El proyecto del túnel de West Gate en Melbourne (Australia) supone uno de los proyectos de excavación perforada de mayor diámetro del mundo y el mayor jamás realizado en el hemisferio sur. Golder Associates, una empresa de servicios geotécnicos de prestigio mundial, fue contratada por Transurban (que se asoció con el gobierno de Victoria para construir el túnel) para realizar una evaluación del proyecto del túnel. Para ello, Golder utilizó por primera vez la solución de modelado implícito en 3D de ingeniería del terreno de Leapfrog Works para evaluar el riesgo geológico y comunicarlo a las distintas partes interesadas, así como para transmitir la información a los licitadores para el diseño y la construcción.
Este proyecto es importante por las dos gigantescas tuneladoras que se utilizarán para construir dos túneles entre la autopista West Gate y el río Maribyrnong. Estas máquinas tienen un cabezal de corte de 15.6 m de diámetro y se utilizarán para excavar túneles paralelos de tres carriles.
El costo del caso práctico: La visión del túnel – Leapfrog Works transmite confianza a la hora de tomar decisiones críticas en Australia. El proyecto de infraestructura tiene un valor considerable, estimado en más de $5.500 millones de dólares australianos, por lo que se hace imprescindible conocer a fondo los riesgos geológicos a fin de reducir al mínimo los efectos en el avance, el costo y el éxito del proyecto. Después de que la planificación ministerial fue aprobada, la construcción se puso en marcha.
“La visualización en 3D permite entender con claridad la relación entre el lecho fluvial anterior y el túnel propuesto”.
Scott Ambridge, Ingeniero Medioambiental Sénior
de Golder
El proyecto del túnel de West Gate representará una alternativa imprescindible al puente de West Gate, ya que proporcionará un segundo cruce del río muy necesario, más rápido y
viajes más seguros, y permitirá retirar miles de camiones de las calles residenciales. Está previsto que el proyecto genere más de 2 millones (bancos) de metros cúbicos de escombros de tierra y roca durante la construcción de los 6 km de túneles y la mejora de las carreteras.
Golder dirigió los servicios geotécnicos, hidrogeológicos, de suelos contaminados y de calidad del aire y ofreció aportaciones especializadas para la contratación, el diseño de referencia y la preparación de la declaración (Environment Effects Statement, EES) del proyecto.
Golder realizó una investigación minuciosa del terreno con más de 200 profesionales que trabajaron en el proyecto durante los dos o tres años que transcurrieron desde el inicio hasta la entrega. Entre estos profesionales se encontraban técnicos de campo, geólogos de campo, hidrogeólogos e ingenieros geotécnicos. Se realizaron investigaciones intensivas para el proyecto, que se llevaron a cabo con éxito en un breve plazo de tiempo, con hasta seis equipos de perforación, además de excavaciones de prueba, estudios geofísicos y equipos CPT en el turno de día y de 3 a 4 equipos en el turno de noche que perforaron por la transitada autopista West Gate. El túnel atraviesa yacimientos sedimentarios e ígneos variables de la era cenozoica (cuaternaria y terciaria). En estos yacimientos se reflejan los complejos procesos geológicos y geomorfológicos que dieron forma a la región, incluidos los movimientos tectónicos y el desarrollo de las estructuras de los paleovalles.
Respuesta
Golder decidió recurrir a Leapfrog para que le ayudara a realizar una evaluación detallada de las condiciones del terreno. Diseñada específicamente para el sector de la ingeniería civil, Leapfrog Works ofrece una solución completa para el modelado rápido y dinámico de las condiciones del terreno, el análisis de las interacciones con el diseño de ingeniería y la visualización intuitiva en 3D. Leapfrog es el software de modelado geológico por excelencia en el sector minero, donde se utiliza desde hace más de una década y en el que confían las más importantes empresas mineras y consultoras. Utiliza un motor de modelado implícito de eficacia probada.
El Ingeniero Geotécnico Principal de Golder, Trevor O’Shannessy, señala lo siguiente: “Este fue el primer proyecto en el que utilizamos Leapfrog Works y desde entonces hemos evolucionado en su uso. Iniciamos la creación del modelo geológico en 2D utilizando un método muy convencional y luego llevamos esa información 2D a Leapfrog Works para crear un modelo 3D. A partir de ahí, comenzamos el proyecto en Leapfrog Works. En el modelo geológico trabajó un equipo de tres geólogos, con dos usuarios destacados de Leapfrog Works que recibieron una capacitación previa mínima con Leapfrog. Golder quedó impresionado por la rapidez con la que los nuevos usuarios del software se pusieron en marcha, ya que solo tardaron entre uno y dos días en dominarlo”.
Trevor comenta lo siguiente: “Por supuesto, había algunas diferencias en lo que respecta a la familiaridad con productos similares y a cuestiones específicas como la mejor manera de modelar una base lisa de Stony Creek, pero en general quedamos impresionados con la facilidad de uso de Leapfrog Works”.
Leapfrog Works consiguió cumplir una serie de requisitos cruciales del proyecto, entre ellos:
- Poner de relieve la incertidumbre en torno al portal
del Sur del proyecto. - Modelado de volúmenes de escombros en 3D.
- Facilitar el proceso de licitación poniendo a disposición de los contratistas modelos interactivos en 3D.
- Modelado 3D de unidades acuíferas utilizadas en estudios de impacto hidrogeológico.
- Creación de secciones geológicas 2D para el modelado geotécnico del movimiento del suelo.
- Uso como herramienta de comunicación clave con el cliente y en la reunión a nivel estatal.
Poner de relieve la incertidumbre en el portal del Sur
El portal del Sur en dirección este, donde se encontraba un antiguo arroyo, había sido rellenado, reubicado y convertido en un desagüe de aguas pluviales. Después de ver los resultados 3D generados por Leapfrog Works, los geólogos de Golder detectaron inmediatamente un problema.
Scott Ambridge, ingeniero medioambiental sénior, comenta lo siguiente: “Para mí, ese fue el punto de partida para buscar un modelo más detallado en esa zona. Imagínense que este riachuelo sinuoso atraviesa los dos grandes túneles que pasan por debajo de una autopista de gran importancia.
Era muy difícil hacerse una idea de cómo interactuaban esas geometrías en 2D, pero en el entorno 3D de Leapfrog se podía apreciar mucho más, por ejemplo, ver la cubierta mínima e incluso el aspecto del material entre el túnel y el antiguo lecho fluvial. Así pudimos determinar los riesgos desde el punto de vista geotécnico. Leapfrog Works aportó mucha claridad al respecto”.
Si no se hubiera detectado este riesgo, el movimiento del terreno durante la excavación del túnel podría haber tenido un impacto negativo en la autopista. Si no se hubiera controlado ese riesgo, se habría dañado la principal arteria de la autopista, con la posibilidad de cerrarla, con todas las repercusiones que ello conllevaría para el proyecto y para los que dependen de ella a nivel local.
En el modelado del volumen de escombros en 3D, Golder utilizó el modelo geológico 3D del terreno y los resultados químicos a fin de desarrollar una estimación avanzada del volumen en 3D de los 2 millones de metros cúbicos de escombros. Además de identificar el suelo contaminado y el sulfato ácido, pudieron identificar el material que podía utilizarse para otros proyectos. “La geología es compleja”, explica Scott, “con varias capas geológicas que incluyen dos unidades volcánicas diferentes y distintos tipos de sedimentos, todo ello entremezclado.
Debido a las marcadas variaciones en la intemperización química y los procesos erosivos, la geología cambió de forma significativa tanto a nivel lateral como en profundidad. El uso de Leapfrog Works hizo que el problema de la estimación del volumen en
en las múltiples unidades geológicas mucho más sencillo”.
Uso compartido de modelos para facilitar el proceso de licitación: una característica de Leapfrog Works es Leapfrog Viewer, que permite compartir fácilmente los modelos sin tener que acceder a todo el software. Golder utilizó Viewer para compartir modelos geológicos con los contratistas en el proceso de licitación. Así, los contratistas pudieron consultar los modelos geológicos y preparar y fijar el precio de sus ofertas de forma adecuada.
Scott afirma que “Los contratistas pudieron segmentar el modelo, girarlo y cambiarlo de sitio y ver dónde había más incertidumbre porque había menos información o dónde era necesario aportar más aclaraciones. El contratista ganador identificó el mayor riesgo de perforación asociado al canal subterráneo del arroyo y se adentró en uno de sus túneles para reducir al mínimo la exposición a este. Sabemos que este contratista seguirá trabajando en el desarrollo del modelo con Leapfrog Works”.
Modelado en 3D de la geología del acuífero
Para modelar la geología del acuífero, (geometría espacial y espesor de las capas), se utilizó Leapfrog Works como modelo 3D. Primero, se modelaron las unidades acuíferas en GoCAD, ya que los usuarios estaban más familiarizados con el paquete. Posteriormente, el modelo geológico combinado del acuífero se utilizó en FEFLOW, otro paquete de software, junto con las propiedades hidrogeológicas (permeabilidad, almacenamiento, etc.) para estimar el impacto potencial con respecto a la reducción de las aguas subterráneas y el cambio de la dirección del flujo.
“La segmentación del modelo muestra rápidamente la importancia de la profundidad del túnel para la excavación prevista”.
Scott Ambridge, Ingeniero Medioambiental Sénior de Golder
Leapfrog se utilizó junto con otros paquetes de software diferentes, incluidos GoCAD y PLAXIS, y también se utilizó para importar con rapidez datos de elevación de superficies LIDAR de archivos .tin de gran tamaño.
A modo de ejemplo, se utilizó Leapfrog para seleccionar y exportar secciones 2D de la geología de la capa en puntos críticos a lo largo de la alineación como base para el modelado del movimiento del suelo en PLAXIS. Trevor explica lo siguiente: «Esto fue muy importante en la zona en la que el túnel pasaba por debajo de la autopista West Gate y donde el tramo rellenado del antiguo arroyo se encontraba entre la corona del túnel y la base del terraplén de la autopista. En este caso, las condiciones del terreno se consideraron deficientes, con una mayor incertidumbre con respecto a la magnitud potencial del movimiento del suelo, por lo que necesitábamos visualizar las condiciones del subsuelo y estar seguros de nuestra interpretación del modelo del subsuelo. Dado que esta zona ha sido blanco de numerosos sondeos durante la investigación, Leapfrog sirvió como una buena herramienta de interpolación en el espacio 3D y permitió la creación de un modelo en un periodo relativamente corto. Además, nos permitió girar el modelo, consultarlo en 3D y experimentar con hipótesis, como el nivel del lecho y el gradiente ascendente y descendente de la incisión del arroyo”.
«La incorporación de Leapfrog Works en una fase tan crítica del proyecto tuvo un impacto inmediato en la comprensión de la geología y en nuestra capacidad para comunicarla. Scott Ambridge, ingeniero medioambiental sénior de Golder».
Herramienta de comunicación clave
Asimismo, los modelos de Leapfrog se utilizaron en las reuniones de comunicación con el cliente, con los asesores de Transurban y del gobierno estatal, con el fin de ilustrar el proceso y garantizar la satisfacción de las partes principales. Golder utilizó Leapfrog Works para crear una serie de resultados que ayudaran a esta comunicación, entre los que se incluye el uso de la función de video de Leapfrog para producir un impresionante recorrido virtual por los túneles propuestos.
“Nos dimos cuenta de que el recorrido virtual ayudaba a los clientes a concebir con claridad el proyecto”, afirma Scott. “Gracias a Leapfrog Works contamos con muchísimas formas de comunicar la situación del modelo y un mayor alcance de los usos del modelo como herramienta clave de comunicación, definitivamente.
La función de película cuenta con gran velocidad de imágenes de hasta 60 cuadros por segundo y funciona arrastrando las escenas a un guión gráfico con transiciones agregadas automáticamente, con una resolución final que llega hasta la alta definición.
Resultados
Conforme se acerca la fase de construcción del túnel, está claro que el contratista designado podrá utilizar Leapfrog Works para que el modelo se actualice con nueva información y permita mejorar la toma de decisiones. Esta capacidad de actualización «dinámica» implica que los nuevos datos, obtenidos en campo durante la excavación, puedan cargarse fácilmente en Leapfrog Works y fluyan automáticamente hacia el modelo final y lo actualicen rápidamente.
“Esta función es de especial relevancia en la fase de construcción”, afirma Scott, “para evaluar adecuadamente los riesgos relacionados con el terreno a medida que avanza la construcción del túnel, también es un requisito del proyecto volver a evaluar constantemente las condiciones del terreno y actualizar el modelo cuando surja nueva información. La capacidad de ajustar con rapidez y facilidad el modelo geológico en Leapfrog Works la vuelve una herramienta esencial”.
“Sin lugar a dudas, la incorporación de Leapfrog Works en una fase tan crucial del proyecto tuvo un impacto inmediato en la comprensión de la geología y en nuestra capacidad para comunicarla”, afirma Scott. “La visión y la comprensión en 3D dieron claridad y significado a los datos y pudimos utilizar las visualizaciones en 3D para comunicárselas al cliente con seguridad y transparencia. Golder tiene la firme convicción de que nuestra ingeniería debe preservar la integridad de la tierra. Gracias a herramientas sofisticadas y específicas del sector, como Leapfrog Works, podemos avanzar en la consecución de este objetivo”.
Pat McLarin, Director de Producto de Leapfrog Works, afirma que “Leapfrog Works está diseñado para facilitar los flujos de trabajo de los proyectos de ingeniería civil y puede ayudar a todos los equipos que participan en ellos, desde los proyectos de gran envergadura, como el del túnel de West Gate, hasta los más pequeños y rutinarios. Nos llena de orgullo que Leapfrog Works haya contribuido al éxito de la primera fase de este gigantesco proyecto de construcción de túneles en lo que se refiere al modelado rápido, la visualización y la comunicación de riesgos. Nos consta que Golder ya utilizó Leapfrog Works en varios otros proyectos y esperamos trabajar con ellos en el futuro y ayudarlos con sus necesidades continuas de gestión de ingeniería del terreno”.