ANÁLISIS DEL USO DE SENSORES INTELIGENTES PARA EL MONITORRO

ESTRUCTURAL

El Diseño teórico de la investigación

Definición del tema:

Uso de sensores inteligentes para monitoreo estructural.

1.1. Delimitación (temática, sujetos, temporalidad)

Uso de Sensores Inteligentes para monitoreo estructural.

1.1.1. Temática:

La investigación se centrará específicamente en el uso de sensores inteligentes

para el monitoreo estructural de infraestructuras civiles, como edificios, puentes,
presas y torres. Se explorará cómo estos sensores pueden mejorar la capacidad de
detección temprana de posibles fallos estructurales, así como la eficiencia y la
precisión del monitoreo en tiempo real.

1.1.2. Sujetos:

Los sujetos de estudio serán los investigadores, ingenieros y profesionales

involucrados en el diseño, implementación y análisis de dichos sistemas. Además,
se considerarán los fabricantes y proveedores de sensores inteligentes, así como
las entidades gubernamentales y organizaciones relacionadas con la regulación y
la gestión de infraestructuras.

1.1.3 Temporalidad:

La investigación se llevará a cabo en un período definido entre abril hasta diciembre

del 2024, que abarcará la revisión inicial de la información existente y el análisis de
los sistemas de monitoreo con sensores inteligentes en estructuras de construcción.
Este período puede variar dependiendo de la duración del proyecto de investigación,
pero se establecerá un marco temporal específico para cada fase del estudio,
incluyendo la recolección de datos, el análisis y la elaboración de conclusiones.

1.2. IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA

1.2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El monitoreo estructural tradicionalmente ha dependido de inspecciones visuales

periódicas y técnicas de evaluación estática para detectar posibles problemas en
edificios, puentes, y otras estructuras civiles o mecánicas. Sin embargo, estas
metodologías presentan limitaciones en términos de precisión, capacidad de
detección temprana de problemas y costo asociado a mantenimiento.

Debido a que la ausencia de monitoreo estructural efectivo genera peligro en la

seguridad pública al no detectar a tiempo problemas potencialmente peligrosos en
edificios, puentes u otras estructuras. En ese sentido, el uso de nuevas tecnologías
es una opción mucho más efectiva porque detecta de manera temprana las
deformaciones o movimientos que deterioran las estructuras civiles.

Cabe señalar que la implementación de nuevas tecnologías de monitoreo

estructural basados en sensores inteligentes es costosa, lo que limita su adopción
generalizada, especialmente en proyectos de infraestructura con presupuestos
limitados, considerando que Bolivia es un país mediterráneo, el acceso a vías
marítimas es limitado y su uso implica costos extras en impuestos aduaneros y fletes
más altos. Además la carencia de capacitación adecuada del personal de mano de
obra es un factor que influye en el desarrollo

1.2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Tomando en cuenta los desafíos y limitaciones actuales en el uso de sensores

inteligentes para el monitoreo estructural, se formula la siguiente pregunta de
investigación:

¿Cómo pueden los sensores inteligentes de monitoreo estructural mejorar la

eficiencia y la seguridad en la detección temprana de daños y el mantenimiento
predictivo de infraestructuras?

1.3. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN

1.3.1. OBJETIVO GENERAL

Explorar el estado del arte en el uso de sensores inteligentes para el monitoreo
estructural, identificando los avances tecnológicos más recientes, las aplicaciones
interdisciplinarias y los desafíos asociados.

1.3.2. Objetivos Específicos:

• Analizar las tecnologías de sensores inteligentes más utilizadas en el

monitoreo estructural y sus características principales.
• Evaluar los beneficios potenciales de la implementación de sistemas de
monitoreo estructural basados en sensores inteligentes, en términos de
seguridad, eficiencia operativa y vida útil de las estructuras.
• Identificar los desafíos técnicos y prácticos que enfrentan los sistemas de
monitoreo estructural basados en sensores inteligentes, incluyendo la
precisión de los datos, la interoperabilidad de los sistemas y el costo
asociado.
• Proponer posibles soluciones y mejoras para abordar los desafíos
identificados y maximizar la eficacia y utilidad de los sistemas de monitoreo
estructural basados en sensores inteligentes.
• Definir recomendaciones para futuras investigaciones en el campo, con el
objetivo de impulsar el desarrollo continuo de tecnologías de monitoreo
estructural más avanzadas y efectivas.

1.4. Justificación de la investigación

La importancia de esta investigación radica en la relevancia del monitoreo

estructural para garantizar la seguridad, confiabilidad y eficiencia de las
infraestructuras civiles, tales como puentes, edificios y presas que están expuestos
a diversos riesgos, incluidos eventos sísmicos, cargas de tráfico y condiciones
ambientales adversas. El monitoreo continuo con sensores inteligentes puede
ayudar a identificar signos tempranos de daño estructural, reduciendo así el riesgo
de colapso o fallo catastrófico.
Tomando en cuenta todos estos factores, los sensores inteligentes son una solución
innovadora y efectiva para la detección temprana de daños, la evaluación del estado
de salud estructural y la planificación de mantenimiento preventivo.

2. DISEÑO METODOLÓGICO DE LA INVESTIGACIÓN

Para llevar a cabo esta investigación, se utilizará un enfoque mixto que combina
revisión de datos históricos y análisis de casos de estudio. Se realizará una
búsqueda exhaustiva en bases de datos académicos y se seleccionarán casos
relevantes que demuestren la aplicación práctica de sensores inteligentes en
diferentes contextos estructurales.

2.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN

El tipo de investigación propuesta, principalmente es exploratoria y descriptiva ya

que se propone explorar los avances recientes, desafíos técnicos y aplicaciones
prácticas de los sensores inteligentes en el monitoreo estructural, lo que sugiere
una investigación exploratoria para comprender mejor este campo emergente
procurando describir cómo se aplican los sensores inteligentes en el monitoreo
estructural, identificar sus características, así como analizar casos de estudio para
ilustrar su aplicación práctica. Por lo tanto, también se incluye un enfoque
descriptivo en la investigación.

2.2. ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN

El enfoque de la investigación propuesta es mixto, ya que integra tanto aspectos

cuantitativos como cualitativos para abordar de manera integral el tema del uso de
sensores inteligentes en el monitoreo estructural.

Se utilizarán elementos cuantitativos en la investigación, especialmente en el

análisis de datos recopilados de casos de estudio y de mediciones realizadas por
los sensores inteligentes. Esto podría incluir la cuantificación de variables como la
deformación estructural, la vibración, la temperatura, entre otros, para evaluar el
rendimiento de los sensores y la salud estructural de las infraestructuras
monitoreadas, también se emplearán elementos cualitativos en la investigación,
particularmente en la revisión de literatura y en el análisis de casos de estudio. Se
buscará comprender las experiencias, percepciones y desafíos asociados con la
implementación de sensores inteligentes en el monitoreo estructural, así como
identificar patrones o tendencias emergentes en la aplicación de esta tecnología.

2.3. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE INVESTIGACIÓN

2.3.1 TECNICAS

En la presente investigación se empleará la técnica de Revisión Histórica para la

obtención de información que corresponde al área

2.3.2. INSTRUMENTOS

• Bases de Datos Académicas

• Revistas Especializadas
• Libros y Monografías
• Actas de Conferencias
• Informes Técnicos y Documentos Gubernamentales
• Bibliografía Citada
 CAPITULO II

3. MARCO TEÓRICO

3.1. ¿Qué son los sensores?

Los sensores son dispostivos inteligentes que son aplicados a distintas ramas de la
ingenieria “el concepto de sensor está intimamente relacionado con la difinición de
transductor, ya que un sensor siempre hará uso de un transductor”. (Corona et al.,
2014, p. 17)

Los sensores pueden clasificarse de muchas formas distintas, pero las más
comunes son por el tipo de variable a medir o por el principio de transducción
utilizados, estos tipos de sensores tienen sus diferencias, por ejemplo la segunda
suele ser poco práctica ya que no ofrece una idea clara sobre el tipo de variables
que se van a medir. Mientras que a diferencia de esta clasificación, la primera es la
más común aunque es muy confusa, ya que un mismo sensor puede medir distintas
variables y depende del enfoque para ser claros. (Corona et al., 2014)

Por otro lado, Reyes-Flores (2019) argumenta que: “Un sensor es un dispositivo
capaz de detectar magnitudes físicaso químicas, que son llamadas variables
de instrumentacióny transformarlas a señales o variables eléctricas, las variables
de instrumentaciónpueden ser: temperatura, intensidad, distancia, aceleración,
inclinación, desplazamiento, fuerza, humedad, presión, torsión,etc.” (p. 2)

3.1.1. Sensores Inalámbricos

Se pueden destacar aportes como los de Aakvaag y Frey (2006) que argumentaron:

Un sistema WSN (Wireless Sensor Network) de sensores inalámbricos es

una red con numerosos dispositivos distribuidos espacialmente, que utilizan
sensores para controlar diversas condiciones en distintos puntos, entre ellas
la temperatura, el sonido, la vibración, la presión y movimiento o los
contaminantes. Los dispositivos son unidades autónomas que constan de un
microcontrolador, una fuente de energía (casi siempre una batería), un
radiotransceptor y un elemento sensor. (p. 39)
También De la Hoz et al. (2024) redactó:

En la actualidad no hay una definición específica o estándar de la arquitectura

del Internet de las cosas (IoT). Algunos investigadores definen el IoT como
un modelo que abarca a las tecnologías de comunicación inalámbrica como
las redes de sensores inalámbricos, redes móviles y actuadores, con cada
uno de los elementos denominados “objeto o cosa” y con una dirección única.
(p. 165)

Estos sensores pueden llegar a diferir, según Gascón (2010) explica: “Una de las
características más importantes de estos nodos sensoriales es que pueden
permanecer en funcionamiento sin recarga de la batería durante años e incluso
ininterrumpidamente usando una pequeña placa solar.” (p. 54) representando la
eficiencia que pueden llegar a tener algunos sensores y su potencial por aprevechar.

3.1.1.1 Aplicación de sensores de movimiento en la ingeniería

3.2. La construcción

“El sector de construcción, en cambio, comprende a cualquier personal natural o

jurídica que realice actividades en el territorio nacional cuyo objetivo sea construir o
colaborar en la contrucción de cuaquier obra (…)”. (Solminichac, H. y Thenoux G.,
2018, p. 24)

En la construcción es muy importante acompañarla con el tema legal para no

cometer algo que vaya en contra de la ley, Luna (2002) argumenta:

Antes de empezar a construir, tenemos que tener listos algunos documentos,

como la escritura pública notariada y a nuestro nombre; o en el caso de no
tener nada construido, el contrato notariado de venta del terreno. Estos
documentos nos servirán para comprobar que la propiedad es nuestra.
También tenemos que estar al corriente en el pago del impuesto predial. Para
empezar nuestra obra, tenemos que llevar al departamento de obras públicas
de la Delegación o Municipios los documentos anteriores, junto con el
proyecto que pensamos construir, finalmente pagaremos una cantidad por
concepto de “alineamiento” y “número oficial”. (p. 7)
Según Zaragoza (2010) explica: “en construcción entendemos como obra a todo el
conjunto de trabajos, equipos y materiales encaminados a la ejecución de una
edificación.”(p. 10)

3.2.1 Tecnologías emergentes en la construcción

3.2.1.1. Dispositivos electrónicos en la construcción

3.2.1.2. Aplicación de sensores inteligentes en el área de la construcción

Algunas de las alternativas empleadas son el sistema-modelo poli (alilamina) y

dodecilsulfato de sodio. El sistema ha demostrado ser mecánicamente robusto y
factible de ser modificado según la función que se le desee conferir. El polielectrolito
se ha derivatizado primero con un complejo redox, a fin de explorar su uso como
mediador en sensores amperométricos, y posteriormente con lactosa, de manera
de incorporar sitios de unión a lectinas. Por otra parte, el surfactante se ha utilizado
para la dispersión de nanotubos de carbono cuyas propiedades electrocatalíticas se
ejemplifican en la determinación de dopamina. Otra de las interesantes
características del complejo polielectrolito6surfactante es su capacidad de ser
aplicado sobre una amplia variedad de superficies empleadas en la construcción de
sensores, tales como grafito, oro y silicio. Se presenta una descripción detallada del
alcance de esta metodología, mostrando su gran versatilidad, lo que allana el
camino hacia la construcción de una nueva clase de dispositivos moleculares.
(Cortez, 2011)

Otro aspecto importante como indican Bupo y Weber (2017) sobre la modelación
hidráulica fluvial es la medición de las geometríasde los procesos de erosión y
sedimentación. Actualmente la técnica más popular para realizarloutiliza
distanciómetros laser, las cuales tienen una precisión de ± 1 mm y un costo de como
US$150. Como alternativa se presenta el desarrollo de una novedosa técnica para
realizar relevamientosen 3 dimensiones (3D) con un sensor de movimiento en
canales de laboratorio a lecho móvil. Se utilizó Xtion Pro de ASUS, diseñado
originalmente para juegos de video. La técnica propuestapresenta un alto
rendimiento comparado con metodologías tradicionales, ya que el volumen
deinformación es sustancialmente mayor y el tiempo que demanda la tarea es
menor. La precisión delos resultados es la misma. Bajo 60 cm de distancia, la
resolución espacial y de profundidadaproxima 1 mm y las imágenes cubren un área
de 64 × 48 cm2, con velocidad de captura hasta30 cuadros por segundo (fps).
Implementar la técnica permite la generación de modelos digitalesdel terreno a un
muy bajo costo, los cuales son de gran utilidad en la hidráulica fluvial. La
técnicapropuesta permite realizar diversos análisis, tales como estudios de las
formas de fondo, volúmenesde sedimento erosionados o depositados, el trazado de
líneas preferenciales de escurrimiento ymás, que pueden ser manipulados
utilizando Sistemas de Información Geográfica (GIS) o serentrada en numerosos
modelos numéricos. (pp. 1-3)

Por otro lado Alvarado et al (2013) indica que en su caso dentro del proyecto se
trabajaron tres proyectos separados, dentro de los cuales se utilizó un sensor para
medir las variables requeridas en los proyectos de medición del nivel de ríos,
temperatura del concreto y deformación en losas de pavimentación, estas señales
medidas son capturadas, almacenadas, procesadas y enviadas mediante un
módulo de comunicación. El primer proyecto consistió en el mejoramiento del
sistema de monitoreo del nivel de los ríos que utiliza actualmente la Coordinadora
Nacional para la Reducción de Desastres (CONRED), el cual únicamente cuenta
con un sistema que aprovecha la propiedad de conductividad que tiene el agua para
cerrar diferentes circuitos conforme sube el nivel del agua del río y así encender una
fila de luces LED que marcan el nivel al que se encuentra el río. El segundo proyecto
consistió en medir el desarrollo de la temperatura del concreto para implementar el
método de madurez, para el cual se utilizó un equipo registrador de temperatura
(Data Logger). Dicho equipo utiliza termocuplas tipo K, que fueron introducidas
dentro de las dos mezclas de concreto a analizar. Se llevó un registro histórico del
cambio de temperatura a través del tiempo y de la resistencia que tiene el concreto
a 1, 3, 7, 14 y 28 días. Se utilizó un sensor de temperatura DS18B20 y un ordenador
de placa, Raspberry Pi, para comparar resultados. Dentro del Raspberry se
almacenan los datos del cambio de temperatura, para luego enviar un informe diario
con estos datos al correo electrónico del usuario. El tercer proyecto consistió en el
diseño preliminar y la construcción de losas de pavimento a partir de las
metodologías de diseño AASHTO 1993 y AASHTO 2002. Los pavimentos fueron
evaluados dentro de la planta de Cementos Progreso S.A y los resultados obtenidos
utilizando galgas extensiométricas tipo PML-60-2LT y un reloj comparador.
Dispositivos a través de los cuales se diseñó y construyó un sistema para medir la
deformación en losas de pavimentación, guardar y enviar los datos mediante correo
electrónico y el uso de un Raspeberry Pi. (pp. 1-3)

INSTRUCCIONES:

1. El Diseño Teórico de la Investigación:

• Definición del tema:

• Título de la investigación que refleje claramente el contenido y

alcance del estudio.

• Delimitación:

• Especificación de la temática: Descripción detallada del tema de

investigación, incluyendo sus límites y alcance.

• Sujetos de estudio: Identificación y descripción de los sujetos o

población objeto de estudio.

• Temporalidad: Establecimiento del período de tiempo durante el

cual se llevará a cabo la investigación.

• Identificación del problema:

• Descripción clara y precisa del problema de investigación que se

abordará.

• Objetivos de Investigación:

• Formulación de objetivos específicos y alcanzables que guíen la

investigación.

• Justificación de la investigación:

• Explicación detallada de la importancia y pertinencia del tema

elegido, así como su relevancia académica y/o social.

• Marco teórico:

• Referenciación de fuentes de información utilizando las Normas

APA7 para respaldar y fundamentar la investigación.

2. El Diseño Metodológico de la Investigación:

• Tipo de investigación:

• Especificación del enfoque de la investigación como exploratoria,

descriptiva u otra.

• Enfoque de la Investigación:

• Indicación clara del enfoque metodológico como cuantitativo,

cualitativo o mixto.

• Operacionalización de variables:

• Desarrollo de estrategias para definir y medir las variables de

estudio de manera precisa.

• Técnicas e instrumentos de investigación:

• Selección y descripción detallada de las técnicas e instrumentos que se utilizarán
para recopilar datos (entrevistas, encuestas, observación, etc.).

3. Marco Teórico:

• Marco conceptual:

• Definición y explicación de los conceptos clave relacionados con el tema de

investigación.

• Marco teórico:

• Presentación y discusión de las teorías y enfoques relevantes para la comprensión

del problema de investigación.

• Estado del arte (opcional):

• Revisión de la literatura existente sobre el tema, destacando las principales

contribuciones y brechas en el conocimiento.