El proyecto de Pūhoi a Warkworth es una extensión de autopista de 18 km para proporcionar una mejor conexión entre la ciudad más grande de Nueva Zelanda, Auckland, y la región vecina de Northland. Con un costo estimado de más de 700 millones de dólares neozelandeses (durante 25 años), se trata de una inversión clave en la infraestructura de la región. El objetivo es mejorar la seguridad, la confiabilidad y la resistencia de la
autopista estatal.
En mayo de 2015, la Agencia de Transporte de Nueva Zelanda (NZ Transport Agency) anunció que procedería a la construcción en el marco de una asociación público-privada (Public-Private Partnership, PPP). Conforme al contrato de PPP, Northern Express Group (NX2) se encargará de la financiación, el diseño, la construcción, la gestión y el mantenimiento de la autopista de Pūhoi a Warkworth durante los 25 años posteriores al período de cinco años previsto para la construcción de la autopista. La propiedad absoluta de la autopista continuará siendo del sector público. NX2 subcontrató la construcción a Construction Joint Venture (CJV), una colaboración entre Acciona Infrastructure y Fletcher Construction. A su vez, CJV subcontrata el trabajo de diseño a Design Joint Venture (DJV), una colaboración entre dos consultoras de ingeniería de Australasia, Beca y Tonkin & Taylor (T+T).
Tanto Beca como T+T tienen una fuerte presencia en Nueva Zelanda y conocen las condiciones locales. El trabajo de diseño detallado comenzó a finales de 2016 y el tráfico se habilitará en la autopista a finales de 2021.
«Leapfrog nos ayudó mucho en lo que ha sido un proyecto significativo y desafiante. La longitud de la autopista propuesta y su alineación a través de una topografía tan pronunciada dificultaban el desarrollo del modelo terrestre».
Stuart Cartwright, Ingeniero Geólogo Sénior, Tonkin & Taylor
El escenario
La población de Auckland creció por encima de los 1.5 millones de habitantes, mientras que se prevé que la región de Northland alcance una población de 171 000 habitantes en 2031. Warkworth se clasifica como un importante centro de crecimiento de la zona de Northland. En 2012 la ruta era transitada por 19 700 automóviles por día, pero se prevé que esta cifra aumente a 31 300 automóviles por día en 2026, por lo que, con este crecimiento, la carretera de ida y vuelta a Auckland necesita una ruta más rápida y económica para soportarlo.
Además, el factor de seguridad es también una consideración clave, ya que en los últimos años se produjeron varios accidentes mortales entre Pūhoi y Warkworth, algunos de los cuales fueron choques frontales. Por lo tanto, una autopista separada con una barrera central mediana y un diseño de carretera mejorado aumentará enormemente la seguridad.
DJV utilizó originalmente Leapfrog en la fase de licitación de este proyecto para crear un modelo geológico en 3D del trazado. El modelo geológico en 3D se importó en el software de modelado geométrico de autopistas «OpenRoads». La integración del modelo de diseño geométrico con las superficies geológicas en 3D permitió comparar rápida y fácilmente los perfiles de los taludes y las cantidades de corte y relleno para diferentes alineaciones. Esto permitió optimizar el modelo geométrico para equilibrar la masa y la distancia en el movimiento de tierras para el proyecto, con el fin de evaluar la alineación más rentable para la autopista.
El proyecto requiere más de:
- 7 millones de metros cúbicos de tierra en cortes;
- 5 millones de metros cúbicos de tierra en relleno;
- 7 puentes que se deben construir,
- 3 de los cuales son puentes grandes tipo viaducto.
Se requería un modelo terrestre adecuado para todo el proyecto como base para el diseño geotécnico de los terraplenes y estructuras propuestos.
La extensión de 18 km de la autopista es un proyecto grande y complejo, donde el corredor vial atraviesa un campo de colinas empinadas con numerosos valles de laderas escarpadas, que a menudo están llenos de sedimentos aluviales blandos. El diseño final requiere la obra de varios cortes y terraplenes importantes, con más de 7 millones de metros cúbicos de tierra en cortes y 5 millones de metros cúbicos en relleno. El proyecto también requiere la construcción de 7 puentes, 3 de los cuales son puentes grandes tipo viaducto. Se requería un modelo terrestre adecuado para todo el proyecto como base para el diseño geotécnico de los terraplenes y estructuras propuestos.
En este tipo de proyectos es fundamental conocer la composición de los materiales del equilibrio «masa-distancia», ya que la tierra extraída de una parte de la construcción se puede utilizar para rellenar otra parte de la obra, siempre que sea de una calidad satisfactoria. El objetivo es no solo reducir la cantidad de material estéril, sino también comprender de qué está compuesto ese material y, por tanto, cómo se lo puede utilizar adecuadamente para ahorrar dinero y tiempo.
Las consideraciones ambientales fueron un aspecto clave del proyecto, ya que el trazado atraviesa terrenos no urbanizados, algunos de ellos cubiertos de bosque nativo. Aproximadamente 162 hectáreas de vegetación se deben despejar y luego se debe llevar a cabo un importante programa de plantación de árboles. Por lo tanto, es importante minimizar la «huella» de corte y relleno para garantizar que solo se elimine la cantidad mínima de árboles y así reducir el impacto en el entorno.
La respuesta
DJV recurrió a Leapfrog Works como su herramienta de modelado preferida. Leapfrog Works es una solución implícita de modelado geológico en 3D que permitió a DJV definir con mayor precisión la geometría de los cortes. «Leapfrog nos ayudó mucho en lo que ha sido un proyecto significativo y desafiante. La longitud de la autopista propuesta y su alineación a través de una topografía tan pronunciada dificultaban el desarrollo del modelo terrestre. La superficie de contacto entre el suelo meteorizado de la formación Pakiri y la roca subyacente no meteorizada fue fundamental para evaluar los posibles perfiles de taludes de corte y las huellas de excavación», afirmó Stuart Cartwright, Ingeniero Geólogo Sénior, Tonkin & Taylor.
El diseño detallado comenzó en octubre de 2016 y está en curso. El equipo comenzó a recopilar datos de investigación del terreno y los incorporó en su modelo. Chris Monk, Ingeniero Geólogo de Tonkin & Taylor, dijo lo siguiente: «Había 3 áreas de interés para nuestro modelo geotécnico. El norte, que presentaba una topografía baja; el centro, con importantes terraplenes de corte y relleno; y el sur, que contenía dos estructuras de viaducto. Por lo que era importante poder utilizar una herramienta de modelado que funcionara con flexibilidad en los diferentes tipos de geología y superficie para obtener resultados precisos. Pudimos actualizar continuamente el modelo a medida que se generaban nuevos datos de investigación.
Modelamos 210 CPT e incorporamos datos de 420 perforaciones, 355 taladros manuales y 220 pozos de prueba. «Disponer de un modelo dinámico que evoluciona a medida que se aportan nuevos datos le permite al equipo ahorrar tiempo al no tener que recrear un nuevo modelo cada vez, lo que nos deja más tiempo para centrarnos en el análisis».
El resultado
DJV pudo producir superficies en 3D más precisas a partir del uso de Leapfrog Works. Cuanto más precisa es la interpretación del modelo geológico, mejor es el resultado del diseño. El equipo pudo señalar mejor los riesgos e incertidumbres en torno al modelo al resto del personal del proyecto.
Leapfrog Works transformó la forma de trabajar del equipo geotécnico. Esta solución significó que un geólogo podía cartografiar las superficies geológicas en lugar de tener que contratar a un técnico de CAD para que trabaje junto al geólogo, por lo que se trató de un proceso más fluido. A medida que los ingenieros del proyecto necesitaban secciones, podían ir directamente a un único punto de contacto para crear rápidamente la sección deseada, en lugar de tener que hacer un dibujo y luego pedirle al técnico de CAD que lo cree. Esto permitió ahorrar tiempo y reducir el esfuerzo de tener que volver a realizar el trabajo.
El equipo geotécnico pudo aprovechar la gran visualización de Leapfrog Works para reunirse y comunicarse mejor con el amplio grupo de partes interesadas del proyecto, incluido CJV, gerentes de presupuestos, topógrafos e ingenieros geotécnicos y diseñadores de puentes. «La visualización del modelo en 3D y la posibilidad de cortar secciones en cualquier ubicación deseada de manera instantánea permitió que otras personas pudieran comprender visualmente las condiciones geológicas del lugar con mucha mayor claridad. En el pasado hubiésemos utilizado secciones en papel, pero los resultados del modelo en 3D y la interfaz gráfica cambiaron la forma en que nos comunicamos y colaboramos», afirmó Stuart Cartwright.
A medida que los principales proyectos de infraestructura se tornan cada vez más grandes y complejos con múltiples partes interesadas, tener un modelo terrestre en 3D para respaldar la comprensión de la geología permite a los equipos geotécnicos mejorar la eficiencia del diseño. El fácil mantenimiento de un modelo dinámico a lo largo de la propuesta y el diseño está transformando la manera de trabajar de los ingenieros de la tierra. Este es un verdadero avance que permite que la industria sea más receptiva en un mundo cada vez más digital.
«Disponer de un modelo dinámico que evoluciona a medida que se aportan nuevos datos permitió al equipo ahorrar tiempo al no tener que recrear un nuevo modelo cada vez, lo que nos deja más tiempo para centrarnos en el análisis».
Chris Monk, Ingeniero Geólogo, Tonkin & Taylor