía correspondientes.

El entorno del cañón fue la verdadera prueba de fuego. Los fuertes vientos, la ocultación por las montañas y el reflejo en la superficie del agua interfieren en la transmisión de la señal GNSS y provocan fácilmente errores de trayectos múltiples, lo que supone la mayor amenaza para la estabilidad del posicionamiento en un entorno como este. Equipado con posicionamiento por fusión de datos de múltiples fuentes, el ViLi i100 identifica y suprime los errores de trayectos múltiples causados por el terreno del cañón, el reflejo de la superficie del agua y la oclusión de las montañas, lo que mantiene la coherencia y la fiabilidad de las mediciones repetidas. Tras repetidas comprobaciones cruzadas de los datos, la altura de la cubierta al nivel del agua se fijó en 626,01 metros y se confirmó la certificación del Guinness World Records.

Receptores de monitorización CHCNAV para puentes e infraestructuras críticas

Los receptores utilizados en el puente del Cañón de Huajiang forman parte de la solución global de monitorización de infraestructuras y deformaciones de CHCNAV. El receptor integrado de monitorización GNSS y MEMS H3 está diseñado precisamente para esta función: una unidad sellada con clasificación IP68 que rastrea señales de múltiples constelaciones, integra un sensor inercial para la captura estable de deformaciones y funciona de forma autónoma en un amplio rango de temperaturas. En combinación con una estación de referencia GNSS P5 como punto de referencia, una red de estos receptores convierte un puente, una presa, un talud o una estructura de gran altura en un activo supervisado de forma continua.
 

Para la monitorización de la deformación de puentes, la seguridad de presas y embalses, la monitorización de deslizamientos y taludes, y los trabajos de asentamiento de edificios de gran altura y cimientos, CHCNAV proporciona los receptores GNSS, las estaciones de referencia y la solución de monitorización que los integra. El puente del cañón de Huajiang es uno de los proyectos de ese programa en curso y una exigente prueba de lo que la monitorización GNSS continua puede hacer en las estructuras más extremas del mundo.

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