En los proyectos de grandes infraestructuras se necesita un conocimiento continuo de las condiciones del suelo y de las aguas subterráneas para ajustar las decisiones de ingeniería. Leapfrog Works, la solución de modelado dinámico del terreno en 3D, ayudó a Arup a crear eficazmente un modelo digital de la geología para el proyecto ferroviario Crossrail 2 de Londres.
El proyecto
Transport for London (TfL) contrató a la empresa de servicios profesionales multidisciplinarios Arup para que desarrollara un modelo de suelo en 3D con el fin de identificar los riesgos geológicos de la ruta, fundamentar las primeras decisiones de diseño y dotar al proyecto de una valiosa herramienta de gestión de riesgos geotécnicos.
El ferrocarril propuesto comunicará las redes ferroviarias nacionales de Surrey y Hertfordshire por medio de unos 30 km de túnel subterráneo. Para desarrollar este modelo detallado del terreno en 3D se utilizó Leapfrog Works para comprender las condiciones del terreno y de las aguas subterráneas que repercutirían en las decisiones de ingeniería. Era fundamental evitar o mitigar los riesgos que planteaba cualquier peligro potencial para poder realizar estimaciones fiables y realistas del programa y el costo del proyecto.
Leapfrog Works es una solución dinámica de modelado del subsuelo en 3D que convierte datos complejos en modelos claros y fáciles de interpretar. Works ayuda a visualizar y comprender la geología para comunicar y ajustar la toma de decisiones de los proyectos de ingeniería civil. Además, se pueden combinar fácilmente los modelos geológicos con los diseños de ingeniería, los flujos de trabajo BIM y los modelos de flujo de aguas subterráneas, lo que permite reducir aún más el riesgo y mejorar la toma de decisiones.
En palabras de Stuart Mills, Director Adjunto de Arup en el área de infraestructuras de Hong Kong, “Leapfrog Works nos ha permitido visualizar el modelo geológico base y otros formatos de datos geológicos en 3D, llevar a cabo mejoras en el modelo y dar a conocer con eficacia la incertidumbre y la variación espacial de la geología. Pudimos incluir las superficies geológicas en nuestro enfoque basado en datos para la toma de decisiones de diseño, lo que respalda nuestra intención de automatizar digitalmente el diseño de ingeniería. Contar con este flujo de trabajo basado en datos en una fase tan inicial del proyecto ha sido realmente valioso y lo agradecemos tanto nosotros como Transport for London”.
Situación
Gracias al nuevo ferrocarril, se mejorará el acceso a Londres y a toda la región del sureste del Reino Unido y se reducirá considerablemente la congestión de los servicios actuales de metro y de National Rail. Con Crossrail 2 se crearán 200.000 puestos de trabajo, se impulsará el desarrollo de 200.000 nuevas viviendas en toda la región y se aumentará la capacidad ferroviaria de Londres en un 10 %, lo que complementará otros grandes proyectos nacionales de transporte, como la High Speed 2.
Crossrail 2 se encuentra en las primeras fases de planeación. Con el fin de iniciar las obras a finales de la década de 2020, TfL espera obtener el permiso del Gobierno británico para construir Crossrail 2, que se abrirá al público en la década de 2030.
Las condiciones del suelo y las aguas subterráneas influyen en factores de ingeniería como el diseño de la alineación, las opciones de mejora del suelo, los requisitos para la gestión de las aguas subterráneas y la selección del método de construcción. Estas consideraciones, a su vez, pueden influir considerablemente en la capacidad de construcción de las estructuras propuestas, los costos del proyecto y el programa.
A medida que los grandes proyectos de infraestructuras adquieren relevancia política y se liberan fondos públicos para avanzar en el diseño y la contratación de los estudios, los grandes proyectos de infraestructuras adquieren un mayor impulso. Sin embargo, en la fase inicial del proyecto, antes de emprender nuevas investigaciones sobre el terreno, es necesario tomar decisiones fundamentales basadas en información confiable, incluida la comprensión del terreno y su impacto en el proyecto general.
Por ello, se identificó la necesidad de un modelo geológico detallado en 3D en las primeras fases del diseño de viabilidad. Había que asegurarse de que la naturaleza y la distribución potencial de los riesgos relacionados con el suelo se entendieran desde el principio utilizando la información geológica disponible. Era fundamental evitar o mitigar en una fase temprana los riesgos que planteaba cualquier peligro potencial para poder realizar estimaciones fiables y realistas del programa y el costo del proyecto.
Respuesta
A principios de 2018 se iniciaron los trabajos de elaboración del Modelo Estratigráfico del Proyecto para Crossrail 2. Como modelo estratigráfico de referencia, se adoptó un extracto del modelo 3D a escala 1:50.000 de la cuenca de Londres del British Geological Survey (BGS). Se utilizó Leapfrog Works para integrar la información adicional disponible en forma de perforaciones adicionales, modelos digitales del terreno de mayor resolución, publicaciones históricas y recientes sobre la construcción del metro de Londres y otros grandes proyectos de infraestructura, como Thames Water Ring Main, Crossrail, Thames Tideway y otros.
Charlene Ting, Ingeniera Geóloga Sénior de Arup, explica: “Recurrimos a Leapfrog Works para perfeccionar el modelo estratigráfico de referencia del proyecto, mediante la realización de revisiones específicas del modelo en lugares prioritarios, de modo que el modelo reflejara la geología local en lugar de la regional, y se adaptara mejor a los requisitos del proyecto. La elaboración de un modelo de suelo es un proceso iterativo, por lo que es esencial que podamos actualizarlo con nueva información. Gracias a la función de actualización dinámica de Works pudimos hacerlo sin problemas”. La selección de estos lugares prioritarios se basó en una combinación de factores, entre ellos, la ubicación de las estaciones propuestas y las áreas en las que las superficies geológicas modeladas por el BGS variaban significativamente con respecto a los registros de las perforaciones adicionales. Se modificaron los puntos de control originales para que se ajustaran mejor a los datos topográficos de mayor resolución.
Charlene explica: “Un ejemplo que muestra cómo pudimos utilizar Leapfrog Works es que inicialmente utilizamos una sección transversal en 2D para representar las condiciones del terreno en un lugar, pero nos resultó difícil comunicar la variabilidad lateral y vertical de la estratigrafía, que era localmente compleja debido a la presencia de posibles fallas o pliegues. Gracias a Leapfrog Works pudimos demostrar la distancia entre las perforaciones presentadas en la sección en 2D y la estructura propuesta. También pudimos establecer una georreferenciación vertical de las secciones transversales de las publicaciones existentes para complementar los escasos datos de las perforaciones y visualizar las complejas condiciones del terreno en ese lugar. Se crearon puntos de control adicionales para «digitalizar» las secciones publicadas. Esto mejoró nuestra comprensión del terreno, puso de manifiesto con éxito las deficiencias e incertidumbres de los datos y sirvió de base para las decisiones del equipo en general sobre la alineación vertical de los túneles propuestos, el diseño de la estación y los requisitos de mejora del terreno”.
En combinación con otras herramientas digitales, Leapfrog Works está diseñado para funcionar eficazmente con los flujos de trabajo existentes. Gracias a la capacidad de CAD y GIS de Works, el equipo pudo integrarse eficazmente en ArcGIS y en herramientas como Bentley gINT, InRoads, MicroStation y Autodesk AutoCAD.
Resultados
“Gracias a Leapfrog Works pudimos identificar con mayor eficacia los lugares de mayor incertidumbre geológica, y buscamos varias fuentes de información geológica disponibles en el área para estudiarlas con mayor detalle. Poder identificar estas áreas de incertidumbre nos ayudó a enfocar cualquier investigación adicional del terreno y a aumentar la eficiencia en la planificación de futuros trabajos”.
Charlene Ting, Ingeniero Geólogo Sénior de Arup
Posteriormente, las superficies geológicas 3D ajustadas se introdujeron en un enfoque basado en datos para fundamentar las decisiones de diseño, lo que permitió reducir las iteraciones de desarrollo de las secciones en 2D a lo largo de las nuevas alineaciones y en las estructuras civiles clave, como pozos, portales y cavernas, y fundamentar las evaluaciones dinámicas de los riesgos de choque por obstrucción.
Charlene Ting explica: “Si se cambiaba la alineación, podíamos simplemente actualizar el modelo y ver cómo quedaba con la nueva alineación. En aquel momento disponíamos de otras herramientas, pero requerían un alto nivel de conocimientos geoestadísticos y requerían mucho tiempo. Leapfrog Works nos ofreció una solución rápida y sencilla con sus rápidas funciones de base radial y nos ayudó a superar este proceso de mejora iterativo.
Se compararon los resultados de los distintos métodos de interpolación y, en general, se observó una buena concordancia. Se prevé una nueva validación del modelo cuando se disponga de más datos.
Ayuda para la comunicación visual
Para compartir fácilmente el modelado con TfL, así como con el equipo de proyecto más amplio y multidisciplinar, incluidos los ingenieros geotécnicos y civiles, se utilizaron las herramientas de colaboración de Leapfrog, View y Viewer. Todos pudieron consultar el modelo en 3D e interactuar con él, girándolo y cortándolo para obtener diferentes perspectivas, lo que contribuyó a la colaboración y la comunicación.
Ben Gilson, Jefe de Geotecnia de Arup para Crossrail 2, comenta: “El hecho de poder compartir fácilmente el modelo 3D permitió que los equipos internos de Arup, los consultores adjuntos y TfL se comprometieran de forma notable, pues observaron que cada vez más gente abría el modelo 3D porque se visualizaba de forma más interesante e interactiva. Para nosotros fue todo un logro compartir los datos y conseguir que el equipo en general aceptara la geología y las condiciones del terreno. También pudimos agregar al modelo nuestras suposiciones y limitaciones de advertencia, de modo que todos pudieron revisar este comentario y valorar dónde había incertidumbre. Pudimos dar distintos usos a los datos, introduciéndolos directamente en otros paquetes a partir del modelo 3D, y también pudimos extraer volúmenes 3D de distintos tipos de escombros y determinar la mejor manera de utilizarlos”.
Gracias al diseño y la evaluación basados en datos, se puede establecer una relación entre el diseño de la alineación, la evolución del conocimiento de las condiciones del suelo y los datos y análisis de las obstrucciones del edificio. Se está llevando a cabo una planeación de alto nivel para un flujo de trabajo de evaluación del movimiento del suelo, impulsado por los datos del Portal de Activos y el Modelo Estratigráfico del Proyecto. Con la incorporación de los parámetros geotécnicos en el modelo estratigráfico del proyecto se podrán realizar flujos de trabajo basados en datos para el diseño de estructuras como los muros de contención. Según se prevé, el modelo estratigráfico del proyecto se actualizará durante la fase de construcción y demostrará ser una herramienta muy valiosa para la planeación de la construcción y la reducción de riesgos a largo plazo. Permite crear de manera efectiva un modelo digital geotécnico como parte integral de los activos digitales del proyecto.
“Queremos dedicar menos tiempo al procesamiento de datos y más tiempo a su comprensión. No hay que pensarlo dos veces. La obra habla por sí misma. La calidad y el nivel de precisión que estamos obteniendo en esta primera fase del proyecto son excelentes y muy útiles. Realmente es un cambio radical con respecto a lo que se conoce hasta ahora”.
Mike Black, Ingeniero Geotécnico principal de Crossrail 2.
Stuart Mills concluye: “Leapfrog Works está considerado como una herramienta clave de modelado del terreno que incluimos en nuestro conjunto de herramientas para abordar el modelado del terreno. Hemos sido testigos de las ventajas del modelado iterativo, la clara visualización en 3D y el consiguiente diseño basado en datos que la adopción de Leapfrog ha ofrecido en varios proyectos. Tenemos la intención de seguir utilizando Leapfrog Works en los próximos proyectos”.
Pat McLarin, Director del área civil de Seequent, comenta: “Los proyectos de infraestructuras de transporte como Crossrail 2 son grandes y complejos y requieren un conocimiento exhaustivo y evolutivo de las condiciones del subsuelo, al tiempo que es necesario compartir y comunicar eficazmente los resultados con diversas partes interesadas. Leapfrog Works de Seequent resuelve estos desafíos y permite a los usuarios combinar fácilmente los modelos geológicos con los diseños de ingeniería para tener un conocimiento detallado y tomar mejores decisiones”.
