Innovadora Solución para el Control de Obras de Túneles en Tiempo Real

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 89)

Francisco Navarrete Mandly; APLITOP

APLITOP ha desarrollado TcpTUNNEL Scan, una aplicación para el control de obras de túneles en tiempo real para estaciones totales robóticas equipadas con láser escáner. Estas características únicas permiten disponer de información precisa sobre el estado actual de construcción en el propio túnel, sin necesidad de postproceso en oficina y facilitando la toma de decisiones.

Esta solución está diseñada para ser utilizada por empresas del sector de la construcción de vías férreas, carreteras y minería.

Objetivos

La obtención rápida de datos precisos sobre el estado actual de las obras de ejecución de un túnel es una exigencia de las empresas implicadas en su construcción, que necesitan supervisar el proceso con frecuencia, evitando la paralización del trabajo de costosa maquinaria y personal.

Si bien los métodos basados en estaciones totales simplifican esta tarea, la toma de datos es lenta y el nivel de detalle es bajo. Los escáneres terrestres, por otra parte, son rápidos y producen gran cantidad de datos, aunque es necesario procesarlos en la oficina.

Con la intención de mejorar la productividad y realizar el proceso de control en la propia obra con rapidez y precisión, Aplitop ha desarrollado TcpTUNNEL Scan.

Investigación y desarrollo

La aplicación se ha diseñado específicamente para la estación total robótica Topcon GTL-1000, equipada con láser escáner, en el marco de una alianza que han firmado Topcon y Aplitop para el sector de túneles.

El software se instala en una tableta conectada a la estación total-escáner, que permite controlar el instrumento a cierta distancia de seguridad del instrumento (Fig.1). La comunicación y descarga de la nube de puntos escaneada se realiza en tiempo real a través del dispositivo Wi-Fi en el propio instrumento.

El desarrollo del software ha supuesto un reto, ya que el objetivo era realizar todo el proceso en pocos minutos desde una tableta. Primero, los controladores de comunicación fueron programados para comandar la estación total y el escáner a través de Bluetooth y Wi-Fi. A continuación, se crearon nuevos algoritmos para procesar la nube de puntos, calcular perfiles, analizar en tiempo real con respecto a la alineación y el diseño del túnel y generar dinámicamente mallas 3D para evitar iteraciones. Además, se han creado potentes nubes de puntos y visores de perfiles, altamente optimizados tanto en velocidad como en usabilidad con los controles de la tableta.

Definición del proyecto

Cada proyecto está definido por los ejes en planta y alzado, las secciones del túnel y nubes de puntos. Los datos pueden ser extraídos de dibujos CAD o importados de archivos LandXML, IFC y otros formatos.

Como primer paso, el instrumento debe ser posicionado y orientado por coordenadas, ángulo, intersección inversa o bien obtener los datos directamente de la aplicación Topcon Magnet Field.

A partir de entonces, el programa tiene el control sobre la estación total, incluyendo escáner, compensador, puntero láser, tipo de medición, búsqueda automática del prisma, velocidad de rotación, etc.

Captura y visualización de datos

TcpTUNNEL Scan controla el escaneado de la bóveda o frente de excavación del túnel, con parámetros tales como tipo de escaneado, velocidad y carpeta de salida. Todos los puntos son analizados con respecto al eje en planta y alzado, así como la sección del túnel, y se ofrecen filtros opcionales por rango de PK, distancia y densidad.

Los escaneos se transfieren mediante Wi-Fi a la tableta, y pueden importarse y exportarse a otros formatos como texto, LAS, etc.

Un potente visor 3D permite examinar la nube de puntos, con representación en color RGB o zonas de infra y sobre-excavación (Fig. 2). También es posible visualizar en modo ortográfico o perspectiva y usar los controles de la tableta para realizar zoom, órbita 3D, incremento o decremento del tamaño de los puntos, activar u ocultar escaneos, etc. Además, se puede obtener información de los puntos seleccionados, medir distancias o áreas, etc.

Perfiles

Los perfiles de túnel se calculan rápidamente con una gran definición a partir de la nube, mediante intersección o regresión, verticalmente o perpendicular al eje en alzado. El usuario puede especificar el rango de PKs, incluir puntos singulares y especificar el ancho de banda del cálculo.

La aplicación incluye un potente editor de perfiles, que permite la navegación rápida a lo largo del eje y la edición de vértices del perfil, dibujo de polilíneas, control de capas, medición de distancias, etc.

Otras herramientas de interés son la fusión de perfiles calculados a partir de diferentes escaneos, y la comparación de perfiles, de forma que se pueden visualizar simultáneamente el diseño del túnel y el estado actual medido, calculando superficies y midiendo distancias seleccionando una línea en pantalla (Fig. 3).

La aplicación también permite la comprobación de espesor mínimo del hormigón proyectado del sostenimiento, así como el posterior cálculo del volumen aplicado.

Replanteo

Para verificar las zonas de infra-excavación, designando cualquier punto sobre el perfil en pantalla, el puntero láser marca la posición en el túnel (Fig. 4). Por otra parte, midiendo cualquier punto del túnel se representan los perfiles teóricos y medidos en el PK correspondiente.

La aplicación calcula la posición exacta de cada punto a partir de la nube escaneada, evitando la búsqueda de puntos del diseño por iteraciones, aumentando en gran medida la productividad.

TcpTUNNEL Scan también facilita el replanteo del frente del túnel, como por ejemplo los puntos de perforación de la siguiente voladura (Fig.5), puntos sobre la sección, pernos de roca, superficie de rodadura y puntos que hayan sido identificados previamente en el visor 3D.

TcpTUNNEL Scan trabaja conjuntamente con TcpScancyr o TcpTunnel CAD para generar planos de perfiles, informes de áreas y volúmenes, mapas de inspección, ortoimágenes, vídeos, modelos 3D, etc. (Fig. 6).

Túnel de Ulriken

La aplicación ha sido probada con éxito por la empresa Azvi Norge en el proyecto de rehabilitación del antiguo túnel ferroviario de Ulriken en Bergen (Noruega), con una longitud de 7,6 Km.

El proyecto se diseñó mediante metodología BIM, suministrando la información principalmente en formatos IFC y XML.

Las aplicaciones TcpTunnel Scan y TcpScancyr facilitan a la empresa las tareas de control y posterior generación de los documentos necesarios para obtener mediciones, realizar el control de ejecución y el replanteo en obra.

Además, se optó por la compra de estaciones totales robóticas con láser escáner de la marca Topcon (Fig. 7), para obtener escaneados de todas las fases de la obra además de poder comprobar en un tiempo mínimo la ejecución de las obras sin necesidad de pasar por oficina. De esta manera se reducen tiempos de control, y al mismo tiempo que se controla la obra se obtienen los resultados necesarios para el postproceso en oficina.

Según Joan González Pi, Jefe de Topografía y Administrador BIM de la obra “Las soluciones de Aplitop son merecedoras de un amplio abanico de adjetivos a destacar entre ellos, útil, versátil y dinámico. Otro punto a favor de las soluciones de Aplitop son las mejoras constantes que desarrollan continuamente a partir de las sugerencias recibidas por clientes y por su amplia experiencia en el sector.”

Premios de Ingeniería del Terreno

Los prestigiosos premios Ground Engineering Awards reúnen a los líderes de la industria para celebrar los logros de proyectos, personas y empresas a través de la ingeniería geotécnica.

Topcon Positioning Reino Unido ha presentado en la categoría de Innovación en Equipos el proyecto “Expandiendo el viejo túnel ferroviario Ulriken en Noruega”, en el que se está empleando nuestra aplicación TcpTunnel Scan con la estación total robótica Topcon GTL-1000.

Esta solución ha sido seleccionada como finalista (Fig. 8). La ceremonia de entrega de premios se celebrará en Londres el 23 de noviembre de 2021.