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Drones en la Ingeniería Civil

20 de Noviembre de 2016 | Autor: Civilgineering (@Civilgineering) Leído: 1168 veces

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Drones en la Ingeniería Civil

 

En los últimos tiempos el uso de aeronaves no tripuladas o remotamente tripuladas se ha vuelto muy popular, esto gracias a su versatilidad, facilidad de utilización y economía. Estos sistemas son conocidos como Unmanned Aircrft Systems (UAS), Unmanned Air Vehicles (UAV), Micro Air Vehicles (MAV) o simplemente Drones, Minidrones o Microdrones, según sus dimensiones y peso.

 

No son sistemas nuevos, existen ya hace varias décadas, aunque en sus inicios su principal utilidad era en el área militar y luego se expande al público en general, siendo hoy en día muy común su utilización, lo que nos ha llevado a analizar la necesidad de disponer de regulaciones adecuadas para una utilización segura y ordenada, regulaciones que deben ir adaptándose continuamente a medida que las aeronaves utilicen tecnologías mas novedosas. Podemos encontrar las regulaciones y políticas de la Administración Federal de Aviación de los estados Unidos (FAA), para el uso de estas aeronaves (https://www.faa.gov/uas/regulations_policies/). En la República Dominicana el uso de las aeronaves tripuladas a distancia es controlado por el Instituto Dominicano de Aviación Civil (IDAC), a través de la Resolución No. 008-2015.

 

Entre los usos relacionados a la ingeniería se destacan:

 

·         Controles ambientales (Control de Calidad del Aire):

 

Fuente 1: ibTimes - “China’s Pollution Problem Drones Helps Environmental Officials Monitor Big Polluters”

Con el crecimiento constante de las ciudades uno de los impactos críticos y que necesitan de control y estudio constante, son los impactos ambientales. Para esto necesitamos instrumentos de medición de la contaminación atmosférica, los cuales han sido instalados de forma tradicional en aeronaves convencionales y globos.  Con los avances de la tecnología se han desarrollado nuevos sensores miniatura de medida de la concentración de gases, lo que permite que estos puedan ser instalados en los drones, así como en cualquier otro sistema móvil. Esto permitirá hacer observaciones continuas en diferentes entornos y con los sistemas de GPS se pueden almacenar los datos de contaminación geolocalizados, así como datos de presión, temperatura y humedad.

 

·         Aplicaciones Cartográficas:

 

Fuente 2: Heliguy - “Can You Use Your Drone for Geospatial Mapping?”

 

La cartografía interpreta, analiza y representa gráficamente una superficie determinada. Una herramienta básica utilizada para la cartografía es la fotogrametría, que permite determinar propiedades geométricas y situaciones espaciales a partir de imágenes fotográficas; la fotointerpretación que permite determinar los elementos que intervienen en el terreno y el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) que permite determinar las coordenadas de cualquier punto de la superficie terrestre con gran precisión.

 

Tradicionalmente las imágenes son obtenidas con satélites o aviones, pero para utilizar los satélites debemos primero ver su disponibilidad, además la precisión no es exactamente su fuerte y a la hora de utilizar aviones obtenemos imágenes de menor precisión, esto debido a que la velocidad y altura de vuelo deben ser mayores, por supuesto ni hablar de los costos y el tiempo que este método de obtención de imágenes representa.

 

Por su parte el uso de drones con el equipamiento necesario para esta tarea, nos otorga imágenes de alta resolución, en corto tiempo y a un costo reducido.  

 

Esta superficie capturada con precisión, permite generar una cartografía que representa la realidad y que sirve para la creación de distintos mapas como son:

 

-          Modelo Digital de Elevaciones (Modelo Digital de Superficie) y Modelo Digital del Terreno.

-          Mapas Topográficos.

-          Mapas de Usos del Suelo.

 

·         Aplicaciones a la Prospección y Explotación de Recursos Minerales:

 

Image result

Fuente 3: Ok Media Group - “Drone Services”

Para la extracción de minerales que se encuentran en la tierra se requiere un proceso de prospección para localizar los yacimientos y, posteriormente, de exploración y de investigación para conocer su morfología y características o propiedades.

 

Las ventajas que nos brindan los drones en este sector son muy amplias, pero podemos mencionar algunas como son:

 

-          No intrusivo, por lo tanto, no provoca daños al medioambiente.

-          Gran cantidad de recolección de datos de forma rápida y económica.

-          Se pueden cubrir áreas grandes a costos reducidos.

-          Se pueden obtener datos de áreas remotas, accidentadas y con cobertura vegetal densa.

-          Pueden permanecer en vuelo por hasta 30 horas, a diferencia de las aeronaves tripuladas que solo pueden permanecer en vuelo por alrededor de cinco horas, para que el piloto pueda mantener la concentración.

-          Pueden sobrevolar regiones hostiles, en las que existe un riego para los pilotos.

-          Debido a su equipamiento efectúan escaneos precisos, vuelan de noche y a baja altura para mejorar la resolución de datos.

-          Debido a los bajos costos de adquisición y mantenimiento se reducen los costos de estudio por kilómetro de alineación sobrevolado, por lo que pueden sobrevolar varias veces una zona, de manera que se obtenga un gran volumen de datos.

 

Para la prospección empleamos una rama de la Física que estudia las estructuras ocultas en el interior de la tierra y la localización de cuerpos, esta rama es conocida como Geofísica. Los estudios se realizan a través de observaciones en la superficie terrestre, buscando contrastes o anomalías en las propiedades del terreno para llegar a la información requerida. Los sensores utilizados en minería no son de gran magnitud por lo que pueden instalarse perfectamente a las aeronaves tripuladas a distancia, pudiendo hacerse, dependiendo las necesidades, Magnetometría Aérea, Gavimetría Aérea, Electromagnetismo, Radiometría Aérea, Aerofotogametría y Levantamientos Topográficos de detalle.

 

·         Aplicaciones Hidrológicas:

 

Sin duda alguna la permanencia y efectividad del hombre en el mundo, tal como lo conocemos, depende de los recursos hidrológicos, estos representan grandes masas de agua que, gracias a los avances electrónicos e ingenieriles en general, se ha posibilitado un mayor acercamiento y conocimiento de estos.

 

 

Fuente 4: Sub-Sea World News - ”Autonomy to Z-Boat’s Capabilities”

 

Los vehículos utilizados para el conocimiento hidrológico, en su mayoría, son submarinos no tripulados, dentro de los cuales podemos encontrar los (ROV) que operan remotamente mediante cable umbilical, los (UUV o UAV) que son completamente autónomos y existen también los híbridos que se adaptan a distintos grados de autonomía.

 

Algunas de las aplicaciones más comunes en estos vehículos son:

 

-          Estudio de la calidad del agua: Se llevan a cabo de forma efectiva con plataformas del tipo UUV y planeadores submarinos, en zonas de especial sensibilidad ecológica.

-          Estudio y caracterización de la batimetría de los fondos en aguas continentales y oceánicas: Puede llevarse a cabo por vehículos ROV o UUV dependiendo de la extensión del área a estudiar, es un estudio de interés para empresas que realicen obras portuarias o costeras, empresas que realicen estudios de impacto ambiental y todas las operaciones afines.

-          Estudio de la composición y dinámica de los sedimentos tanto en lagos y pantanos como en zonas costeras y oceánicas: Se lleva a cabo con sistemas mecánicos adaptados.

-          Estudio de las corrientes marinas: Se puede llevar a cabo con vehículos UUV o planeadores submarinos, con los cuales se puede establecer el recorrido y la magnitud de las corrientes.

-          Detección de fenómenos geológicos: Con la ayuda de un dispositivo en superficie o en movimiento en profundidad y un dispositivo en el fondo marino, se pueden detectar fenómenos geológicos como terremotos o tsunamis y transmitir información respecto a la velocidad, intensidad y dirección del mismo.

 

En el caso de los vehículos aéreos no tripulados, se le puede sacar provecho en el área de la hidrología a aplicaciones como:

 

-          Fotogravimetría

-          Ortofoto

-          Topografía

 

Pudiendo con esta información realizarse estudios de cauces, inundaciones de zonas para análisis de desastres, así como análisis de contaminación mediante sensores, para evaluar el impacto medioambiental y la vigilancia sobre la correcta disposición de las aguas residuales en las industrias.

 

·         Aplicaciones en el Control de Obras y Evaluación de Impactos:

 

En todo proceso constructivo el control y la evaluación de impactos en una obra, tiene y debe tener un trato especial, para una eficiente evaluación se deben tener en cuenta algunos procesos entre los cuales podemos destacar:

 

-          Medición inicial, para diseño y estudio de los impactos medioambientales.

-          Seguimiento visual, para poder controlar los diferentes procesos y generar medidas de corrección.

-          Mediciones parciales, para certificación de trabajos y posibles correcciones.

-          Medición final, para la culminación de la obra.

 

Comúnmente vemos que las técnicas utilizadas para estos trabajos han sido la Topografía Clásica y la Fotogrametría, pero en la actualidad hemos apostado por la utilización de drones, ya que sus características permiten cubrir las necesidades en el control de obra, recogiendo bondades tanto de la topografía como de la fotogrametría.

 

Fuente 5: Dronesetc - “Drones and 3-D Mapping”

 

Poseen amplias ventajas y las mas destacas de ellas son su rapidez, economía, precisión y la manera sistemática de trabajo. Arroja resultados como nubes densas de puntos, modelo digital del terreno u orto-foto para utilizarlas tanto en cubicaciones como en el diseño de proyectos de explotación. También se pueden utilizar para obtener fotografías oblicuas, para el seguimiento de las obras a nivel métrico y seguimiento visual con vuelos constantes. 

 

A medida que agregamos sensores a los drones, podemos ir ampliando sus funciones y bondades, por ejemplo, al agregar sensores térmicos podemos analizar y aislar los fenómenos que producen diferenciales de temperatura en los materiales, los sensores atmosféricos nos permiten valorar y cuantificar el impacto ambiental de la obra.

 

Dentro de los ejemplos de aplicación en el control de obras se encuentran:

 

-          Detección de betas de materiales en frentes de cantera

-          Análisis del impacto ambiental en la obra

-          Análisis del estado de materiales

-          Detección de cambios de forma automática

-          Detección de vicios ocultos

 

 

·         Aplicaciones al Mantenimiento de Líneas Eléctricas:

 

Debido a que las líneas y subestaciones eléctricas tienen, generalmente, elementos que se ubican a gran altura por razones de seguridad, además, en ocasiones pueden estar ubicadas en zonas de difícil acceso, el uso de vehículos aéreos tripulados remotamente nos proporciona una herramienta idónea para el acceso a estas instalaciones.

 

El uso de vehículos aéreos tripulados para el mantenimiento de líneas de alta tensión no es algo nuevo, lo que se intenta en la actualidad es integrar a los vehículos aéreos tripulados remotamente, para que desarrollen actividades similares a las realizadas por los métodos convencionales.

 

Fuente 6: Fortune - "Does Your Business Need a Drone Policy?"

Se han desarrollado diferentes proyectos de investigación, en busca de la integración de la tecnología de los drones en inspección de líneas eléctricas, para su uso en cartografía de líneas y subestaciones, apoyo en caso de emergencia, transporte de cargas y tendido de cables.

 

Si se logran concretar las investigaciones, demostrando su fiabilidad y rendimiento, se podrían utilizar y aprovechar sus ventajas, como son la reducción de costos, reducción de riesgos laborales y versatilidad de uso.

 

 

·         Aplicaciones a las Auditorías Energéticas con Termografía Aérea:

 

La termografía nos brinda un amplio campo de aplicación y son cada vez mas demandadas para su utilización en diferentes áreas, es fundamental para el análisis en edificaciones, detectando posibles puentes térmicos, defectos de aislamientos, humedades y muchas otras patologías.

 

Estas inspecciones se llevan a cabo, generalmente, a pie con cámaras portátiles, por lo que las lecturas se ven afectadas al quedar zonas sin escanear, debido a la altura, extensión o cualquier otra causa. Por estas razones el uso de drones ayuda a realizar una inspección mas completa.

 

Si se coloca la cámara termográfico, perpendicular al objeto, en una posición elevada; lo que es posible hacer de forma rápida y económica, si la cámara esta montada sobre un dron; podemos captar una imagen amplia en la cual se puede obtener una idea del trazado de las redes de tubería y conductos, los equipos de climatización, refrigeración, etc.

 

La mayoría de las veces, la posición del observador y de la cámara frente al objeto analizado es fundamental para un correcto diagnóstico. Se debe seleccionar una cámara térmica que cumpla con las características necesarias, para su correcto funcionamiento sobre el dron, como son la ligereza, robustez, lentes intercambiables, entre otros.

 

By: Civilgineering

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