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El modelado digital en 3D está transformando enormemente el campo de la ingeniería terrestre para infraestructuras civiles. Pero ¿es siempre necesario el modelado 3D para que un proyecto tenga éxito?
En nuestro artículo anterior, mostramos cómo el modelado 3D con soluciones digitales en la nube ayuda a establecer una comunicación eficaz entre las partes interesadas técnicas y no técnicas.
En este artículo, analizamos lo siguiente:
- cuándo los equipos de ingeniería terrestre deben elegir el modelado 3D;
- cuándo trabajar con modelado 1D o 2D por sí solo es suficiente;
- cuándo la combinación de los tres modelos puede mejorar la comprensión y la resolución de problemas en proyectos de infraestructuras geológicas y geotécnicas.
En este artículo, comparten sus opiniones:
- Richard Lowries, especialista sénior en Soluciones para Clientes;
- Kathryn Dompierre, administradora de Contenido Técnico y Aprendizaje de GeoStudio en Seequent;
- Sornsawan Utthakrue, ingeniero geólogo principal de Mott MacDonald;
- Vincent Castonguay, ingeniero geotécnico en AtkinsRéalis.
¿Por qué la tecnología 3D cambia las reglas del juego en el modelado de sitios?
El modelado de sitios ha evolucionado drásticamente, desde los primeros modelos conceptuales en 3D dibujados a mano en la década de 1950 hasta los sofisticados modelos digitales en 3D de hoy en día. Esta transformación tecnológica permitió generar modelados del subsuelo más precisos y eficaces, lo que fijó un nuevo estándar para los proyectos de infraestructuras.
Sin embargo, a pesar de estos avances, el uso de modelados 3D en el campo de la ingeniería civil no está tan generalizado como podría.
Las barreras actuales del modelado 3D
Históricamente, el modelado de sitios dependía en gran medida de métodos tradicionales, que suponían tener que realizar interpretaciones manuales y suposiciones fundamentadas.
Aunque los ingenieros y los profesionales geotécnicos se sintieron cómodos durante mucho tiempo trabajando con planos 2D, secciones transversales e informes en papel para comunicar las condiciones del subsuelo, hoy en día el 2D no siempre es suficiente cuando se planifican proyectos más complejos.
Esto genera imprecisiones en torno a la complejidad de los entornos del subsuelo, lo que hace que la planificación y la ejecución de los proyectos resulte arriesgada e ineficaz.
Entonces, ¿por qué muchos profesionales mantienen esta metodología de trabajo?
Una de las principales barreras que obstaculizan el uso del modelado digital en 3D radica en la comodidad y la familiaridad de muchos profesionales geotécnicos con los métodos tradicionales, que a menudo consideran que los modelos 3D son innecesariamente complejos o intimidantes.
Otros tienen la creencia errónea de que el modelado 3D solo es adecuado para determinados sectores, como el petróleo, el gas o la minería, y para los proyectos de infraestructuras convencionales.
(Muchos saben que esto no es así: los modelados 3D del terreno se utilizan en una enorme variedad de proyectos de infraestructuras, desde proyectos de transporte hasta de desarrollo urbano).
Además, las herramientas de modelado 3D se perciben como complejas y que requieren un largo proceso de aprendizaje. Algunos ingenieros prefieren métodos sencillos y creen que el tiempo y el esfuerzo necesarios para aprender e implantar software de modelado 3D no justifican las ventajas, sobre todo en proyectos pequeños o menos complejos.
La digitalización y la gestión de datos también plantean un reto importante. Los proyectos anteriores almacenaban el historial de datos en formatos no digitales, como informes en papel, lo que dificultaba la conversión de información útil en modelos 3D viables. Integrar grandes volúmenes de datos de diversas fuentes (como estudios geológicos, registros de sondajes y resultados de pruebas geotécnicas) también puede ser una tarea abrumadora si no se dispone de las herramientas y los procesos adecuados.
Los beneficios del modelado 3D
El modelado 3D del subsuelo tiene muchos beneficios que solucionan eficazmente estos conceptos erróneos y obsoletos.
Mejor visualización y comprensión
Los modelados 3D ofrecen una representación más intuitiva e integral de las condiciones del subsuelo en comparación con los dibujos 2D, lo que permite a ingenieros civiles, ingenieros geólogos e ingenieros geotécnicos visualizar mejor sus proyectos.
Esto no solo ayuda a los ingenieros a comprender mejor el sitio, sino que también mejora la comunicación y la colaboración entre las partes interesadas. Esto permite a los equipos del proyecto, entre ellos a los miembros no técnicos, comprender fácilmente las complejidades del proyecto y tomar decisiones mejor informadas.
“Los modelados geológicos en 3D son la principal herramienta para lograr una comunicación eficaz entre las distintas disciplinas, ya que la geología es un campo complejo y difícil de entender para otros ingenieros”.
Sornsawan UtthakruePrincipal Engineering Geologist, Mott MacDonald
Mejor evaluación y gestión de riesgos
Al proporcionar representaciones detalladas y precisas de las condiciones del subsuelo, los modelados 3D que se crean en plataformas en la nube, como Leapfrog Works, permiten a los ingenieros detectar posibles problemas en una etapa más temprana del ciclo de vida del proyecto.
Este enfoque proactivo, permite lo siguiente:
- Ayuda a mitigar los riesgos.
- Reduce la probabilidad de problemas inesperados.
- Permite ahorrar tiempo y dinero.
Los equipos de ingeniería también pueden integrar perfectamente los modelados 3D en sus procesos de diseño e ingeniería, optimizando los flujos de trabajo y mejorando la eficacia de sus proyectos.
“Los modelados geológicos en 3D permiten integrar el diseño con el modelado geológico. De este modo, los ingenieros civiles o de estructuras del proyecto podrán identificar los riesgos asociados al diseño y modificarlo para mitigarlos”.
Richard LowriesSenior Customer Solutions Specialist, Seequent
Mejor toma de decisiones medioambientales y de sostenibilidad
Comprender las condiciones del subsuelo con modelados 3D les permite a los ingenieros tomar decisiones más informadas que respalden las prácticas sostenibles.
Por ejemplo, los modelados en 3D detallados también ayudan a los ingenieros civiles a lo siguiente:
- Identificar oportunidades para la reutilización de materiales.
- Gestionar los contaminantes.
- Reducir el impacto medioambiental de sus proyectos de construcción.
Caso de éxito: Modelado 3D en acción
Hoy en día, el modelado 3D se aplica a diversos tipos de proyectos de ingeniería geológica (desde la construcción de túneles y la evaluación de la excavabilidad hasta la gestión de deslizamiento de tierras) para visualizar estructuras geológicas complejas.
El proyecto City Rail Link de Auckland es un excelente ejemplo del valor real del modelado 3D del subsuelo en el desarrollo de infraestructuras. Gracias a los modelados geológicos en 3D, los ingenieros del proyecto pudieron comunicar y comprender mejor los riesgos y procesos, como la ubicación de los flujos de lava basáltica extremadamente duros en comparación con materiales de relleno más blandos.
Los consultores de ingeniería de Aurecon usan nuestra herramienta Leapfrog Works no solo para visualizar los datos con eficacia, sino también para compartirlos con equipos técnicos y no técnicos más amplios de forma sencilla.
Cómo aplicar el 3D a sus modelos analíticos
En los proyectos de infraestructuras, la decisión de trabajar con modelados 1D, 2D o 3D desempeña un papel clave, ya que de esto depende que las evaluaciones geotécnicas sean más precisas y eficientes.
Entender cuándo y cómo integrar el análisis 3D mejora significativamente los resultados del proyecto, sobre todo cuando hay limitaciones claras al utilizar enfoques 1D y 2D.
La función de los análisis 1D y 2D
Los consultores recurren con frecuencia a los análisis 1D y 2D por su aparente facilidad y eficacia.
En muchos proyectos de infraestructuras civiles (especialmente los de naturaleza lineal, como carreteras y tuberías), las secciones transversales en 2D suelen ofrecer detalles suficientes para la creación de modelados más precisos. Por eso, el análisis 2D es una opción más rápida y práctica cuando las restricciones de tiempo y presupuesto limitan el alcance de la recopilación de datos.
“Siempre que los ingenieros se enfrentan a un problema complejo que resolver, la mejor solución suele estar en la sencillez”.
Vincent CastonguayGeotechnical Engineer, AtkinsRéalis
En consecuencia, a menudo se recomienda a los consultores que adopten el enfoque de modelado más simple que responda a las necesidades del proyecto, lo que evita una complejidad innecesaria que podría suponer el desperdicio de recursos.
Por lo tanto, los análisis 1D y 2D permiten a los ingenieros concentrarse en los aspectos más importantes de un proyecto sin verse abrumados por la complejidad que requeriría un modelo 3D completo. Esto puede ser muy eficaz sobre todo en ingeniería geotécnica, ya que ayuda a centrarse en los factores clave que influyen en el éxito del proyecto.
En muchos de los proyectos civiles más comunes, el análisis 2D capta las condiciones esenciales del subsuelo y contribuye a tomar decisiones eficaces.
Cuándo determinar que los análisis 1D y 2D no son suficientes
Hay casos, sin embargo, en los que los análisis 1D y 2D no son suficientes. Esto sucede sobre todo cuando se trabaja con geometrías complejas o condiciones que no se pueden simplificar fácilmente.
“Hay problemas que son imposibles de simplificar a idealizaciones en 2D o 1D debido a la naturaleza 3D de su geometría o de las exigencias impuestas. En estos casos, el 2D no es suficiente”.
Vincent CastonguayGeotechnical Engineer, AtkinsRéalis
Por ejemplo, las instalaciones de almacenamiento de relaves en las minas pueden presentar tramos largos y rectos aptos para el modelado 2D. Sin embargo, también podrían incluir esquinas o áreas de terreno subyacente extremadamente variable. En estos casos, los modelados 2D no pueden reflejar toda la complejidad, lo que podría ser fundamental si la estabilidad es marginal o si hay que estimar las cantidades de filtración.
Del mismo modo, los proyectos de infraestructuras que implican estructuras de presas complejas, minas a cielo abierto, excavaciones o presas con alta presión de agua de poros suelen exigir detalles con más matices, que solo el análisis 3D puede proporcionar.
Por ejemplo, un análisis completo de filtraciones en 3D que deba incorporar los efectos climáticos o una evaluación de la estabilidad de una carretera en una región montañosa pueden revelar aspectos fundamentales que modelos más sencillos pasarían por alto.
¿Cuál es la clave? Combinar el análisis 1D, 2D y 3D
La combinación eficaz de análisis 1D, 2D y 3D en un mismo proyecto permite a los ingenieros aprovechar los puntos fuertes de cada enfoque de modelado.
“Al extruir la geometría lineal (como una simple sección transversal de una presa) en 3D, se pueden añadir elementos tridimensionales que representen el sistema de desagüe y documentar el impacto tridimensional en el flujo de aguas subterráneas o en los valores de presión de agua de poros”.
Kathryn DompierreGeoStudio Learning and Technical Content Manager, Seequent
Con herramientas como GeoStudio se pueden integrar varios tipos de geometría en un único archivo de proyecto. Esto permite a los ingenieros extruir rápidamente secciones transversales 2D en modelos 3D, lo que los ayuda a evaluar si las condiciones 3D influyen significativamente en los resultados generales.
Este enfoque significa que los ingenieros pueden lograr lo siguiente:
- Optimizar los flujos de trabajo.
- Evitar la necesidad de redefinir las propiedades al cambiar entre el análisis 2D y 3D.
- Compartir datos de manera eficiente con todo el equipo del proyecto.
Por ejemplo, la ejecución de modelos 1D en varios puntos clave de un dominio 3D (como diferentes ubicaciones en una colina o en las crestas de una colina) ayuda a realizar un análisis focalizado para detectar las variaciones, sin necesidad de un modelo 3D completo en cada paso.
Esta estrategia integral significa que los consultores pueden empezar con modelos 1D o 2D por simplicidad y eficacia, y optar por utilizar el análisis 3D cuando lo requieran condiciones específicas, como las propiedades complejas de los materiales.
Caso de éxito: Análisis 2D y 3D en acción
Este proyecto de ingeniería geotécnica de SAIDEL Engineering combinó el análisis 2D con el modelado 3D para evaluar la construcción del primer edificio residencial de Bucarest sobre los túneles subterráneos.
Gracias a la poderosa herramienta de modelado PLAXIS de Seequent, los ingenieros pudieron abordar condiciones complejas de los materiales que no podían captarse en su totalidad solo con el análisis 2D. Esto no solo ayudó al equipo a optimizar el proceso de modelado, sino que también les permitió cumplir los requisitos del proyecto sin añadir complejidades innecesarias, lo que supuso un ahorro de tiempo y dinero para el cliente.
El futuro del modelado 3D en ingeniería geológica y geotécnica
El modelado 3D del subsuelo es cada vez más aceptado en la industria civil, por lo que el futuro del modelado parece prometedor.
A medida que el cambio climático siga afectando al planeta (desde el calentamiento global hasta la creciente frecuencia de fenómenos meteorológicos extremos), el modelado 3D desempeñará un papel determinante en la sostenibilidad y la optimización de recursos y personal, ya que permitirá que los proyectos se adapten a escenarios medioambientales más complejos.
Sin embargo, la clave de su éxito reside en la combinación de técnicas de modelado conceptual y observacional, especialmente a medida que la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático se incorporan a este campo para mejorar las capacidades de los software.
Pero la IA y el aprendizaje automático no son infalibles.
Por eso, es más importante que nunca asegurarse de que los humanos validen continuamente los modelos y comuniquen cualquier incertidumbre a las demás partes interesadas para planificar y gestionar eficazmente los proyectos.