Estudio y diseño de un sistema de monitorización de pavimentos asfálticos de carretera mediante el empleo de sensores de fibra óptica. Propuesta de aplicación en la carretera de Acceso Sur al Puerto de Gandía entre los P.K. 2+700 y 2+800. Término Municipal de Gandía (Valencia)

Abstract

[EN] The road network of any country constitutes a heritage of strategic importance. A poor state of the road network affects, not only traffic safety, but also the cost of transport and, therefore, its sustainability. A monitoring system that observes the state of the firm in real time would provide relevant information with which to optimize its tasks of repair and preventive maintenance.

With this objective, this Master's Final Project carries out the study and design of a strain monitoring system on asphalt road pavements by means of the use of fiber optic sensors based on FBG (Fiber Bragg Grating) technology. The choice of these photonic sensors is due to the fact that they have many advantages over other types of sensors, such as: long-term stability, reduced size and flexibility, high precision and sensitivity in measurements, high durability, immunity against electromagnetic interference and possibility of continuous and remote monitoring.

The document gathers the state of current knowledge around all aspects surrounding the conception of the system. After this, the experimental campaign executed to validate the suitability of the sensors and their protections for resisting the embedding procedure in asphalt mixtures and for registering the deformations with sufficient precision is presented.

The results of the experimental campaign carried out are presented below. In addition, the results of the finite element models and the theoretical distributions used for the calibration of some of the laboratory tests are also exposed and analyzed.

Finally, after confirming the validity of the sensors and the protections designed to serve as the basis for the monitoring system, a practical application of the system is developed on the South Access road to the Port of Gandía among the P.K. 2 + 700 and 2 + 800 in the Municipal District of Gandía (Valencia).

[CA] La xarxa de carreteres de qualsevol país constitueix un patrimoni d'importància estratègica. Un mal estat de la xarxa viària repercuteix no només en la seguretat de la circulació sinó també en el cost de transport i, per tant, en la seua sostenibilitat. Un sistema de monitoratge que analitza en temps real l'estat en què es troba el ferm permetria obtenir informació rellevant amb la qual optimitzar les tasques de reparació i manteniment preventiu d'aquest.

Amb aquest objectiu, el present Treball de Fi de Màster du a terme l'estudi i disseny d'un sistema de monitoratge de deformacions en paviments asfàltics de carretera mitjançant l'ús de sensors de fibra òptica basats en la tecnologia FBG (Fiber Bragg Grating). L'elecció d'aquests sensors fotònics es deu al fet que presenten multitud d'avantatges en relació a altres tipus de sensors com, per exemple: gran estabilitat a llarg termini, reduïda grandària i flexibilitat, alta precisió i sensibilitat en els mesuraments, elevada durabilitat, immunitat enfront de les interferències electromagnètiques i possibilitat de monitoratge continu i remot.

El document recull l'estat del coneixement actual sobre tots els aspectes que envolten la concepció del sistema. Després d'això, es presenta la campanya experimental realitzada per a validar l'aptitud dels sensors, i les seues proteccions, per a resistir el procediment d'encastat en les mescles asfàltiques i per a registrar les deformacions amb precisió suficient.

A continuació, s'exposen els resultats de la campanya experimental realitzada. A més, també s'exposen i s'analitzen els resultats dels models d'elements finits i de les distribucions teòriques utilitzades per al calibratge alguns dels assajos de laboratori.

Finalment, després de confirmar la validesa dels sensors i les proteccions dissenyades per a servir de base al sistema de monitoratge, es desenvolupa una aplicació pràctica del sistema en la carretera d'Accés Sud al Port de Gandia entre els P.K. 2+700 i 2+800 en el Terme Municipal de Gandia (València).

[ES] La red de carreteras de cualquier país constituye un patrimonio de importancia estratégica. Un mal estado de la red viaria repercute, no sólo en la seguridad de la circulación, sino también en el coste de transporte y, por ende, en su sostenibilidad. Un sistema de monitorización que observe en tiempo real el estado en que se encuentra el firme permitiría obtener información relevante con la que optimizar las tareas de reparación y mantenimiento preventivo del mismo.

Con este objetivo, el presente Trabajo de Final de Máster lleva a cabo el estudio y diseño de un sistema de monitorización de deformaciones en pavimentos asfálticos de carretera mediante el empleo de sensores de fibra óptica basados en la tecnología FBG (Fiber Bragg Grating). La elección de estos sensores fotónicos se debe a que presentan multitud ventajas frente a otro tipo de sensores, como: gran estabilidad a largo plazo, reducido tamaño y flexibilidad, alta precisión y sensibilidad en las mediciones, elevada durabilidad, inmunidad frente a las interferencias electromagnéticas y posibilidad de monitorización continua y remota.

El documento recoge el estado del conocimiento actual en torno a todos los aspectos que rodean la concepción del sistema. Tras esto, se presenta la campaña experimental llevada a cabo para validar la aptitud de los sensores, y sus protecciones, para resistir el procedimiento de embebido en las mezclas asfálticas y para registrar las deformaciones con precisión suficiente.

A continuación, se exponen los resultados de la campaña experimental realizada. Además, también se exponen y se analizan los resultados de los modelos de elementos finitos y de las distribuciones teóricas empleadas para la calibración algunos de los ensayos de laboratorio

Por último, tras confirmar la validez de los sensores y las protecciones diseñadas para servir como base al sistema de monitorización, se desarrolla una aplicación práctica del sistema en la carretera de Acceso Sur al Puerto de Gandía entre los P.K. 2+700 y 2+800 en el Término Municipal de Gandía (Valencia).