Los alumnos del Grado en Ingeniería Civil y Terrotorial y del Master en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos manifiestan su queja por no disponer la posibilidad de realizar prácticas reales en campo donde puedan aplicar, de manera práctica, todos los desarrollos teóricos explicados en clase.

En este Proyecto se quiere subsanar esta dificultad que existe de que el alumno pueda ir al campo a tomar datos del terreno que le permitan realizar el diseño técnico estructural de una excavación subterránea y, en caso de que la excavación subterránea ya este realizada y en funcionamiento, describir posibles patologías a reparar.

El objeto de este Proyecto es, por un lado,  aprender a evaluar la estabilidad del frente de una excavación subterránea durante su ejecución y, por otro lado, detectar posibles patologías en túneles existentes. Todo ello con ayuda de la aplicación METAVERSO. Para “compensar” la carencia de salidas de campo, y acercar la realidad al alumno de lo que se va a encontrar en un futuro cuando comience su desarrollo profesional, se van a escanear túneles (en ejecución y en funcionamiento) y sobre estos escaneos se generará un material docente (videos, fichas) encaminado a:

 1) Caracterizar la geología – geotecnia del frente de un túnel en ejecución y aprender a determinar, empíricamente y numéricamente, el tipo de sostenimiento-revestimiento a disponer con el fin de asegurar su estabilidad estructural y funcional.

 2) Aprender a identificar en túneles existentes patologías usando fichas específicas. Será una especie de “simulador de vuelo” simplificado para el diseño de túneles.

En definitiva, en túneles en ejecución se determinará el sostenimiento-revestimiento a realizar y, en túneles existentes, soluciones para las posibles patologías detectadas durante su revisión. En ambos casos es fundamental la toma de datos del campo ya que todas las soluciones a desarrollar vienen determinadas por esos datos que se toman “in situ”, siendo estos, en el caso de macizos rocosos: resistencia de la roca, grado de fracturación de macizo, orientación y propiedades de las discontinuidades. Los ingenieros y geologos junior que se incorporan a las empresas constructoras y de ingeniería aprenden la metodología en la propia obra de la mano de un senior. Este tipo de capacitación sobre el levantamiento geomecánico específico de frentes de túnel no se imparte en las Universidades ya que no es fácil acceder a túneles en ejecución y a túneles en funcionamiento (por razones de seguridad). Además, hay que indicar que sobre todo en los túneles en ejecución no se dispone del tiempo suficiente para “aprender” ya que el ritmo de construcción no permite que existan tiempos muertos en los cuales el alumno se pueda familiarizar y aprender en la técnica de toma de datos, la base para cualquier estudio de una excavación subterránea.

Una posibilidad alternativa es la del aprendizaje de las técnicas en el exterior, en taludes rocosos, donde el acceso es más sencillo y seguro. Esta alternativa se desarrolló en el Proyecto de Innovación educativa 2019 – 2020 prorrogado 2021 Practicas de campo - laboratorios virtuales de túneles y mecánica de rocas (AULA-GeoVirtual. Ambos proyectos de innovación educativa fueron realizados con éxito siendo valorados positivamente por los alumnos.

En este sentido, la propuesta está en línea continuista con el trabajo desarrollado hasta este momento por el departamento al que pertenece el GIE

Hoy en dia se puede complementar la toma de datos física en las obras subterráneas (base primorcial para el diseño de una excavación subterránea) con escaneos y técnicas remotas: Lidar, laser escáner etc. No son técnicas que estén ampliamente difundidas en este momento. Lo más importante, es que nos permite a los profesores cercar al alumno a la realidad y prepararle para lo que le va a tocar afrontar cuando se enfrente al mundo ingenieril. Son asignaturas que se imparten en la universidad de manera teórica pero que tienen una base fundamental en los datos que se toman “in situ”.

En el proyecto que se pretende desarrollar se quieren potenciar dos áreas diferentes pero complementarias en el escaneo de los túneles:

1) Por un lado, realizar escaneos de frentes de túnel en ejecución orientados a la medición de discontinuidades, y su comparación con técnicas manuales (brújula), y a la determinación de sus propiedades. Por otro lado, realizar escaneaos en los sostenimientos-revestimientos de túneles existentes orientados a la detección de posibles patologías.

2) Utilizar los escaneos de frentes de túneles reales, videos y fotografías 360 inmersivas para elaborar un material docente en modo virtual para que el alumno tome datos como si en una obra real se encontrase. Se complementará con guías de aprendizaje, estadillos para alumnos, casos resueltos y material para “formador de formadores”

3) Que el alumno sea capaz de proponer un sostenimiento-revestimiento para el túnel en ejecución, y proponer soluciones para reparar las patologías detectadas en los túneles existentes.

General:

Capacitar al alumno a analizar la información del frente de un túnel y diseñar el sostenimiento correspondiente. Formar al alumno en la toma de decisiones antes situaciones de incertidumbre en la información disponible.

Capacitar al alumno a analizar la información de posibles patologías dentro de un túnel existente (dentro de los planes de conservación y mantenimiento) y diseñar soluciones para su reparación. Formar al alumno en la toma de decisiones antes situaciones de incertidumbre en la información disponible.

Especificos

• Elaborar material docente virtual y videos explicativos sobre procedimientos de análisis de túneles.
• Generar escenarios virtuales donde tomar datos de túneles y obras subterráneas.
• Capacitar en las técnicas modernas de inspección de túneles ya ejecutados.
• Que el alumno sea capaz de evaluar las ventajas e inconvenientes de las diferentes alternativas de sostenimiento-revestimiento en túneles en ejecución.
• Que el alumno sea capaz de evaluar soluciones técnicas para la reparación de patologías detectadas en túneles existentes.

Desarrollar la capacidad de tomar decisiones

Por falta de tiempo y recursos económicos, hay una carencia de salidas de campo en las carreras de ingeniería. Por otro lado, por temas de seguridad, permisos cada vez es más difícil el gestionar y poder llevar a buen puerto peticiones de visitas técnicas. Cuando asi se puede hacer son solo visitas y no existe la posibilidad de que el estudiante tome sus propios datos.

Con el material virtual que se pretende elaborar se puede complementar la formación académica en las asignaturas donde se imparten conocimientos sobre túneles en la ETSI Caminos (en la asignatura del Grado en Ingeniería Civil y Territorial y en la asignatura ingeniería Geotécnica del Máster de Caminos, Canales y Puestos). Mediante esta propuesta  se crearía una herramienta para “recrear” entornos lo más parecido a la realidad. Esta propuesta sería la aplicación a la Mecáncia de Rocas de una metodología de enseñanza que ha demostrado tener éxito en la formación de los alumnos (por ejemplo, los simuladores de vuelo de los pilotos)

El alumno podrá resolver un caso real con ayuda de los propios comparñeros y de los profesores. Esta experiencia le servirá en un futuro a resolver problemas similares, con un mayor grado de confianza.

Fase 1: Análisis de posibles túneles Estado del arte. Evaluación del software y las herramientas más apropiadas de Realidad Virtual.

Fase 2: Elección de túneles y toma de datos en campo. Estaciones geomecánicas y escaneos. La visita a campo la realizará un alumno junto a un profesor con experiencia que pueda guiar al alumno en que la toma de datos sea correcta.

Fase 3: Elaboración del material docente. Virtualización de escenarios y creación de contenidos

Fase 4: Caracterización del frente por parte del alumno.

Fase 5: Diseño del sostenimiento-revestimiento.

Fase 6: Comparación con las decisiones de obra.

Durante el desarrollo del trabajo los alumnos deberán tener tutorías con los profesores para explicar el desarrollo del mismo

• En una presentación el profesor explicará el Proyecto a los alumnos
• Una vez facilitado el material del frente del túnel en ejecución o del túnel existente el alumno deberá caracterizar el frente o determinar las patologías. Un profesor comprobará que es razonable.

Los datos principales serán introducidos en un cuestionario que permita de una manera sencilla la comparación entre las diferentes soluciones.

A partir de esta caracterización se deberá diseñar el sostenimiento o las soluciones para la reparación de las patologías detectadas. Un profesor evaluará si la solución es viable. Los datos principales serán introducidos en un cuestionario que permita de una manera sencilla la comparación entre las diferentes soluciones.

• Se realizará una evaluación/comparación de las diferentes soluciones planteadas por los alumnos.
• Estos datos se compararán con la solución adoptada en obra.

Utilización del material:

• Control de visualizaciones (youtube, sketchfab, tets etc).
• Corrección de la caracterización del frente y del sostenimeinto.

• Cuestionarios online de valoración de la actividad tipo JOTFORM. Google forms

• Estadillo en blanco para rellenar datos.
• Frente escaneado en 3D disponible.
• Frente escaneado simplificado “con pistas” accesible en repositorio sketchfab, cospaces o equivalente: VISITA VITUAL.
• Explicación en video (uno o varios) youtube de cómo tomar los datos e interpretarlo.
• Explicación en video (uno o varios) youtube de cómo caracterizar el frente del túnel.
• Explicación en video (uno o varios) youtube de cómo diseñar el sostenimiento.
• Guías metodológicas de cada una de las actividades: toma de datos, caracterización del frente, diseño del sostenimiento, detección de patologías y reparación de las mismas.
• Creación de una base de datos de frentes de túneles.

En el repositorio virtual sketchfab se subirá el escáner de cada uno de los frentes de túnel y las inspecciones de los túneles existentes. En estos modelos 3D se incluirán explicaciones sobre geología, geotecnia y el estado del túnel para poder indicar aquellos aspectos que virtualmente no son operativos (cantidad de agua filtrada, resistencia de la roca o el hormigón, etc). 

A continuación, a modo de ejemplo, se muestran dos imágenes escaneadas y disponibles en el repositorio digital donde se pretende trabajar.

Las columnas basálticas de Fonfreda en el campo volcánico de Olot:

https://sketchfab.com/3d-models/columnas-ffontfreda-28ed3659d99a488bb74f57a6ccbb5f74

Galería de una mina, así será aproximadamente el escáner de un túnel con Patologías

https://sketchfab.com/3d-models/mina-de-wolframio-de-cabeza-lijar-7a22696c9b504351b8a8d04d02fed9b5

• Videos: se harán videos que se colgarán en youtube de como tomar datos en el túnel y cómo rellenar e interpretar los estadillos.

El resultado del trabajo será presentado en una de las clases de las asignaturas. Para la presentación se elaborará un poster donde se sintetice el trabajo realizado. Este poster quedará en el Laboratorio de Geotecnia de la ETSI de Caminos, Canales y Puertos para que pueda ser consultados por los alumnos.

Para divulgar la experiencia se escribirá un artículo para ser presentado en un Congreso de Innovación educativa. En años anteriores los trabajos han sido presencados en el CIANIC, en ICERI o en  REDES INNOVAESIC. En función de las fechas se elegirá el congreso más conveniente.

Acciona: Se colaborará con la empresa constructora para acceder a túneles en ejecución, tomar datos en ellos y comparar con las decisiones de obra

Fundación Santa Bárbara: La fundación Santa Bárbara posee un tunel escuela en el Bierzo donde se pueden tomar datos de calidad y elaborar modelos sin las premisas y urgencias de la obra, será mas para desarrollo de la parte académica