Los pisos de concreto 4.0 y el escaneo láser en 3D

industria 4.0, es la automatización actual de los procesos de manufactura tradicional y las prácticas industriales que utilizan la tecnología inteligente moderna. La comunicación a gran escala de máquina a máquina (M2M) y el internet de las cosas (IoT) están integradas para potenciar la automatización, mejorar la comunicación y el autocontrol pero, ante todo, para poner en marcha máquinas inteligentes capaces de analizar y diagnosticar condiciones sin necesidad de intervención humana.

En el mundo actual del comercio electrónico, la eficiencia en los movimientos de los productos en un almacén logístico y el análisis de grandes cantidades de datos en tiempo real para la gestión coordinada de la cadena de suministro han puesto a rodar sobre los pisos de los almacenes logísticos nuevos dispositivos automatizados o robots AGV (Automated Guided Vehicles) conectados por software que permiten controlar todo el proceso desde una plataforma digital. Estos robots se desplazan por su entorno de manera autónoma, colaborativa e inteligente y son capaces de recoger, transportar y entregar productos sin la intervención del ser humano.

Todo este despliegue reciente de tecnología exige superficies de concreto que se adapten a la forma definida y aleatoria de estos robots para movilizarse en un centro logístico. Sin embargo, las técnicas vigentes de construir y, sobre todo, de verificar la calidad de nivel y la planimetría resultan ser de alguna manera insuficientes para garantizar la operatividad de estos nuevos robots.

En la actualidad existen múltiples normativas estandarizadas para medir la regularidad superficial: ASTM E1155 (Método de ensayo normalizado para determinar la planicidad FF y la nivelación FL de un piso), DIN 15185 (Especificación de planicidad), DIN 18202 (Tolerancias en construcción de edificaciones), EN-15620 (Almacenaje en estanterías metálicas. Estantería regulable para carga paletizada. Tolerancias, deformaciones y holguras), especificaciones de la Asociación Alemana de Construcción de Máquinas e instalaciones (VDMA por su sigla en alemán) y el ICI-05-TC/09 (Directrices sobre losas de concreto apoyadas en el terreno para aplicaciones de pisos industriales), entre otras. Ellas han sido, por lo general, adecuadas y de gran valor en estos años para verificar el cumplimiento de una especificación contractual, pero han mostrado deficiencias ante el objetivo primordial de optimizar el funcionamiento de algunos equipos y ahora de estos nuevos robots. Por otro lado –dependiendo de la perspectiva del interesado o de quien especifica la calidad de regularidad superficial– algunas condiciones incluidas en las especificaciones pueden aplicarse únicamente para la protección o explotación en un contrato, según el caso. Por ejemplo, en superficies para tráfico aleatorio

Recolección de muestras para el cálculo de números FF y FL según ASTM E1155.

puede ser más complicado determinar la calidad de la totalidad de la superficie ante la dificultad natural de medir y recuperar todos y cada uno de los datos del perfil de una superficie. Es por ello que las normativas actuales se limitan a recolectar una muestra y determinar por medio de la estadística la calidad de toda la superficie de piso, pero la muestra representa realmente menos del 2% de la superficie total, sin tomar en cuenta, además, que la ubicación exacta del área examinada no se especifica con precisión.

Lo interesante de todo esto es que las tecnologías de construcción y de control se encuentran en un punto de inflexión ante la inminente demanda de pisos orientados a la industria logística automatizada. Estos equipos robotizados pueden circular en cualquier lugar de la superficie del piso, ya sea con un patrón definido o no, y la consecuencia de esta nueva variable es que la regularidad de la superficie debe ser consistente en toda el área. El resultado obtenido hasta ahora puede ser insuficiente para instalaciones que demandan características diferentes. Dicho sea de paso, medir tan sólo una pequeña muestra de la superficie del piso es aceptable desde el punto de vista contractual y de cumplimiento.

Nivelación de superficie de concreto guiada por láser.

Hace algunos años que la tecnología de escaneo láser en 3D se abre paso para suplir esta necesidad, incluso para superficies que a la fecha se verifican con los tradicionales métodos de control. Por ejemplo, en el año 2014 la norma ASTM E1155 se actualizó para incluir los escáner láser en 3D dentro de los aparatos de recolección aprobados para estimar los números F. Pero, como ocurre con las tecnologías nuevas, la dificultad para interpretar grandes cantidades de datos está creando controversia y encuentra resistencia entre los contratistas. Con la imagen digitalizada de toda la superficie, la posibilidad de conflicto entre los distintos participantes de un proyecto que pueda tener consecuencias contractuales evidencia la necesidad de nuevas reglas. Por ejemplo, un especialista en pisos de concreto que sea contratado para construir una superficie con una especificación de regularidad según ASTM E1155 de FF45/FL35 puede, con su experiencia, cumplir a cabalidad su contrato; pero, por otro lado, el contratista general también contrata los servicios de un profesional capaz de recolectar datos usando la tecnología de escaneo láser en 3D para el mismo cometido, con la exigencia adicional de preparar un informe que incluye un mapa de calor donde las zonas identificadas en color rojo se convierten de inmediato en un punto de atención. Debemos recordar que, aun usando un escaner láser 3D y el algoritmo de cálculo para estimar los números F de acuerdo con ASTM E1155, el cumplimiento o no de la especificación se fundamenta en utilizar únicamente una muestra de datos muy pequeños de toda la superficie.

Escaneo láser en 3D para el análisis de planimetría según ASTM E1155, aumentando en x8,5 veces la cantidad de líneas recuperadas.

Bases de la tecnología

La tecnología de escaneo láser en 3D se basa en la “nube de puntos”, que es el resultado de millones de puntos recolectados por el equipo y orientados a una referencia con coordenadas tridimensionales X, Y, Z. Estas coordenadas, o puntos, definen en detalle la forma de la superficie al registrar millones de puntos como resultado de proyectar un haz de luz láser a las superficies de los alrededores y registrar el tiempo que toma en ir y regresar. En algunos equipos más sofisticados la medición toma en cuenta, además, el desfase en la onda del rayo de ida y de regreso. Para generar una nube de puntos completa es necesario el traslape de diferentes escaneos que se adhieren entre sí conservando la misma referencia. Es importante recalcar que la calidad de la nube de puntos recolectada por el escáner exige que la superficie se encuentre limpia y sin obstáculos. Por ejemplo, una aplicacion de la tecnología puede ser la recolección de datos antes de las tareas de colado del piso para

determinar los niveles de la base de soporte, durante el proceso de nivelación y acabado para corregir defectos detectables durante el proceso de construcción, y al finalizar los trabajos para evaluar el resultado final y el cumplimiento de las especificaciones.

Lo importante de todo esto es que, al recolectar el perfil completo de la superficie de un piso con un escáner láser durante el proceso de construcción, se tiene un potencial enorme para incrementar la calidad final de la construcción. Sin embargo, por ahora la ASTM E1155 fue actualizada únicamente para permitir la recolección de datos con la nueva herramienta, pero no se actualizó en la manera de reportar los resultados o en otras limitaciones, entre ellas: realizar la medición antes de 72 horas, la limitación en que las muestras sean mayores a 3,30 m, o en no considerar los datos a 60 cm de los bordes de losa, columnas y penetraciones, por mencionar algunas. Es importante resaltar que los resultados de números F cuando se han utilizado aparatos de medición tradicionales pueden ser comparables con los de escáner láser, siempre y cuando las líneas se ubiquen en la misma posición con exactitud.

Ahora bien, la duda salta a la luz en los perfiles de las zonas vecinas a donde se ubicaron las líneas en fiel cumplimiento con lo descrito en la ASTM E1155 y que pudieran mostrar diferencias de escasos centímetros. La extracción de variados perfiles en distintas ubicaciones de la superficie analizada es relativamente sencilla, ya que toda la información se encuentra en la nube de puntos, aunque en realidad todo el enfoque de calidad tendría mucho más valor si se aprovecha esta gran cantidad de datos y se evoluciona de analizar únicamente elevaciones en una sección determinada por una línea recta a una plataforma completa de datos.

Como ya se dijo, una de las aplicaciones de la tecnología que promete revolucionar la forma de construir los pisos es realizar escaneos en fresco, es decir durante el proceso de construcción y cuando todavía es posible corregir imperfecciones que al final puedan comprometer la calidad y el cumplimiento de alguna especificación. Esta es una idea reciente, pero requiere de la comprensión de quien analiza los datos de la nube de puntos recuperada por el escáner en tiempo real y, más que eso, la confianza de los contratistas para hacer las correcciones con base en la información analizada. Es probable que se adopte inicialmente en superficies donde la especificación requiere cumplir tolerancias muy estrictas y no haya que esperar el resultado al final de la construcción únicamente para determinar si cumple o no, o bien dónde deben hacerse las correcciones. El objetivo primordial de la tecnología podría cumplir con el objetivo de alcanzar las tolerancias y la especificación sin intervención posterior. Esto es posible porque, mientras que los equipos tradicionales de medición son incapaces de influir en el resultado final, la tecnología de escaneo láser en 3D sí lo puede hacer.

Al día de hoy la tecnología de escaneo láser con 3D es capaz de recolectar los datos, analizarlos y presentarlos en mapas de calor, estimar los números F de acuerdo con la ASTM E1155 y analizarlos según normativas como DIN 18202, por mencionar algunas. El lado positivo de todo esto es que los resultados permiten a los usuarios visualizar la superficie digitalizada y completa desde un punto de vista a la vez cuantitativo y gráfico.

Escaneo láser en 3D para el análisis de regularidad de base y estimación de volumen de concreto previo a la instalación de concreto.

Diagrama de calor para elevaciones en superficies de concreto.

El gran reto está en interpretar y comprender la curvatura y las ondulaciones en un plano completo en contraposición a una sección extraída de una línea, como en los métodos actuales, correlacionar el comportamiento dinámico y comparar la información obtenida al final del proceso con el desempeño en la realidad, incluyendo su evolución en el tiempo. Esta última premisa es de gran valor para el contratista porque garantiza que el cumplimiento de su parte del contrato no tiene influencias ajenas a su capacidad durante el proceso de construcción; además, cumple para el usuario el objetivo de obtener superficies que son funcionales con la máxima eficiencia posible durante el tiempo. Por otro lado, los profesionales de esta nueva especialidad de la ingeniería deben ser capaces de entregar reportes confiables y fundamentados en normativas bien definidas para la recolección y análisis de la información. Es fundamental que los datos obtenidos sean consistentes y reproducibles, pero el objetivo más importante de todos es asegurar el buen uso de la información para mejorar la calidad y optimizar el desempeño de los pisos para el usuario.

Podemos estar seguros de que la adopción de la tecnología de escaneo láser en 3D en pisos industriales es una realidad destinada a romper paradigmas y normativas arraigadas en nuestro presente, cuyo momento de gloria quedó en el siglo pasado.