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Design Joint Venture (DJV), a collaboration between engineering consultants, Beca and Tonkin + Taylor has highlighted the power of Seequent’s Leapfrog Works 3D geological modelling software in the design of a motorway extension from New Zealand’s Pūhoi to Warkworth.

Con un costo estimado de más de 700 millones de dólares neozelandeses (que incluye el mantenimiento durante 25 años), la extensión de la autopista de Pūhoi a Warkworth, de 18 km, incluye un corredor vial que atraviesa colinas empinadas y valles, y la creación de siete puentes, incluidos tres viaductos. Combine esto con el corte de 7 millones de metros cúbicos de tierra (y el relleno de 5 millones), y el desafío de los sedimentos aluviales blandos, y es fácil notar por qué un modelo terrestre de todo el proyecto es esencial como base para el diseño geotécnico y para reducir los riesgos del proyecto.

Satisfacción de las demandas de la población

A medida que la población de Auckland supera el millón y medio de habitantes y aumenta la demanda en la zona de Northland, la región de Warkworth se clasifica como centro de crecimiento. La cantidad de automóviles que circulan diariamente por esta ruta aumentará de 19 700 en 2012 a 31 300 en 2026, por lo que la extensión proporcionará una mejor conexión con todos los beneficios asociados en cuanto a seguridad y fluidez del tráfico.

The design work was subcontracted to Design Joint Venture (DJV) a collaboration between engineering consultants, Beca and Tonkin + Taylor. Seequent’s Leapfrog Works, which is specifically designed for the Civil Engineering and Environmental industries, was used as the 3D geological modelling software to more accurately define the geology.

Chris Monk, Ingeniero Geólogo, Tonkin & Taylor, dice lo siguiente: «Había tres áreas de interés. El norte, que presentaba una topografía baja; el centro, con importantes terraplenes de corte y relleno; y el sur, que contenía dos estructuras de viaducto. Era importante poder utilizar una herramienta de modelado que funcionara con flexibilidad en los diferentes tipos de geología y superficie para obtener resultados precisos. Modelamos 210 pruebas de penetración de conos (Cone Penetration Tests, CPT) e incorporamos datos de 420 perforaciones, 355 taladros manuales y 220 pozos de prueba».

El modelo de subsuelo en 3D abarca toda la longitud de la alineación de 18.5 km

Trabajo dinámico en 3D

El diseño detallado comenzó en octubre de 2016 y está en curso. El equipo comenzó a recopilar datos de investigación terrestre y los incorporó en su modelo geológico en 3D de Leapfrog. El modelado dinámico y continuo de Leapfrog Works transformó la forma de trabajar del equipo geotécnico.

El uso de Leapfrog Works significó que un geólogo podía cartografiar las superficies geológicas en lugar de tener que contratar a un técnico de CAD para que trabaje junto al geólogo, lo que dio lugar a un flujo de trabajo más fluido y a tiempos de entrega más rápidos. A medida que los ingenieros del proyecto necesitaban secciones, podían ir directamente a un único punto de contacto para crear rápidamente la sección deseada, lo que permitía ahorrar tiempo y reducir el esfuerzo de tener que volver a realizar el trabajo.

Stuart Cartwright, Ingeniero Geólogo Sénior, Tonkin + Taylor, comenta lo siguiente: «Leapfrog nos ayudó mucho en lo que era un proyecto significativo y desafiante. La longitud de la autopista propuesta y su alineación a través de una topografía tan pronunciada dificultaban el desarrollo del modelo terrestre».

El equipo geotécnico pudo aprovechar la gran visualización de Leapfrog Works para reunirse y comunicarse mejor con un amplio grupo de partes interesadas del proyecto, incluido el equipo de Construction Joint Venture (CJV), aparejadores, topógrafos e ingenieros geotécnicos y diseñadores de puentes.

«La visualización del modelo en 3D y la posibilidad de cortar secciones en cualquier ubicación deseada de manera instantánea permitió que otras personas pudieran comprender visualmente las condiciones geológicas del lugar con mucha mayor claridad. Colaboramos mucho más con todo el equipo del proyecto, ya que pudimos realizar talleres y sesiones de revisión informales para visualizar el progreso. En el pasado hubiésemos utilizado secciones en papel, pero los resultados del modelo en 3D y la interfaz gráfica cambiaron la forma en que nos comunicamos y colaboramos», afirma Cartwright.

Las pendientes de corte y relleno varían según la geología

Reducción de la huella de corte y relleno

Leapfrog fue utilizado inicialmente por DJV en la fase de licitación para crear un modelo geológico en 3D del trazado. Luego, el modelo se importó al software de diseño civil «OpenRoads» de Bentley. Esto permitió comparar de forma rápida y sencilla los perfiles de los taludes y las cantidades de corte y relleno de las diferentes alineaciones, así como optimizar la relación entre la masa y la distancia en el movimiento de tierras para evaluar la alineación más rentable.

Comprender la composición del material del equilibrio entre la masa y la distancia es fundamental para minimizar la huella de corte y relleno. Esto no solo reduce los residuos, sino que la comprensión de la composición de la tierra se traduce en que la tierra extraída tiene el potencial de utilizarse para rellenar otra parte de la obra, lo que permite ahorrar tiempo y dinero. También se puede reducir el impacto ambiental, como la eliminación de árboles.

Stuart Cartwright comenta lo siguiente: «La superficie de contacto entre el suelo meteorizado de la formación Pakiri y la roca subyacente no meteorizada fue fundamental para evaluar los posibles perfiles de taludes de corte y las huellas de excavación y Leapfrog hizo que este proceso fuera mucho más fácil de llevar a cabo».

Mirada hacia el futuro

A medida que los principales proyectos de infraestructura se tornan cada vez más grandes y complejos con múltiples partes interesadas, tener un modelo terrestre en 3D para respaldar la comprensión de la geología permite a los equipos geotécnicos mejorar la eficiencia del diseño. El fácil mantenimiento de un modelo dinámico a lo largo de la propuesta y el diseño está transformando la manera de trabajar de los ingenieros de la Tierra. Este es un verdadero avance que permite que la industria de la ingeniería civil sea más receptiva en un mundo cada vez más digital.

«Disponer de un modelo dinámico que evoluciona a medida que se aportan nuevos datos permitió al equipo ahorrar tiempo al no tener que recrear un nuevo modelo cada vez, lo que nos deja más tiempo para centrarnos en el análisis», afirma Monk.

Se prevé que la autopista tardará 5 años en construirse y que se habilitará el tráfico a finales de 2021.

Imagen de portada cortesía de NX2 Group, que muestra las obras de mejora del terreno.