Flavio Rodriguez - Innovación aplicada para una construcción subterránea sustentable

Innovación aplicada para una construcción subterránea sustentable Flavio Rodríguez

- Cementos bajos en CO2 - Mapeo 3D en túnel mediante Drones - Determinación de espesores de Shotcrete mediante geo-radar

Flavio Rodríguez

ACCIONA PARTICIPA EN 2 PROYECTOS EUROPEOS EN BUSCA DE CEMENTOS DE BAJA HUELLA DE CO2

Desarrollo de sistemas de hormigón aislante basados en novedosos aglomerantes con bajos niveles de CO2 para una nueva familia de componentes de envolventes eco-innovadores, duraderos y estandarizados con eficiencia energética. 2015-2019

Nuevo diseño respetuoso con el medio ambiente y duradero, que integra subproductos industriales y sistemas híbridos para aplicaciones civiles, industriales y en alta mar. 2018-2021

HORIZON 2020 RESEARCH PROJECT. This project is supported by the European Commission under the Energy Theme of the Horizon 2020 for research and Technological development. Grant Agreement number 637138

The project leading to this application has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 760639.

http://www.ecobinder-project.eu/en/

http://www.endurcrete.eu/ 5

The Challenge

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The Challenge El proyecto ECO-BINDER tiene por objetivo implementar una serie de actividades industriales de I+D relacionadas con el desarrollo de conglomerantes de baja huella de carbono basados en Belita-YemelitaFerrita y demostrar la posibilidad de sustituir productos de hormigón basados en cemento Portland corriente por nuevos cementos basados en la nueva tecnología Belita-Yemelita-Ferrita.

Se espera que esta generación nueva de materiales de construcción basados en hormigón y los componentes prefabricados de envolvente presenten una huella de carbono un 30% más baja, una mejora del 20% en el aislamiento y un coste un 15% menor en comparación a las soluciones actuales basadas en cemento Portland.

Menor huella de CO2

Reducción de costos

Resistencia al fuego

Aislamiento Acústico / absorción

Estabilidad dimensional

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Composición media de la materias primas: Las materias primas como calizas, arcillas y arena silícea son similares a las del cemento Portland, sin requerimientos específicos como en el caso de los geopolímeros.

Composición de las fases del cemento hidratado: La resistencia a edades tempranas es mejora debido a la aportación de la ye´elimite.

A su vez la belita contribuye a la mejora de la durabilidad, debido a los componentes

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ECO-Binder project El enfoque adoptado en el proyecto Eco-binder conducirรก al desarrollo de una nueva familia de aglomerantes de cemento.

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ECO-Binder Consortium

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EnDurCrete.

Objectives.

El objetivo principal del Proyecto EnDurCrete es desarrollar un nuevo concreto reforzado sostenible rentable para aplicaciones de larga duración y valor agregado.

El concepto se basa en la integración de un novedoso cemento bajo en Clinker, que incluye subproductos industriales de alto valor, nuevas nanotecnologías y micro tecnologías y sistemas híbridos que garantizan una mayor durabilidad de las estructuras de hormigón sustentable, con altas propiedades mecánicas, capacidades de autoreparación y automonitoreo.

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EnDurCrete. Objectives.

The key EnDurCrete technologies: →Cemento novedoso al incluir materiales de cemento suplementarios sostenibles y de alta calidad. : CEM II/C-M (S-V), CEM II/C-M (S-LL) and CEM VI/S-V – Heidelberg

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CEM II/C-M (S-V) CEM II/C-M (S-LL)

CEM VI/S-V 14

EnDurCrete. Objectives.

Las tecnologías clave de EnDurCrete.: →Enfoque Digital para la comprensión teórica y experimental de los factores que afectan la durabilidad, incluidos el modelado y las simulaciones.

- NTNU - ZAG - CEA La combinación del enfoque experimental y digital permitirá una evaluación de la durabilidad a largo plazo y la consiguiente predicción de la vida útil objetivo de las infraestructuras expuestas a entornos severos.

- Geonardo

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EnDurCrete. Objectives. → Positive LCA balance → Strengthening competitiveness of the European industry, including in the field of “green” technologies → At least 30% improved durability → At least 30% lower cost

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Task 6.2 Prototyping, demonstration and performance validation in a marine port in Spain Task leader: ACCIONA Contributors: NTS , AMSolution, IBOX, VITO, HC, SIKA Duration: M22 – M40 Description: Prototypes will be installed in a dock of the Port Gijón “El Musel” (Spain) Objectives: ▪ Precast concrete prototypes will be design and produced by NTS according to the requested EU standards. M26 • 12 precast concrete panels (0.4x0.4x0.2 m) for continuous monitoring • 20 small cubes (0.15 m on a side) for periodical destructive assessment will be installed ▪ The panels will be monitored during the exposure period. Corrosion sensor and environmental sensors will be installed onsite.

▪ Periodical destructive assessment will include: strength, porosity, permeability, Chloride content, electrical conductivity, micro level analysis such as SEM – scanning electrode microscopy Meetings: We had a meeting with the public authority of the harbour on January 29 th.

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Task 6.3 Prototyping, demonstration and performance validation in a tunnel in Spain Task leader: ACCIONA Contributors: NTS, AMSolution , IBOX, VITO, HC, SIKA, UNIVPM, RINA-C Duration: M22 – M40 Description: ▪ Prototypes will be installed in a mining tunnel facility located in Leon (Spain)

Objectives: ▪ By M26 (D6.2) precast concrete prototypes will be design and produced by NTS according to the requested EU standards and to the ACCIONA needs (we are interested in SCC precast elements).

▪ 2 rings consisting of 6 tunnel segments, around 1.6x0.5 m in length and 0.2 m thickness will be installed: • 1 ring of reference concrete (to be installed probably before M22) • 1 ring of concrete with ENDURCRETE technologies: special cement, corrosion sensors, textile reinforcement and self-sensing micro-fillers as well as environmental sensors will be installed onsite ▪ The precast elements will be continuous monitored and subjected to non-destructive inspection techniques (computer vision and thermography) and conventional techniques (sulfate attack, chloride penetration, water penetration…)

Meetings: We had a meeting with the ownwer of the tunnel on June 27 th.

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Task 6.4 Prototyping, demonstration and performance validation in an offshore structure in Norway Task Leader: KVAERNER Contributors: NTS, RINA-C, ZAG, AMSolution, IBOX, VITO, SIKA ,HC Duration: M22-M40 •

Where: Stord Yard in Norway.

•

Established contact with Yard, and some minor planning for facilities, location and set-up is performed.

•

Internet connection and power will be available at the test area.

9 test panels in total – submerged, splash and above water installed on a frame

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Task 6.5 Prototyping, demonstration and performance validation in a bridge in Croatia • • •

Task leader: INFRA PLAN Contributors: ZAG, AMSolution, IBOX, VITO, SIKA, HC, CEA, UNIVPM Duration: Month 22-40

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RETO: DIGITALIZACIÓN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE TUNELES. Seguimiento y Modelado 3D para integración en Modelos BIM Inspiración “Desarrollo de Herramientas UAV para la optimización y mayor calidad en la Adquisición de Datos para un modelo de gestión BIM”

1. ATRACCIÓN PROPUESTA Problema clave a resolver

Método de Medidas Actuales

“Reducir las desviaciones entre las secciones de trabajo y las secciones de diseño” Supone un gran sobrecoste económico en la construcción del túnel PIVOTACIÓN DEL OBJETIVO DEL PILOTO

“Digitalización del proceso de Construcción de túneles” Seguimiento y Modelado 3D para integración en Modelos BIM Reto a Futuro: Medidas de Convergencias en Interior de Túneles.

Solución Propuesta

Definición del RETO “Digitalización del proceso excavación: seguimiento y modelado 3D del túnel para su integración en modelos BIM.” 21

RETO: DIGITALIZACIÓN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE TUNELES. Seguimiento y Modelado 3D para integración en Modelos BIM 2. OBJETIVOS Y MÉTRICAS “Digitalización del proceso excavación: seguimiento y modelado 3D del túnel para su integración en modelos BIM”

1.- INTEGRACIÓN HARDWARE (PLATAFORMA / OPERACIÓN / SENSORES)

2.- PROCESADO DE DATOS

3.- DEFINICIÓN ENTREGABLES

4.- PILOTO REAL

FI 3 MESES

I – DRONE PLATFORM

II – SENSOR

III – OPERATIONS MANUAL

Piloto & validación de Viabilidad Integración Multirotor Vuelo Manual - MET LIDAR+TERMOGRÁFICO

✔ ✔ ✔

UAV Multirotor (S1000 DJI) Vuelo Manual Security Systems

✔ ✔

LIDAR (Geoslam) Termográfico (TAU 2)

✔ ✔ ✔

Manual Operaciones específico Procedimiento de Georeferenciación Security Protocols

Modelo digital Georreferenciado Generación Informes Seguimiento Obra

Visualización y Gestión de Datos

Digitalización Obras Subterráneas (BIM) FASE I

“Definición de Entregables por caso de Uso en FASE 2” Ubicación: Contrato: Cliente Final: Estado Actual:

Ribeira da Pena (Portugal) Túneles aducción Presa Gouvaes Iberdrola En ejecución (400 metros)

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RETO: DIGITALIZACIÓN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE TUNELES. Seguimiento y Modelado 3D para integración en Modelos BIM 2. OBJETIVOS Y MÉTRICAS “Digitalización del proceso excavación: seguimiento y modelado 3D del túnel para su integración en modelos BIM”

FI 3 MESES Piloto & validación de Viabilidad

1.- INTEGRACIÓN HARDWARE

Integración Multirotor Vuelo Manual - MET

(PLATAFORMA / OPERACIÓN / SENSORES)

LIDAR+TERMOGRÁFICO

2.- PROCESADO DE DATOS

3.- DEFINICIÓN ENTREGABLES

4.- PILOTO REAL

Modelo digital Georreferenciado Generación Informes Seguimiento Obra

Visualización y Gestión de Datos

Digitalización Obras Subterráneas (BIM) FASE I

DIGITALIZAR ESTADO DE AVANCE DE CONSTRUCCIÓN MODELOS, HISTÓRICO, SEGUIMIENTO, ...

INTEGRACIÓN DE PLATAFORMA QUE PERMITA VUELOS INDOOR. VALIDACIÓN TECNOLÓGICA. - CLASIFICACIÓN DE PUNTOS - MODELO GEOREFERENCIADO - PRECISIÓN ABSOLUTA: 5-10 cm - DENSIDAD DE PUNTOS: 6,5k puntos/ m2 - GENERACIÓN DE SUBPRODUCTOS (Volúmenes, distancias, secciones, áreas) “Definición de Entregables por caso de Uso en FASE 2”

- NO OCASIONAR INTERFERENCIAS EN PROCESO CONSTRUCTIVO - MAYOR RAPIDEZ EN ADQUISICIÓN DE DATOS (2400m/Jornada) - MAYOR RECURRENCIA EN EL VOLÚMEN DE DATOS (2h PRO/h OP) - VIABILIDAD OPERATIVA 23

RETO: DIGITALIZACIÓN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE TUNELES. Seguimiento y Modelado 3D para integración en Modelos BIM 3. QUE HEMOS HECHO – PILOTO REAL Ejecución de 3 vuelos 30/01/2018 2018-01-30_12-36-51.

Número de puntos capturados: 9.634.646 Longitud volada: 90 m 2018-01-30_13-05-00.

Número de puntos capturados: 13.074.122 Longitud volada: 136 m 2018-01-30_13-27-54.

Número de puntos capturados: 8.866.037 Longitud volada: 106 m - Solape aproximado entre vuelos: 15 m - Tiempo de operativa de vuelo en campo: 52min - Longitud total de datos capturados: 332 m - Total Puntos capturados: 31.574.805.

- Tiempo de procesado: 4 h. Preparación de datos en relativa. Enlace de nubes, filtro (túnel – ruido - ventilación), generación de secciones. Tiempo Inferior a 1 JORNADA.

Ubicación: Ribeira da Pena (Portugal) Contrato: Túneles de aducción de la Presa de Gouvaes Cliente Final: Iberdrola Estado Actual: En ejecución (400 metros)

Ventajas del sistema: · minimizar riesgo del personal en obra. · captura de datos en zonas extremas. · obtención de información 3d para gestión bim. · mayor rapidez en la captura de datos. · no interferencia con producción.

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RETO: DIGITALIZACIÓN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE TUNELES. Seguimiento y Modelado 3D para integración en Modelos BIM 3. QUE HEMOS HECHO - RESULTADOS Clasificación Puntos

Generación Secciones/ Volúmenes

INSPECCIÓN GEOSLAM (LIDAR)

Procesado / Georreferenciación / Unión Modelo

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RETO: DIGITALIZACIÓN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE TUNELES. Seguimiento y Modelado 3D para integración en Modelos BIM 3. QUE HEMOS HECHO - RESULTADOS Modificación Escala de Valores

Vista General / Detalle (HUMEDADES)

INSPECCIÓN TERMOGRÁFICA

Datos Visuales / Termográficos

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RETO: DIGITALIZACIÓN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE TUNELES. Seguimiento y Modelado 3D para integración en Modelos BIM 4. MODELO HEMAV-ACCIONA

Costes de Implementación

· Para la OPTIMIZACIÓN del Servicio es adecuado juntar aplicaciones INDOOR y OUTDOOR.

· El personal de ACCIONA en la OBRA es el encargado de realizar la Operación.

-

Reducción de Costes en Servicio Subcontratado.

- Independencia en el Flujo de Trabajo.

- Mayor numero de aplicaciones en Obra y mayor calidad del servicio sin coste extra de Personal.

Costes Procesado DATOS HEMAV

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RETO: DIGITALIZACIÓN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE TUNELES. Seguimiento y Modelado 3D para integración en Modelos BIM 5. PRÓXIMOS PASOS “Digitalización del proceso excavación: seguimiento y modelado 3D del túnel para su integración en modelos BIM”

1.- INTEGRACIÓN HARDWARE (PLATAFORMA / OPERACIÓN / SENSORES)

2.- PROCESADO DE DATOS

3.- DEFINICIÓN ENTREGABLES

FI 3 MESES

85 %

Piloto & validación de Viabilidad Integración Multirotor Vuelo Manual - MET LIDAR+TERMOGRÁFICO Modelo digital Georreferenciado Generación Informes Seguimiento Obra

Visualización y Gestión de Datos

FASE II 6 MESES

0 %

Implementación · Plataforma Indoor/Outdoor · Integración Otros Sensores:

(Auscultación, humedad, monitorización, humos, temperatura, Radar).

Generación Modelo BIM

Visualización y Gestión de Datos.

FASE III 6-12 MESES

0 %

Servicio Compartido Monitorización Subterránea AUTÓNOMA - Navegación INDOOR no Supervisada.

- Vuelo Automático

Mejora en la Precisión para Uso: Convergencias

Sistema de Alarmas Automatizado

INDOOR + OUTDOOR

4.- PILOTO REAL

Digitalización Obras Subterráneas (BIM) FASE I

IMPLEMENTACIÓN FASE I

SERVICIO COMPARTIDO

Servicio Compartido Fase Acompañamiento

Servicio Compartido Fase Servicio

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RETO: EVALUACIÓN NO DESTRUCTIVA MEDIANTE TÉCNICA GEORADAR PARA LA DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE SHOTCRETE EN LA CONSTRUCCIÓN DE TUNELES Método de Actual

1. ATRACCIÓN PROPUESTA Problema clave a resolver “Determinación no destructiva de espesor de Shotcrete mediante equipo georadar en lugar del método convencional de extracción de testigos mecánicos” Reducción de riesgos para los trabajadores y tiempo en la construcción del túnel PIVOTACIÓN DEL OBJETIVO DEL PILOTO

“En este documento se describirán los trabajos de campo llevados a cabo con el

equipo georadar en el interior del túnel para la inspección de espesores, así como la interpretación de los resultados obtenidos y el análisis de las desviaciones encontradas respecto a los testigos extraídos, como fuente de calibración del sistema.

Método propuesto

Solución Propuesta

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RETO: EVALUACIÓN NO DESTRUCTIVA MEDIANTE TÉCNICA GEORADAR PARA LA DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE SHOTCRETE EN LA CONSTRUCCIÓN DE TUNELES

Los trabajos de campo fueron llevados a cabo por el Centro de Investigación, Desarrollo e Innovación de Estructuras y Materiales (IDIEM) de la Universidad de Chile, bajo la supervisión del Servicio de Calidad y Sustentabilidad de ACCIONA, así como con el asesoramiento de la Dirección de Innovación Tecnológica de ACCIONA.

Dada la gran longitud de las medidas, aproximadamente 2.500 metros lineales de túnel, se realizaron únicamente 3 líneas de medida en el perímetro del túnel, una en la clave del túnel y dos en los hastiales.

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RETO: EVALUACIÓN NO DESTRUCTIVA MEDIANTE TÉCNICA GEORADAR PARA LA DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE SHOTCRETE EN LA CONSTRUCCIÓN DE TUNELES

Por otro lado, para determinar el espesor efectivo del shotcrete en obra se extrajeron testigos de 2 pulgadas de diámetro cada 50 metros lineales en cada túnel inspeccionado, para calibrar y ajustar las propiedades dieléctricas que considera el equipo para estimar el espesor de la capa de hormigón proyectado, que a su vez se relaciona con el tipo y edad del hormigón.

El método permitió, en algunos sectores verificar espesores, no sólo en las cajas de los túneles, sino que también en la clave de éstos, en donde la extracción de testigos se vuelve aún más peligrosa, por el riesgo de contacto del agua de refrigeración con el equipo de perforación eléctrico.

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RETO: EVALUACIÓN NO DESTRUCTIVA MEDIANTE TÉCNICA GEORADAR PARA LA DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE SHOTCRETE EN LA CONSTRUCCIÓN DE TUNELES

Una vez calibrado el equipo, cuyos parámetros de configuración se reflejan en la Tabla 1, se realizaron medidas en un tramo de túnel de aproximadamente 100 metros donde se contaba previamente con la información de control de espesor mediante extracción de testigos. Los resultados de contraste se muestran en la Tabla 2.

La diferencia obtenida entre ambos métodos de medición de espesor de shotcrete varía entre 1 y 5 centímetros, obteniéndose una diferencia promedio de 2,5 centímetros entre ambos métodos, con una desviación estándar de 1 centímetro, lo que corresponde a un error del método del orden de un 5%, para el rango de espesores medidos.

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RETO: EVALUACIÓN NO DESTRUCTIVA MEDIANTE TÉCNICA GEORADAR PARA LA DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE SHOTCRETE EN LA CONSTRUCCIÓN DE TUNELES INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS Una vez validado el método de Georadar para medir espesores de la capa de shotcrete en los túneles, se realizaron mediciones semicontinuas, con la ayuda de una cesta elevadora para las medidas llevadas a cabo en la clave del túnel, en los tramos en construcción como método sustitutivo a la extracción de testigos de hormigón La naturaleza heterogénea del shotcrete hace que las propiedades dieléctricas del mismo sean muy variables, por lo que la identificación de planos de reflexión resultó compleja. La interpretación de este tramo del perfil requirió un trabajo de procesamiento minucioso de la señal obtenida, hasta conseguir un ”aclarado” de la señal, potenciando las reflexiones procedentes del contacto entre shotcrete y terreno natural

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RETO: EVALUACIÓN NO DESTRUCTIVA MEDIANTE TÉCNICA GEORADAR PARA LA DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE SHOTCRETE EN LA CONSTRUCCIÓN DE TUNELES INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS 1. Ajuste de la posición de tiempo 0.

2. Aplicación de filtro Substact_mean (filtro tipo Dewow): este filtrado permite eliminar las frecuencias bajas de la señal, 3. Aplicación del filtro Background removal. Permite eliminar el ruido electromagnético de fondo.

4. Función de ganancia.

5. Aplicación de un filtrado de suavizado para mejorar visualmente la señal.

Una vez definido el procesado adecuado de la señal se replicó este tratamiento, de forma automática, en el resto de tramos en construcción para la evaluación de sus espesores de shotcrete.

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RETO: EVALUACIÓN NO DESTRUCTIVA MEDIANTE TÉCNICA GEORADAR PARA LA DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE SHOTCRETE EN LA CONSTRUCCIÓN DE TUNELES INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS Finalmente, los datos obtenidos en cada uno de las trazas analizadas se pueden exportar a formato ASCII, siendo fácilmente exportables después a un formato tabla donde figuran los siguientes parámetros: distancia, tiempo y profundidad-espesor de shotcrete.

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RETO: EVALUACIÓN NO DESTRUCTIVA MEDIANTE TÉCNICA GEORADAR PARA LA DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE SHOTCRETE EN LA CONSTRUCCIÓN DE TUNELES CONCLUSIONES Se ha comprobado que esta técnica de inspección resulta fiable e innovadora respecto de los sistemas de verificación de espesores habitualmente empleados en túneles, siendo replicable con garantías en nuevos proyectos constructivos, otorgando al sector de la construcción de una nueva herramienta de mejora en la gestión y calidad de los túneles y las obras subterráneas.

Se ha conseguido determinar espesores de fortificación en una longitud de 2.500 metros de longitud en cuatro jornadas de trabajo de campo y se han obtenido resultados con errores menores del 5% respecto a la comprobación convencional con extracción de testigos mecánicos. Además, esta técnica permite realizar medidas, donde por seguridad, no es posible realizar esta extracción de testigos.

Luego del respectivo análisis, hemos comprobado una reducción del 40% de riesgos críticos, y un 50% menos de tareas, con respecto al método tradicional.

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