A pesar del uso amplio del Building Information Modeling (BIM), la práctica se centra con frecuencia en datos sobre tierra excluyendo a aquellos debajo de la superficie. Pero las técnicas BIM en el diseño del túnel propuesto de Silvertown, en Londres, ilustran las ventajas de incorporar consideraciones geotécnicas en un marco más amplio de BIM.
Aunque el uso de información del edificio (BIM) de modelado e ingeniería digital ha crecido significativamente en los últimos años, esos esfuerzos con frecuencia parten de la superficie, ignorando datos geológicos y subsuperficiales. Sin embargo, los principios básicos de BIM pueden aplicarse a procesos geotécnicos. De hecho, datos de geotecnia con el enfoque BIM pueden beneficiar a los socios que colaboran en un proyecto.
El sorprendente crecimiento en el uso de BIM al diseño de edificios y, más recientemente, a infraestructura, ha sido el resultado, en parte, de las iniciativas del gobierno en países como Estados Unidos, Australia y el Reino Unido. Por ejemplo,La Estrategia de Construcción del Gobierno 2011, desarrollado por el gobierno de Reino Unido: "el gobierno requerirá plena colaboración BIM 3D (con proyectos y activos de información, documentación y datos electrónicos) como mínimo para el año 2016". Los gobiernos están demandando BIM por una sencilla razón: es visto como un medio de ahorrar dinero en la construcción y mantenimiento de edificios y proyectos de infraestructura durante su vida.
Entre las muchas definiciones disponibles de BIM, destacan dos. El Building Information Modelling Task Group, una iniciativa del gobierno que ayuda a las empresas a cumplir con la estrategia que se ha señalado anteriormente, define BIM como "Creación de valor colaborativo a través de todo el ciclo de vida de un activo, apuntalado por la creación, colación y el intercambio de datos inteligentes, estructurados y compartidos en modelos 3D." Desarrollado por el Instituto Nacional de Ciencias de la Construcción de Washington, D.C.; la iniciativa conocida como el nacional BIM estándar – Estados Unidos define BIM como una "representación digital de las características físicas y funcionales de un establecimiento. Como tal sirve como un recurso de conocimiento compartido para obtener información sobre una planta, formando una base confiable para tomar decisiones durante su ciclo de vida desde su inicio hacia adelante."
Cuando se aplica a la ingeniería geotécnica, BIM puede dividirse en tres grandes principios: proceso, colaboración y whole life (toda la vida), facilitado por un componente de datos digitales. En cuanto a proceso, BIM requiere generalmente procedimientos aceptables y repetibles, métodos y secuencias que hagan posible la captura, el procesamiento y compartir los datos e información rápidamente. En cuanto a colaboración, muchos de los beneficios de BIM se obtienen por visualizar y analizar datos en un contexto que incluye información de otras disciplinas, asegurándose de que los ingenieros puedan ver el "panorama general" y tomar mejores decisiones. Por último, el principio denominado "whole life" tiene que ver con la sujeción y basándose en datos y conocimientos recogidos sobre la vida de un proyecto para que la información pueda ser refinada y reutilizada, posiblemente en futuros proyectos.
Los datos digitales son los que conforman el componente núcleo que permite los beneficios del BIM. Para que BIM tenga éxito, debe utilizar formatos aceptados. En el mundo de los datos geotécnicos, el Reino Unido y varios otros países tienen el beneficio de estándares de intercambio de archivos desarrollados por la Asociación de Geotécnica y Especialistas Geoambientales. En los Estados Unidos, el protocolo de transferencia de datos desarrollado en el proyecto conocido como el intercambio de datos para Geotécnica y especialistas geoambientales ha comenzado a ganarse el favor. Ambos formatos permiten transferir datos geotécnicos y geoambientales dentro y entre organizaciones. Cuando se trate de normas de intercambio de datos, la recopilación de datos geotécnicos requiere importar los datos desde el archivo de intercambio de datos en el sistema de gestión de datos geotécnicos solicitado.
Uno de los principales beneficios de BIM es la reducción en los gastos realizados a través de un modelo de prototipo virtual que trae a la luz y elimina los problemas potenciales antes de la construcción. En esencia, BIM ayuda a los usuarios a visualizar los problemas que en el pasado podrían haber tenido lugar sin ser detectados. Encontrar y resolver los problemas en una etapa temprana es considerablemente menos costoso que tener que rectificar los problemas durante la construcción.
BIM es particularmente útil en revelar cómo elementos físicos diseñados por diferentes disciplinas pueden entrar en conflicto uno con el otro durante la construcción. A través de tal "detección de choque", es posible determinar, por ejemplo, si los conductos de ventilación de un edificio se enfrentarán con una viga estructural. Estos problemas tienden a ocurrir cuando diferentes disciplinas hacen cambios a un diseño sin saberlo trabajar con datos no actualizados.
El mismo proceso puede aplicarse a la ingeniería geotécnica. Por ejemplo, si los cortes de carretera fueron realineados en condiciones diferentes y algo desafiantes, este cambio podría afectar significativamente el proceso de construcción.
Un ejemplo de cómo BIM puede beneficiar diseños geotécnicos es proporcionado por el túnel de Silvertown, que, de aprobarse, tendrá los vehículos de motor bajo el río Támesis en Londres del este entre Silvertown y la parte norte de Greenwich. Destinado a facilitar la tensión en el cercano túnel de Blackwall y otras travesías existentes, el proyecto fue encargado por Transport for London, la autoridad estatutaria responsable de la mayoría de los aspectos del sistema de transporte de Londres. Atkins, una empresa de consultoría internacional de diseño, ingeniería y proyectos de gestión, fue designado para proporcionar conocimientos de ingeniería y diseño para el túnel y es responsable de desarrollar el diseño preliminar del proyecto.
La ruta del túnel será a través de zonas muy industrializadas de Londres, áreas caracterizadas por condiciones de suelo diferentes, caminos, fundaciones y otras estructuras subterráneas. Entre los desafíos en el área está la proximidad del túnel propuesto, en las zonas norte y sur del Támesis, a las fundaciones de pilotes de la aerolínea Emirates, un sistema de teleférico de Transport for London para los peatones que cruzan el río. El Banco del norte también cuenta con una zona recuperada que alguna vez fue la entrada occidental de Victoria Dock (parte de la Royal Docks), así como las bases de varios almacenes demolidos. En el Banco del sur, la ruta del túnel pasa a través de la ubicación de una antigua refinería de gas. Los ingenieros de Atkins se dieron cuenta de que para reducir los costos generales del proyecto y el riesgo sería necesario una mejor manera de visualizar y comprender las condiciones del suelo, así como los desafíos existentes de infraestructura y sitio. Por ejemplo, idear una mejor manera de estimar el volumen de suelo contaminado que sería afectada por la construcción para mejorar la precisión de las estimaciones de costos para tratar materiales contaminados.
Los ingenieros geotécnicos sabían de las grandes cantidades de información sobre el sitio disponibles de fuentes que van desde mapas antiguos a datos digitales más actuales de los proyectos más recientes. Se dieron cuenta que con esta información podían incrementar grandemente su comprensión de las condiciones del sitio y permitirles mejorar el plan de construcción para el sitio.
Atkins decidió adoptar un enfoque doble para el proyecto, recopilar la información geotécnica existente en un sistema de gestión de datos geotécnicos, mientras desarrolla un modelo 3D de las condiciones del sitio y suelo. Los dos se integran para generar un modelo geotécnico 3D que podría actualizarse continuamente durante la investigación preliminar, la investigación del sitio, el diseño y más allá.
Durante muchos años Atkins ha adoptado la gestión de datos geotécnicos, usando los métodos estándar y los procesos para la gestión de sus distintos trabajos geotécnicos. El uso de la normalización permitió a los ingenieros en este proyecto recopilar datos geotécnicos de varios proyectos en el área, junto con los datos digitales en el formato de la Asociación de Geotécnica y Especialistas Geoambientales suministrado por el cliente o disponible del archivo de Atkins. Varios mapas antiguos y planes estaban disponibles, incluyendo planes para la antigua refinería de gas, almacenes y las fundaciones de la antigua entrada del muelle. El equipo del proyecto también tuvo acceso a, o había creado un número de modelos 3D, incluyendo uno que muestra la alineación del túnel propuesto y la ubicación de las estructuras propuestas relacionadas con el túnel. Ya que Transport for London aplica el principio de "whole life" de BIM en proyectos anteriores, incluyendo la aerolínea Emirates, el equipo también pudo obtener los datos de instalación para los cimientos del teleférico.
Los ingenieros cotejaron e importaron datos geotécnicos asociados con los proyectos anteriores en el nuevo proyecto dentro de su sistema de gestión de datos geotécnicos previamente establecido, que se basa en software HoleBASE SI, desarrollado por Keynetix Ltd. Porque los datos estaban disponibles en el formato de la Asociación de Geotécnica y Especialistas Geoambientales generalmente aceptado, el proceso fue relativamente sencillo, permitiendo a los ingenieros tomar ventaja de un método estándar para compartir datos digitales. Tenían que asegurarse de que se utilizaría un formato común para todos los proyectos importados, junto con las clasificaciones estándar de la geología. En un futuro próximo, el formato desarrollado en el proyecto de intercambio de datos para Geotécnica y Especialistas Geoambientales cumplirá esta función en los Estados Unidos. Hasta entonces cada equipo de proyecto debe estar de acuerdo a procesos y flujos de trabajo.
Mapas del U.K. Ordenance Survey y mapas geológicos de la British Geological Survey fueron combinados en el sistema de gestión de datos geotécnicos, creando un mosaico de información alrededor del sitio. Tener fácil acceso a los datos anteriores y visualización de datos geotécnicos y en contexto con el medio ambiente permitieron al equipo del proyecto planificar una investigación del sitio a construir sobre los conocimientos existentes.
En paralelo con la gestión de datos geotécnicos, Atkins utiliza AutoCAD Civil 3D, desarrollado por Autodesk, Inc., de San Rafael, California, para crear un modelo del terreno en el área del proyecto que incluía información aérea y subterráneas. Los especialistas de Atkins utilizan modelos existentes del teleférico junto con datos del modelo para los almacenes, entre otros. Estos datos fueron juntados con la alineación del túnel propuesto y otras estructuras previstas relacionadas con el túnel.
Como el AutoCAD es tan ampliamente utilizado, gran parte de los datos necesarios para el diseño del túnel de Silvertown ya estaba disponible en archivos con formato DWG nativo del programa. Cualquier dato que no se encontrase en este formato era relativamente fácil de convertir. Antes de la combinación de todos los conjuntos de datos en un modelo de suelo, los miembros del equipo tuvieron que asegurarse de que todos utilizaran el mismo sistema de coordenadas.
El enfoque y las herramientas utilizadas hicieron posible que el sistema de gestión de datos geotécnicos se integrara con AutoCAD Civil 3D y el sistema de gestión para ser visualizados dentro de un modelo 3D del suelo. De esta manera los miembros del equipo de proyecto podrían rápidamente combinar, organizar y administrar datos de geotecnia en el contexto de las estructuras subterráneas y sobre tierra existentes y propuestas, que otra vez ayudaría a mejorar y perfeccionar su comprensión del sitio.
Este enfoque presentó una gran ventaja, pues ayudó al equipo a entender visualmente y evaluar la alineación de diseño, identificar potenciales obstrucciones de construcción y determinar qué nuevas investigaciones de sitio serían necesarias. Mediante el análisis de la edad y los datos disponibles en el entorno del modelo, el equipo redujo el número de orificios exploratorios necesarios para la investigación del sitio, disminuyendo el tiempo y el costo para el cliente.
Reduciendo el tiempo necesario para volver a crear o sincronizar manualmente los datos geotécnicos y el modelo 3D, el equipo de proyecto tuvo más tiempo para refinar y mejorar el diseño del proyecto. Por otra parte, el modelo 3D también ayudó a calcular automáticamente el volumen de tierra que habría movido y la cantidad de contaminación que tendría que abordarse. Dicha información es útil en la realización de estimaciones de costos del proyecto y las evaluaciones de riesgos.
El enfoque geotécnico de BIM también benefició al equipo de construcción. El equipo estructural había integrado sus diseños de losa de rampa de aproximación con el modelo geotécnico y luego modificó su diseño cuando sus miembros se dieron cuenta que los niveles de agua subterránea plantearían un problema. También se utilizó el modelo geotécnico para generar las secciones necesarias para el software de análisis acústico.
El proyecto del túnel de Silvertown está recientemente sometido a un proceso de consulta legal. En algún momento de este otoño, el Secretario de estado de transporte anunciará la decisión sobre el destino del proyecto. Si el proyecto es aprobado, se iniciará la construcción a finales de 2018 o principios del 2019, y el túnel se abrirá al tráfico en 2022 o 2023.
Suponiendo que se produce la construcción, el enfoque BIM confiere ventajas adicionales. El modelo geotécnico 3D podría pasarse a la obra, permitiendo a sus miembros construir rápidamente sobre los datos existentes y reducir el tiempo y el costo de aumentar sus propios conocimientos. El modelo 3D ya ha proporcionado las bases para las imágenes y "fly-through" de vídeos utilizados durante el proceso de consulta pública, aumentando considerablemente el grado a que el público entiende cómo encajará el proyecto con su entorno. El modelo geotécnico 3D también proporcionaría una base distinta que podría ser utilizada por el equipo de construcción para propósitos de comparación. Si se presentaron diferencias durante la construcción, sería posible incorporarlas en el modelo. Como resultado, las consecuencias potenciales podrían ser mejor predichas y gestionadas.
El equipo del proyecto ha encontrado el uso de un modelo completamente integrado y multidisciplinar que incluye geología de la subsuperficie de valor significativo no sólo para los ingenieros geotécnicos, sino también para aquellos de otras disciplinas. Al visualizar las condiciones de la tierra en un contexto de diseño, el equipo ha reducido potencialmente riesgo del proyecto y los costos durante la construcción.
Aunque el cliente designó por mandato el uso del BIM para el proyecto total, el equipo del proyecto decidió aplicar los principios BIM en el proceso de Geotécnica en particular y generar el modelo geológico 3D. De esta manera, el equipo ha obtenido los siguientes beneficios:
El modelo visual llevó a una mejor comprensión del sitio y permitió a los participantes del proyecto identificar posibles obstáculos de la construcción.
El modelo permitió al equipo mejorar las estimaciones sobre cantidades de movimiento de tierras y la contaminación.
El uso de los conocimientos existentes del cliente y datos BIM redujo significativamente el número de orificios exploratorios nuevos necesarios.
La dinamización del flujo de trabajo ahorró tiempo y esfuerzo en la actualización e integración de datos.
A medida que avanza el proyecto, el equipo sigue encontrando más usos para el modelo geotécnico en un proyecto más amplio, resultando en ahorros de costo adicional para el cliente. Mientras que los métodos convencionales de diseño y construcción, a menudo incapaces de retener ciertos conocimientos críticos para su uso más adelante en la vida de un proyecto, la inclusión del BIM en este proyecto se asegurará de que se mantengan todos los datos geotécnicos e incluso puedan ser alimentados y actualizados en el futuro.
Este artículo fue tomado de la edición de Septiembre del 2017 de la ASCE Magazine. Fue desarrollado por Gary Morin (Technical director at Keynetix Ltd), Scott Deaton (President of Dataforensics), Roger Chandler (Managing director of Keynetix) y Simon Miles (Principal Geotechnical Engineer at Atkins). El artículo fue modificado de manera parcial para el buen entendimiento del lector.