Cómo los gemelos digitales están cambiando los flujos de trabajo de inspección de puentes y presas

La infraestructura es uno de los temas que preocupa a muchas personas en los Estados Unidos y en todo el mundo. Los accidentes resultantes del envejecimiento de la infraestructura han puesto los riesgos en el primer plano de la mente de las personas y, particularmente en los EE. UU., muchas estructuras como puentes y presas están llegando a una edad en la que el riesgo de algún tipo de falla aumenta con cada año que pasa. Esta situación ha dado lugar a legislaciones y campañas de sensibilización, además de proyectos de renovación y sustitución de todo tipo de infraestructuras.

Si bien hay mucho trabajo por hacer para garantizar la durabilidad de nuestra infraestructura, también estamos en una era en la que las nuevas tecnologías pueden hacer que las inspecciones sean mucho más seguras para quienes se encuentran en el terreno y hacer que todo el proceso sea mucho más eficiente. Bentley Systems se encuentra entre las empresas en medio de esta innovación, ayudando a estos propietarios de infraestructura a crear modelos precisos de estas estructuras conectadas a todo tipo de puntos de datos, incluidos artefactos topográficos, diseños 3D/2D, SIG y varios Internet de las cosas (IoT). sensores, para proporcionar el contexto completo de su infraestructura.

Geo Week News habló recientemente con Dustin Parkman, vicepresidente de transporte, y Gregg Herrin, vicepresidente de agua, de Bentley. Parkman habló de cómo este flujo de trabajo de gemelo digital ha ayudado en las inspecciones de puentes, mientras que Herrin habló del impacto en las inspecciones de presas.

¿Cuál es el flujo de trabajo?
En términos de inspecciones de puentes y presas, si bien las estructuras son bastante diferentes, el flujo de trabajo para mantenerlas con gemelos digitales es similar y se divide en tres etapas. El primero es crear una malla de realidad utilizando escaneo láser y/o fotogrametría, y Parkman señaló que los mejores resultados provienen de una combinación de ambos. Gran parte de este trabajo se realiza volando drones alrededor de una estructura, ya que es mucho más fácil obtener todos los ángulos necesarios con un dron que con un escáner terrestre. Eso sí, también se utilizan para algunas piezas, y para puentes se puede utilizar incluso un escáner móvil en un barco.

Crea un modelo 3D preciso de la estructura, pero para crear realmente un gemelo digital, debe estar conectado a sensores para obtener información en tiempo real. En los puentes, según Parkman, estos sensores capturan el movimiento estructural y la socavación, al mismo tiempo que monitorean cuánto uso se está obteniendo, cómo reacciona ante diferentes eventos climáticos, así como sensores geotécnicos. De manera similar, Herrin transmite que la inspección de la presa cuenta con la ayuda de piezómetros que monitorean la presión del agua subterránea, así como sensores que monitorean la resistencia de las juntas, las grietas en la superficie de la presa y la vibración de la superficie.

Por supuesto, nada de esto importa sin el software para hacer que todos estos datos sean accesibles para quienes monitorean e inspeccionan las estructuras, y ahí es donde entra Bentley. Bentley ofrece software para convertir esos datos de captura de la realidad en un modelo, así como software diseñado para agregar datos de IoT en formatos viables y accesibles. Luego, todo se puede envolver en un gemelo digital singular, proporcionando un modelo 3D preciso con información en tiempo real proveniente de los sensores de IoT. Herrin también señala que está empezando a ver que algunas empresas, como HDR, “extienden estas tecnologías con sus propias propiedades intelectuales, utilizando algunas de sus propias capacidades de inteligencia artificial para identificar anomalías en los proyectos de las presas Murray y Diablo”.

Flujos de trabajo más seguros y eficientes
Las inspecciones siempre han sido necesarias para este tipo de estructuras críticas. Sin embargo, tradicionalmente ha sido más fácil decirlo que hacerlo, especialmente de manera segura, poder realizarlos con la frecuencia y precisión que quisiéramos. Tanto Parkman como Herrin notaron las ventajas observadas al utilizar este flujo de trabajo de gemelo digital.

Tiene sentido que tener estos datos mejore estos flujos de trabajo, ya que gran parte del trabajo ahora se puede realizar de forma remota y virtual. En lugar de inspeccionar manualmente una estructura completa en busca de grietas u otras anomalías, los inspectores pueden buscarlas dentro del modelo (a veces utilizando inteligencia artificial para identificar posibles áreas de preocupación) y enviar personas a esas ubicaciones específicas. De manera similar, los sensores pueden detectar problemas potenciales mucho antes de que sean perceptibles para los humanos, lo que hace que la reparación sea mucho más fácil, económica y segura.

En el caso de los puentes, Parkman señala que los equipos han “ahorrado más del 30 % en horas y tarifas de inspección, con una mejora significativa en la cantidad y calidad de los entregables”. De manera más indirecta, también, espera “ver un mínimo de un 20% de ahorro en la construcción derivado de las mejoras en la calidad de los datos de inspección, ya que mejores datos conducen a mejores decisiones, reduciendo así el riesgo de errores de diseño o de aplicar soluciones incorrectas de reparación y rehabilitación”. .” 

Mirando específicamente las represas, Herrin reporta muchos de los mismos beneficios, aunque con algunos aspectos exclusivos de estas estructuras. Por ejemplo, gran parte de la inspección manual de una presa implica que los inspectores utilicen una cuerda para dejar caer el muro de hormigón de una presa o un aliviadero resbaladizo aguas abajo de las compuertas, lo que puede ser muy peligroso. Al inspeccionar primero la estructura en busca de problemas utilizando el modelo de realidad, puede identificar áreas problemáticas y permitir que los inspectores accedan solo a esos lugares, lo que reduce el tiempo total que pasan en un lugar peligroso.

Aquí también hay ahorros financieros, que Herrin ha podido comprobar de primera mano. "El propietario de una presa, que tiene varias presas en su cartera, pudo utilizar nuestra solución de monitoreo de presas para ahorrar una enorme cantidad de dinero en el monitoreo de condiciones", dijo a Geo Week News. "Sus procedimientos operativos estándar solían costar aproximadamente 3.000 dólares por día, por lo que, al implementar la tecnología digital, pudieron obtener un retorno de su inversión en menos de dos meses".

Gemelos digitales en acción
Si bien este tipo de flujo de trabajo que reúne la captura de la realidad y los datos de IoT para un gemelo digital en tiempo real es relativamente nuevo para el monitoreo e inspección de infraestructura, ya hay muchos ejemplos. De hecho, Parkman dice que comenzó cuando estos propietarios de activos individuales se hicieron cargo de ellos mismos. 

Dijo: “Comenzó con nuestra base de usuarios y clientes haciendo esto por su cuenta, fragmentando diferentes partes de nuestra cartera y la cartera de nuestros socios para lograrlo. Cuando vimos que diferentes elementos se unían, realmente vimos una oportunidad de reunir muchas de estas piezas dispares en una solución bien integrada que permitiera que todos estos diferentes puntos de datos se convirtieran en un gemelo digital”.

Bentley ha observado varios de estos proyectos tanto para puentes como para presas. En Denver, por ejemplo, deben monitorear 630 puentes en todo el condado para garantizar que sigan siendo seguros para el paso. Trabajando con Stantec, crearon gemelos digitales para sus puentes conectados con sensores de IoT, configurando alertas personalizadas cuando el movimiento de la estructura excede los parámetros preestablecidos. 

Del lado de la presa, la presa Perris es una estructura importante en el estado de California, y fue señalada por necesitar mejoras estructurales dado el riesgo durante un evento sísmico. Durante el proyecto de modernización sísmica, Terracon (quien fue contratado para el proyecto) y el Departamento de Agua de California utilizaron el software de Bentley con sensores en el sitio para monitorear cosas como la presión de los poros del agua subterránea y otros problemas estructurales a lo largo del proyecto, proporcionando un fácil acceso web a tanto datos casi en tiempo real como datos históricos.

Tanto Parkman como Herrin anticipan que leyes como la Ley de Empleo e Inversión en Infraestructura de 2021 afectarán este trabajo, y el dinero seguirá llegando a este espacio a medida que las inspecciones se vuelvan más urgentes y comunes. Este flujo de trabajo que utiliza captura de realidad y sensores de IoT para gemelos digitales en tiempo real hará que esas inspecciones lleven menos tiempo y mantendrá a los trabajadores en el terreno más seguros.