Tradicionalmente, los programas de monitoreo geotécnico en proyectos de metro se basan en instrumentación manual como inclinómetros, marcadores de asentamiento superficial y piezómetros, que los equipos topográficos leen periódicamente. Si bien son efectivos en muchos contextos, los métodos manuales generalmente producen una frecuencia limitada de lecturas (a menudo una o dos veces al día) y requieren acceso directo al sitio. En São Paulo, este enfoque presentó tres desafíos principales:

. Acceso restringido: En los lugares donde los túneles pasaban por debajo de las líneas operativas del metro, el único acceso permitido era durante los cierres nocturnos breves (01:00 a 03:00). Esto restringió las mediciones a una lectura por noche, lo que es inadecuado para detectar cambios rápidos en el desplazamiento o asentamiento.

. Riesgo geológico: La alineación de la tuneladora pasó cerca de zonas de fallas, granito fracturado y un nivel freático alto, lo que aumentó la probabilidad de asentamiento diferencial y distorsión angular en las estructuras suprayacentes. El monitoreo manual por sí solo no podría proporcionar el nivel de resolución temporal necesario para verificar el comportamiento del terreno previsto versus real.

. Estructuras sensibles: Tramos del trazado discurrían a pocos metros de los cimientos de edificios de 10 plantas y de un viaducto cercano. En este caso, incluso pequeños desplazamientos no detectados podrían haber comprometido la seguridad estructural.

Estas limitaciones pusieron de relieve la necesidad de un sistema continuo y automatizado capaz de proporcionar datos de alta frecuencia y alertas en tiempo real.

La solución: monitorización remota automatizada y manual integrada

Para abordar estos desafíos, ACCIONA implementó un programa de monitoreo híbrido que combina métodos manuales y automatizados, con un fuerte énfasis en la instrumentación automatizada inalámbrica suministrada por Senceive.

Sensores inalámbricos de inclinación y desplazamiento

Se instalaron sensores de inclinación triaxiales compactos en puntos representativos de edificios de gran altura, revestimientos de túneles y estructuras críticas. Cada sensor midió el movimiento de rotación en los ejes X, Y y Z, lo que proporcionó una evaluación precisa del asentamiento y la distorsión angular. Además, se implementaron sensores de desplazamiento óptico (ODS) en vías férreas y juntas de túneles para registrar el asentamiento diferencial y la convergencia.

Arquitectura de comunicaciones inalámbricas

Todos los sensores se comunicaron a través de la red inalámbrica de malla/punto a punto de Senceive con los Gateways. Las puertas de enlace se colocaron para garantizar una comunicación sólida y eran capaces de transmitir datos a través de Ethernet/WiFi o, más comúnmente, a través de una red celular. Esto permitió un funcionamiento continuo sin depender de la energía del sitio ni de una extensa infraestructura de cableado.

Gestión de datos y alarmas

Las mediciones se programaron en intervalos de una hora, generando hasta 24 lecturas por día por sensor. Esto supuso un aumento de 24 veces en comparación con las lecturas manuales diarias únicas planificadas anteriormente. Los datos se transmitieron automáticamente a la plataforma WebMonitor de Senceive, donde fueron almacenados, procesados ​​y visualizados. Los niveles de superación de umbral se configuraron para activar alertas automáticas a través de SMS y correo electrónico, lo que garantiza un conocimiento inmediato de cualquier movimiento estructural o del terreno significativo.

Estrategia de implementación

Para optimizar costos y cobertura, el programa de monitoreo utilizó una metodología de reubicación. Dos sistemas independientes, cada uno compuesto por una puerta de enlace y seis sensores de inclinación triaxiales, se rotaron a través de múltiples estructuras a medida que avanzaba la tuneladora. Esto permitió monitorear 12 edificios seleccionados durante una ventana de instrumentación promedio de 28 días (cinco días de paso de la tuneladora más monitoreo previo y posterior para instalación y pruebas).

En total, se monitorearon 32 estructuras, incluidas torres residenciales y el viaducto, a lo largo de una sección del túnel de 4,8 km. En paralelo, se implementaron estaciones totales automatizadas adicionales y monitoreo por video en las líneas de metro operativas (Líneas 1 y 4), lo que permitió una vigilancia continua de la alineación ferroviaria y la convergencia de los túneles.

Resultados del monitoreo: datos más completos para gestionar el riesgo de construcción, a menor costo

La integración de instrumentación automatizada proporcionó beneficios técnicos y operativos mensurables:

Mayor resolución temporal: los nodos sensores proporcionaron una lectura por hora (24 lecturas diarias), en comparación con una lectura manual por día. Esto permitió identificar patrones a corto plazo y detectar tempranamente tendencias de desplazamiento que de otro modo se habrían pasado por alto.

Correlación con mediciones manuales: Los estudios comparativos entre lecturas de convergencia manuales y datos inalámbricos de inclinación/ODS en túneles adyacentes demostraron un alto grado de correlación, lo que valida la precisión del sistema automatizado.

Eficiencia de costos: A pesar del mayor costo unitario de los sensores automatizados, la capacidad de reubicar los sistemas a medida que avanzaba la tuneladora produjo un ahorro general de costos del 66 % en comparación con un enfoque totalmente manual, al mismo tiempo que proporcionaba una densidad de datos mucho mayor.

Mitigación de riesgos: El monitoreo continuo garantizó que la excavación de túneles debajo de estructuras sensibles (incluido el viaducto Quatorze Bis, donde el espacio libre de la tuneladora estaba a menos de un metro de los cimientos) se completara sin movimientos registrados que excedieran los parámetros de umbral.

Integración operativa: En las líneas 1 y 4, donde las limitaciones de acceso impedían un seguimiento manual eficaz, el sistema automatizado permitió una observación remota y continua. Esto aseguró que la excavación adyacente a los túneles operativos del metro pudiera continuar sin interrumpir los servicios de pasajeros.

Ganancias en materia de sostenibilidad: Las reducciones en las visitas manuales al sitio redujeron los viajes anuales en 17.520 km y redujeron las emisiones de CO₂ en más de 1.000 litros de combustible equivalente. Paralelamente, el sistema automatizado de monitoreo de aguas subterráneas (CCR) introducido en otras partes de la Línea 6 redujo la extracción innecesaria de agua en un 71 %, protegiendo los acuíferos locales.

Para 2024, el programa de monitoreo había incorporado 279 sensores automatizados, lo que proporcionó 5,5 millones de lecturas adicionales además de los 10 millones de lecturas manuales tomadas durante todo el proyecto. Esto representó un aumento del 55 % en el tamaño total del conjunto de datos, lo que mejoró significativamente la resolución y confiabilidad del monitoreo geotécnico.

En resumen, el proyecto Línea 6-Naranja del Metro de São Paulo demuestra el valor de la instrumentación inalámbrica automatizada en entornos de túneles urbanos.

Los sensores de inclinación y desplazamiento de Senceive proporcionaron datos continuos y confiables en condiciones desafiantes, lo que permitió a ACCIONA salvaguardar infraestructuras críticas, gestionar el riesgo geotécnico y optimizar los recursos de monitoreo, logrando seguridad y eficiencia de costos sin exceder el presupuesto original.