Esquema del flujo de trabajo para realizar análisis de estabilidad de taludes por parte del equipo del Programa de Ingeniería Geotécnica del LanammeUCR 

Escrito por: Programa de Ingeniería Geotécnica

 Como parte de las labores de evaluación de taludes o laderas en carreteras, el Programa de Ingeniería Geotécnica (PIG) realiza una serie de procesos para realizar los análisis pertinentes y establecer la condición de estabilidad de un talud o ladera, contando con el respaldo técnico correspondiente que permita replicar cualquier otro análisis adicional que se requiera. 

Estos análisis pueden contemplar la condición de un talud o una ladera que haya presentado algún deslizamiento, en cuyo caso el análisis se puede concentrar en establecer si aún puede presentarse algún tipo de desprendimiento mayor o bien si ha alcanzado su condición de equilibrio. 

Así las cosas, a continuación, se muestra una breve descripción del flujo de trabajo que se realiza en el PIG para realizar los análisis de estabilidad de taludes. 

  • Valoración en campo de la condición del talud 

De manera inicial, se realiza una valoración en campo de la condición del talud para determinar si se requiere de algún análisis más profundo para respaldar las observaciones obtenidas en campo. 

Estas observaciones de campo no solo se acompañan del criterio técnico de los profesionales, sino que se utiliza una herramienta desarrollada por el PIG para realizar el levantamiento observacional de la condición del talud en campo al momento de hacer su evaluación. El uso de esta herramienta permite que los criterios observacionales de cada profesional se plasmen de una manera estandarizada y objetiva y, con ello, se minimiza la incertidumbre de los resultados asociada con la percepción personal del individuo que realice la evaluación. 

Esta herramienta se desarrolló desde el año 2020 recopilando información nacional e internacional de metodologías reconocidas en el área de la geotecnia y que han sido utilizadas en las valoraciones observacionales en campo cuando se realiza un inventario de taludes. Adicionalmente, esta herramienta cumple con los requisitos mínimos que solicita el Código Geotécnico de Taludes y Laderas de Costa Rica. 

Una vez que se realiza este primer paso, se procede en la oficina a revisar la información obtenida y mediante las discusiones que se generan entre los profesionales del PIG, se establece si se requiere de una evaluación más profunda que implique contar con la topografía de la zona de estudio, propiedades de los materiales y el uso de software especializados. 

  • Levantamiento con vehículos aéreos no tripulados y fotogrametría 

Una vez discutida la condición del talud o la ladera por el equipo de trabajo, se determina si es necesario realizar análisis más profundos para contar con el respaldo técnico requerido para establecer si existe algún problema o brindar algún tipo de recomendación a los responsables del mantenimiento de los taludes de las carreteras. Para esto, el LanammeUCR cuenta con diferentes recursos para obtener la topografía y geomorfología de la zona en estudio, tales como utilizando equipos como vehículos aéreos no tripulados (también denominados VANT o drones) o bien con equipos con sistemas Lidar. 

Estos levantamientos son realizados por la Oficina de Geomática (OGEO) del LanammeUCR, la cual brinda el servicio al PIG y emplea técnicas de fotogrametría que proporcionan la información requerida para establecer modelos de elevación de superficie, con los cuales es posible realizar una modelación del sitio en los softwares especializados de geotecnia. 

  • Procesamiento de los datos de la fotogrametría  

Para determinar el modelo de elevación digital de superficie y así contar con la topografía del sitio, se requiere de procesar el levantamiento que se realizó en el paso anterior. En el caso del LanammeUCR, este procesamiento de datos se realiza utilizando el software Metashape de Agisoft. 

Este levantamiento, permite la generación de un Modelo de Elevación Digital (MED) por medio de técnicas fotogramétricas. Mediante esta técnica es posible realizar la reconstrucción geométrica de un sitio por medio de fotografías aéreas captadas desde dos puntos de vista diferentes. Lo anterior permite recrear modelos tridimensionales que permiten analizar la forma y características de una superficie del terreno e identificar posibles zonas inestables que no serían posibles apreciarlas desde el terreno. 

Es importante mencionar que la precisión de los modelos obtenidos depende de una selección adecuada de la altura y el área del vuelo. De tal forma que, a mayor altura, menor resolución y, por ende, menor precisión del modelo. 

A partir del modelo de elevación digital, existen softwares que permiten procesar la información para establecer las curvas de nivel del sitio, y con ello poder extraer información de secciones críticas que se requieran analizar en dos dimensiones o bien, si el grado de complejidad de la zona es alto o si comprende un área considerable, es posible realizar análisis en tres dimensiones utilizando otros softwares especializados en geotecnia. 

  • Toma de muestras y levantamientos en campo para establecer propiedades de los materiales  

Para realizar los análisis, ya sea en dos o tres dimensiones, es importante conocer los materiales que componen los taludes o laderas y sus propiedades. Para ello, se debe realizar una toma de muestras representativas de los materiales y realizar ensayos de laboratorio para determinar las propiedades de los materiales acordes con el tipo de fenómeno a analizar. También es conveniente, realizar ensayos de campo que faciliten información de la estratigrafía de la zona, o bien, que suministren información de la condición o clasificación de los macizos rocosos (si no se trata de taludes o laderas en suelo). Toda esta información permite realizar el análisis y obtener resultados con un respaldo técnicamente válido, el cual permitirá establecer observaciones o recomendaciones fundamentadas en los aspectos que se evaluaron y con los estándares de los estudios que se realizan para estas condiciones. 

Para la toma de las muestras y ensayos de campo, el PIG cuenta con la colaboración del Laboratorio de Geotecnia del LanammeUCR, que cuenta con técnicos especializados con vasta experiencia para realizar estas actividades. 

  • Realización de ensayos

Los ensayos que se realizan son básicamente de clasificación para saber de qué material se trata, ensayos para determinar las propiedades mecánicas y de deformabilidad según la naturaleza del fenómeno que se requiere analizar. 

Así pues, entre los ensayos que pueden realizar se pueden mencionar los ensayos de límites de Atterberg, humedad natural, granulometría, material más fino que el tamiz de 75 μm y gravedad específica del suelo, para determinar la clasificación del material. Los ensayos de compresión inconfinada en suelo o roca, corte directo en suelos o ensayos triaxiales en suelo para determinar las propiedades mecánicas de los materiales, parámetros que son requeridos para establecer factores de seguridad ante deslizamientos de los materiales, y el ensayo de consolidación en suelos para establecer las características de deformación del material cuando se requieran realizar análisis de deformabilidad del medio. 

Estos ensayos se realizan a varias muestras extraídas de un mismo material para determinar mediante un análisis estadístico el valor representativo de dicha propiedad para cada material encontrado en el sitio de estudio y con ello establecer el modelo geotécnico de la zona para realizar análisis de estabilidad representativos. 

  • Establecimiento del modelo geológico – geotécnico del sitio a analizar 

Con la información de la geología regional, tomado de bibliografía y con los resultados de los ensayos, se procede a analizar los valores y se establecen similitudes entre materiales para establecer un modelo representativo del sitio. 

Generalmente, el modelo geológico – geotécnico se representa mediante una o más secciones del sitio que se consideran críticas, o sea, donde se considera una conformación natural más desfavorable para la estabilidad del talud o la ladera, o bien, con los materiales de menor calidad mecánica o mayor deformabilidad. Ambas situaciones se traducen como la condición crítica de la zona de estudio. 

Las propiedades de los materiales a utilizar se deben analizar para determinar cuál es la propiedad más representativa para cada uno de los materiales. Esto se realiza mediante el uso de estadística y con ello garantizar la representatividad, bajo las condiciones y alcances de los análisis realizados por el PIG. 

Con el o los perfiles de las condiciones críticas o bien, considerando la zona completa de estudio en conjunto con las propiedades, se establece el modelo geológico – geotécnico del sitio. 

  • Análisis con software especializados en geotecnia 

El modelo geológico – geotécnico se somete a un análisis de estabilidad para determinar los factores de seguridad o las deformaciones que se pueden generar. 

Actualmente la mayoría de los estudios de estabilidad de taludes se basan en los Métodos de Equilibrio Límite (MEL), donde se considera la relación entre las fuerzas deslizantes y resistivas a lo largo de una superficie de falla dada. Convencionalmente, los análisis de estabilidad se efectúan considerando perfiles bidimensionales, los cuales son una simplificación significativa de la situación real. En estas representaciones bidimensionales, el ingeniero diseñador define con su criterio, las secciones transversales críticas en las cuales se puede presentar una falla o deslizamiento del talud. Sin embargo, debe tenerse en consideración que los MEL poseen limitaciones que deben ser conocidas por el geotecnista con la finalidad de escoger el método que mejor responda a las solicitaciones del problema que se quiere evaluar. 

Para resolver algunas de las limitaciones encontradas en los Métodos de Equilibrio Límite (MEL), en los últimos años, se ha incrementado significativamente el uso del Método de Elementos Finitos (MEF), el cual divide un cuerpo en formas geométricas simples o elementos, interconectados entre sí, para resolver de forma aproximada el conjunto. La principal ventaja de este método está en que es posible considerar las relaciones esfuerzo-deformación, por lo que una ruptura no se presenta de forma instantánea, sino que es considerado como un proceso continuo y gradual. Con ello es posible estimar el estado de esfuerzos, las deformaciones y el flujo de agua en el terreno. Sin embargo, el Factor de Seguridad del talud no se puede estimar directamente utilizando los métodos de análisis numérico. 

El análisis de la estabilidad de taludes mediante modelos numéricos se basa en el cálculo del factor de seguridad mediante la reducción de la resistencia al corte del suelo (SRF, por sus siglas en inglés). 

El método consiste en reducir progresivamente la resistencia al corte del suelo (SSR, por sus siglas en inglés) hasta que se produce la ruptura de este. 

  • Resultados 

Los resultados obtenidos de los análisis se comparan con los valores del Código de Taludes y Laderas de Costa Rica. Se alerta a la Administración si puede existir eventualmente un problema de estabilidad y si se tiene que realizar los análisis por parte del responsable del diseño del proyecto. Se pueden incluso indicar recomendaciones generales para que sean contempladas como parte de la solución integral para el problema. 

Se me separó la emulsión que tenía almacenada, ¿qué puedo hacer? 

Escrito por: Ing. Rafael Ernesto Villegas Villegas. M.Eng. 

***Buenos días ingeniero, recibí una donación de emulsión asfáltica para realizar un proyecto comunal, la almacenamos un largo tiempo mientras se iniciaba el proyecto, la sorpresa es que ahora que la necesitamos está separada, ¿qué puedo hacer? 

Buenos días mi amigo, la respuesta es clara y concisa… nada. 

***Pero ingeniero, me dijeron que se puede calentar y con algún método mecánico homogenizar para su posterior utilización, me han dicho que es una práctica muy utilizada. Dígame ingeniero, ¿por qué no se puede hacer? 

Lo primero es tener claro que una emulsión asfáltica está compuesta por asfalto y agua y un agente emulsificante, el cual, aunque representa una pequeña fracción, es la que estabiliza la emulsión y permite durante la etapa de almacenamiento evitar la coalescencia, o sea que las pequeñas gotas de asfalto no se unan formando otras más grandes, lo cual favorece la separación de la emulsión. 

Vamos a ver, como funciona eso. 

Las gotas de asfalto que se encuentran en una emulsión están sometidas al movimiento Browniano (partículas con diámetros menores a ≈5 μm), esto es que se mueven en diferentes direcciones lo que provoca que choquen entre ellas, lo que incide directamente en la estabilidad de las emulsiones. Cuando dos gotas de emulsión se aproximan, se generan fuerzas de atracción de Van der Waals, tal como te lo dibujo a continuación: 

Como muestro anteriormente es importante considerar de acuerdo a esta ecuación, que el tamaño de partícula y la interacción entre ellas facilita la unión de gotas en otras más grandes, lo cual termina separando la emulsión. 

En un tanque de almacenamiento, cuando la separación entre partículas ocurre por efectos de la gravedad, la misma está regida por la Ley de Stokes. Esta ley establece que la movilidad de las partículas es limitada por las fuerzas de fricción entre las fases, de tal forma que con esta ecuación se puede calcular la velocidad de separación, tal como te muestro: 

El tener presente como es el comportamiento dinámico de las emulsiones asfálticas, resulta útil para conocer acerca del posible comportamiento que estas presentarán ante la carencia de recirculación en el tanque, lo cual es un caso crítico de almacenamiento. 

Cuando una emulsión almacenada comienza a separarse, la primera etapa es el cremado (el aumento de concentración en la parte superior de la emulsión) o la sedimentación (sedimentación es el aumento de concentración en la parte inferior). Seguidamente se presenta el fenómeno de la floculación en donde las gotas de asfalto se ponen en contacto, pero mantienen su forma por acción de una película del emulsificante que las recubre y a medida que la acción de este se anula, aparece la coalescencia, que es fenómeno donde las gotas de asfalto se van juntando para formar otras más grandes, en un proceso irreversible acelerando la ruptura de la emulsión y la separación de fases. 

Pon atención mi amigo, te lo dibujo:

Entonces mi amigo, además de las condiciones de almacenamiento es determinante para la estabilidad de la emulsión el tamaño de partícula, las densidades de las fases y la viscosidad. 

***Entonces ingeniero que recomendaciones me puede dar para el almacenamiento de la emulsión. 

Lo primero que se requiere para almacenar emulsiones es tener un tanque de recirculamiento que evite que la emulsión se separe. Una buena emulsión en un tanque con recirculación y en condiciones óptimas de almacenamiento tiene una duración de hasta por un año. 

Tenga el cuidado de mantener la emulsión almacenada a la temperatura que recomienda el fabricante. 

Otra cosa que es esencial, una vez que usted reciba una emulsión en el proyecto es necesario analizarla con pruebas de laboratorio para comprobar si el tipo de emulsión es el correcto y su calidad. Una vez que se cerciore que la emulsión a almacenar está en estado óptimo, es importante cerciorarse del tanque donde se va a almacenar: 

-Por ningún motivo mezclar emulsiones diferentes en un mismo tanque. 

-Si las emulsiones son del mismo tipo, verificar el estado de las dos emulsiones para evitar el rompimiento prematuro de la mezcla de ambas. 

– Para descargar una emulsión en un tanque donde exista un remanente de una anterior, es importante que el tubo de descarga llegue al fondo del tanque para evitar romper la nata del cremado. 

-Si en un determinado tanque ha habido una emulsión anterior, es importante realizar un buen lavado del mismo antes de almacenar la nueva. Pero si el tanque fue utilizado para almacenar una emulsión aniónica y se desea almacenar una catiónica, no basta sólo con el lavado, es necesario un posterior tratado con ácido clorhídrico diluido, caso contrario, si en tanque contenía anteriormente una emulsión catiónica y se desea almacenar una aniónica, es necesario lavar el tanque y tratarlo con hidróxido de sodio diluido (conocida también como soda caustica). 

***Me queda claro ingeniero los cuidados para el almacenamiento, pero si no tengo tanque de almacenamiento con recirculación, ¿Qué hago? 

Sepa mi querido amigo que al no contar con él su tiempo de almacenamiento es muy corto, por tanto, debes tener una muy buena programación entre la solicitud de la emulsión y el tiempo de la aplicación de esta en el proyecto. 

***Por último ingeniero, ¿se puede homogenizar una emulsión separada calentándola y agitándola para su posterior utilización? 

Como anteriormente te expliqué anteriormente una emulsión en estado de ruptura es casi imposible volverla a recuperar, déjame y te explico gráficamente por qué:

Si observas el esquema, ahí muestra el proceso de fabricación de una emulsión, para explicarte por qué no se puede de forma sencilla, voy a utilizar tres elementos que te indico ahí, amparado a lo que te expliqué anteriormente: 

❶ Para que una emulsión esté totalmente separada una de las razones es la ineficiencia del accionar del agente emulsificante, sin este la emulsión asfáltica por más que se caliente y se mueva con un medio mecánico no podrá estabilizarse. 

❷ En este punto de separación de emulsión, el asfalto que es un elemento primordial, no se encuentra ni en pequeñas gotas, mucho menos en tamaños de partículas con diámetros menores a ≈5 μm. Esto evidencia que el poder conformar una emulsión de la manera que describes no es factible. 

❸ Por último, observa que el elemento primordial en la fabricación de la emulsión es el molino coloidal, el cuál a través de la utilización de una gran fuerza mecánica, logra romper el asfalto y generar tamaños de partícula óptimos la fabricación de la emulsión. Por otro lado, permite una eficaz acción del emulsificante, logrando obtener una emulsión con las características deseadas por el diseñador. 

Es importante dejarte claro que aún en las plantas de fabricación de emulsión, el proceso de recuperar una emulsión separada es muy tedioso y caro, pero en casos como el tuyo que tendrías que enviar la emulsión separada a la planta, ajusta también los costos de transporte y del tiempo de atraso en la obra. Por eso mi querido amigo como decía un profesor en la universidad: “En casos como este apague y vámonos, no hay nada que hacer”. 

Proceso de producción de las emulsiones asfálticas

Autor: Ing. Juan Carlos Múnera Miranda, Investigador de la Unidad de Investigación en Infraestructura y Trasporte.

¿Cómo se producen las emulsiones asfálticas? 

Para fabricar una emulsión asfáltica se requiere mezclar: agua, agente emulsificante, aditivos (de requerirse), asfalto y ácido (emulsiones catiónicas) o base (emulsiones aniónicas). En proporciones definidas por el diseño de la emulsión según la aplicación, los materiales y las condiciones ambientales.  

El agua es el medio donde se dispersa el asfalto por medio del emulsificante. Esta debe ser potable. El porcentaje de agua dentro de la emulsión está entre 25 % y 60 % 

El emulsificante es un agente tensoactivo que contiene una cabeza, con carga eléctrica, hidrofílica (afín con el agua) y una cola lipofílica (afín con el asfalto). La cola del emulsificante se adhiere a la superficie de la gota de asfalto, quedando rodeada con la cabeza de emulsificante. Lo anterior, genera una barrera electroestática alrededor de la gota de asfalto que provoca repulsión entre las gotas de asfalto. Gracias a este mecanismo las emulsiones pueden permanecer estables sin que se separe el agua del asfalto por más tiempo. El porcentaje de emulsificante en la emulsión se encuentra entre 0,1 % y 2,5 % dependiendo del tipo de emulsión. Los agentes emulsificantes se suministran en forma insoluble al fabricante de emulsión, y deben neutralizarse con ácido o base para que sean solubles y se pueda preparar la solución de jabonosa. 

El asfalto es un residuo del proceso de destilación del petróleo que se utiliza como para ligar y recubrir los agregados. Dentro de los componentes de la emulsión, es lo que va a quedar una vez que rompe en contacto con el agregado y se evapore el agua. El porcentaje de asfalto en la emulsión está entre 40 % y 75 %. 

En la planta, por aparte, se prepara la fase jabonosa mezclando el agua, agente emulsificante, aditivos y ácido o base, a una temperatura entre 40 °C y 50 °C. Lista la fase jabonosa, se inyecta junto con el asfalto, que está a una temperatura entre 130° C y 145 °C, al molino coloidal que se encarga de cortar el asfalto en pequeñas gotas, facilitando a las moléculas de emulsificante adherirse al asfalto. La emulsión sale del molino a una temperatura entre 60 °C y 85 °C. La temperatura de salida del molino no debe ser mayor a los 100 °C para evitar la ebullición y el rompimiento de la emulsión (separación del agua y el asfalto).

A la salida del molino, las emulsiones se almacenan en grandes tanques hasta su eventual transporte y aplicación en el campo. Es importante que los tanques de almacenamiento sean verticales y altos para tener la menor superficie expuesta al aire y aplicar una leve circulación con una propela, para evitar la cremación (formación de natas) o la sedimentación. Tambien, la temperatura de almacenamiento se debe mantener entre 10 °C y 85 °C depediendo del tipo de emulsión. Se recomienda que las emulsiones se almacenen por el menor tiempo posible, sin embargo, en condiciones óptimas una emulsión de rompimiento lento se puede almacenar por semanas. Las emulsiones de rompimiento rápido son menos estables que las emulsiones de rompimiento lento, y tiempo máximo de almacenamiento es menor.  

Emulsiones asfálticas: concepto, aplicación, clasificación, rompimiento y curado  

Autor: Ing. Juan Carlos Múnera Miranda, Investigador de la Unidad de Investigación en Infraestructura y Trasporte. 

¿Qué es una emulsión asfáltica? 

Es una combinación de tres ingredientes básicos: asfalto, agua y una pequeña cantidad de agente emulsificante. Para mezclar estos componentes, se introducen en un molino coloidal, que corta el asfalto en pequeñas gotas. El emulsificante, es un agente tensioactivo (compuesto químico que se adhiere con su cola al asfalto y con su cabeza al agua, lo cual permite mezclar agua y asfalto, sustancias que por su naturaleza química son inmiscibles), que mantiene las gotas de asfalto en una suspensión estable, define la carga eléctrica y controla el tiempo de rompimiento. El resultado es un producto líquido color café con una consistencia de líquida a cremosa. 

Foto: Daniela Martínez

¿Para qué sirven las emulsiones asfálticas? 

Las emulsiones se utilizan en aplicaciones en frío para la construcción, conservación y rehabilitación de carreteras. Por ejemplo: riegos de liga e imprimación, tratamientos superficiales, lechadas asfálticas, micropavimentos, reciclado en frío y otros. Tienen la ventaja de que la mayoría se aplican a temperatura ambiente generando menos gases de efecto invernadero y consumiendo menos energía.  

¿Cómo se clasifican y nombran las emulsiones asfálticas? 

Las emulsiones asfálticas se clasifican y nombran según la carga de las gotas de asfalto y el rompimiento. Por carga, en las emulsiones “catiónicas”, las gotas de asfalto tienen una carga positiva, siendo más afines con los agregados silíceos con carga negativa. Por su parte, en las emulsiones “aniónicas” las gotas de asfalto tienen una carga negativa, y por ello son más afines con los agregados calizos con carga positiva.  

Para nombrarlas, se escribe una “C” para indicar que es catiónica, la ausencia de la “C” significa que es aniónica. De acuerdo con el rompimiento, o la rapidez con que se separa el agua del asfalto una vez que la emulsión se mezcla con el agregado, se clasifican en: Rompimiento Rápido (RS, por sus siglas en inglés), Rompimiento Medio (MS), Rompimiento Lento (SS), y Rompimiento Acelerado (QS). Las emulsiones de rompimiento rápido se emplean con agregados limpios y de baja superficie específica (agregados gruesos), como en los tratamientos superficiales. Las emulsiones de rompimiento medio se pueden usar con agregados de baja superficie específica, pero con granulometrías abiertas, como en las mezclas en frío. Las emulsiones de rompimiento lento proveen buena trabajabilidad y recubrimiento con agregados de alta superficie específica (con presencia de finos) y son adecuadas para sellos de lechada asfáltica o estabilización de materiales granulares. Las emulsiones de rompimiento acelerado, similar que las emulsiones de rompimiento lento proveen buena trabajabilidad para el mezclado y colocación, sin embargo, el tiempo de curado o apertura al tránsito, es mucho más corto, es por esta razón que se usan en los micropavimentos. 

Adicionalmente, se coloca el número 1 o 2 al final del nombre para señalar la viscosidad de la emulsión, siendo “1” de baja viscosidad y “2” de alta viscosidad. Las letras “h” y “s” se refieren a la consistencia del asfalto base, donde h (hard) es dura y s (soft) es blanda. En ciertas aplicaciones, para cumplir con la resistencia, adhesividad, durabilidad y otras características de desempeño, se incorporan polímeros. Para identificar una emulsión modificada con polímero se coloca una “P” al final. Por lo tanto, una emulsión CSS-1hP es una emulsión catiónica, de rompimiento lento, de baja viscosidad, con base asfáltica dura y modificada con polímero.  

¿Cómo rompen y curan las emulsiones asfálticas? 

Cuando la emulsión se mezcla con los agregados o se coloca sobre la superficie, las moléculas de emulsificante que rodean las gotas de asfalto se desestabilizan y tienden a adherirse a la superficie del agregado (cargas opuestas se atraen), es aquí donde la emulsión rompe (separación del agua y el asfalto) y empieza el proceso de curado donde se expulsa el agua por evaporación o absorción. Después del curado queda sólo la película de asfalto recubriendo y ligando las partículas de agregado. Los tratamientos con emulsión asfáltica van a requerir de curado para que el asfalto desarrolle sus propiedades mecánicas (resistencia). El tiempo de curado, y por lo tanto el tiempo de apertura al tránsito, dependerá del tipo de emulsión, las características del agregado, las condiciones climáticas y el tráfico, entre otros factores. 

 

Oficina de Geomática del LanammeUCR: ¿Qué temas abarca la oficina? ¿Cuál es la importancia de la oficina para el Laboratorio? Y ¿Cuáles son sus proyectos actuales? 2da parte

Autor: Geóg. Paul Antonio Vega Salas. M.Sc. PMP, Jefe de Oficina de Geomática.

Algunas de las funciones que cumple la OGEO para el LanammeUCR son:

  1. Dar apoyo y servicio a todos los programas, unidades, laboratorios y oficinas del LanammeUCR en temas de índole geográfico, topográfico y técnicas de recolección de datos puntuales y masivos en campo.
  2. Custodio de las bases de datos espaciales del LanammeUCR, las cuales contienen información de suma importancia como los datos históricos de la Evaluación de la Red Vial Nacional de la Unidad de Gestión y Evaluación de la Red Vial Nacional, datos espaciales de la Unidad de Auditoría Técnica, el inventario de datos espaciales de la Unidad de Puentes.
  3. Dirección de las operaciones con Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) del LanammeUCR ante la Dirección General de Aviación Civil.
  4. Desarrollo de Sistemas de Información Geográfica (SIG/GIS).
  5. Asesoría interna y externa (al gobierno de Costa Rica) en cuestiones de índole geográfico, SIG/GIS y sensores remotos.

Dichas funciones se pueden subdividir en los siguientes servicios y/o actividades:

  1. Sistemas de Información Geográfica: los SIG están compuestos por datos (vectoriales y/o raster) debidamente georreferenciados, hardware, software, profesionales y un objetivo bien definido. El LanammeUCR cuenta con dichos recursos y por su naturaleza la institución debe cumplir con sus funciones de ley, esta actividad está constituida por:
  • Desarrollo de las bases para iniciar con un SIG: comprende todas las actividades relacionadas con identificar las necesidades de los interesados para comenzar un proyecto de este tipo, también incluye actividades de creación de datos iniciales, mapeo en campo y/o mapeo remoto (fotointerpretación).
    • Corrección de sets de datos: en aquellos casos donde ya existen datos, pero se encuentran dañados, con sistemas de coordenadas obsoletos o con problemas de ubicación o georreferencia, es posible mediante diferentes metodologías rescatar datos históricos y/o obtenidos en campo, que presenten cierto porcentaje de problemas (no todos los archivos pueden ser rescatados).
    • Análisis espacial de datos: los datos espaciales pueden representar casi cualquier cosa que nos imaginemos, a manera de ejemplo, la Red Vial Nacional (RVN) presentan una gran cantidad de elementos como semáforos, cruces, señales de tránsito, deslizamientos, fallas, hundimientos que pueden ser utilizados para hacer análisis espacial. En un SIG el cruce de variables es común, y mediante el análisis de datos establecer posibles correlaciones que ayuden a la toma de decisiones en la RVN.
    • Creación de metadatos: el LanammeUCR ha recibido la capacitación del SNIT del gobierno de Costa Rica para la creación de los metadatos. Un metadato se puede entender de manera sencilla como el origen o la fuente de donde proviene un dato. El Laboratorio estará creando el metadato para todas aquellas capas de autoría propia.

      2. Bases de datos espaciales: desde 2018 todos los SIG/GIS del LanammeUCR se han comenzado a almacenar en bases de datos especiales que permiten guardar la forma del vector dentro de su programación, la cual al ser interpretada en un software especializado muestra todos los objetos mapeados que constituyen el total de la tabla. Trabajar los datos de esta manera tiene muchas más virtudes que hacerlo directamente sobre archivos vectoriales o raster que se encuentran locales en un sitio específico, ayuda a evitar múltiples versiones de un producto y mejora la seguridad y el respaldo de la información, la OGEO a partir del año 2022 será la encargada de velar por la seguridad y correcto funcionamiento de dichas bases de datos. Las actividades básicas a nivel de base de datos espaciales son:
  • Desarrollo, mantenimiento y actualización.

Actualmente los Programas de Infraestructura del Trasporte, Ingeniería Estructural e Ingeniería Geotécnica cuentan con bases de datos espaciales para sus proyectos.

3. Mapas: Hemos hablado de datos geográficos de tipo vectorial y raster, información valiosa que debe ser interpretada de forma sencilla y exacta, según el tema que se esté tratando, La cartografía en el LanammeUCR, con la puesta en marcha de la OGEO se estará estandarizando para sus informes y publicaciones mediante la preparación de plantillas.

  • Básicos: Son mapas muy sencillos, lo cuales por lo general brindan la ubicación por medio del sistema de coordenadas oficial de Costa Rica, de un objeto, proyecto o variable estudiado por el LanammeUCR, los cuales pueden ser mapas impresos o digitales.
  • Interactivos / Web: son más con un contenido tecnológico avanzado a los cuales es posible realizarles consultas predefinidas por los profesionales del LanammeUCR según sus labores de ley, el geoportal de la institución (https://gis.lanamme.ucr.ac.cr/arcgis/home/index.html), en el cual se puede acceder a información histórica de la RVN, puentes y algunos datos cantonales. La herramienta para la visualización de mapas está en constante mejora y día a día se le realizan cambios y actualizaciones (figura 2.).

Figura 2. Geoportal versión 3 (actual) del LanammeUCR.

4. Geo Servicios (WMS, WMTS, WFS): Es un Servicio Web específico que permite intercambiar información únicamente de componente geográfica (la GeoInformación). Para la generación y utilización de los GeoServicios se utilizan lenguajes específicos y protocolos estándares definidos por el Open Geospatial Consortium (GenCat, 2018). El LanammeUCR estará publicando sus geo-servicios en el SNIT y en su página oficial pronto, la principal actividad de la OGEO relacionada con este tema es:

  • La gestión de los geo-servicios (creación y mantenimiento).

    5. Topografía: el LanammeUCR requiere constantemente que su fuente de información sea precisa, confiable y accesible económicamente, por lo cual se cuenta con los siguientes instrumentos topográficos (figura 3):
  • Medición con estación total y control topográfico.
  • Nivel digital.
  • GPS de precisión (Puntos de Control y red).
  • Equipo LiDAR Terrestre (equipo compartido con otros usuarios).

Figura 3. De izquierda a derecha: Estación Topográfica TS06, Escáner Laser C10, Nivel Digital Sprinter y GPS de precisión junto al colector.

6. Vehículos Aéreos No Tripulados: estos equipos son utilizados para transportar sensores pasivos (cámaras fotográficas) y activos (laser) que permitan la captura de información georreferenciada, a través de la cual se pueden obtener productos de alta resolución de la topografía de un área de estudio, los usos más comunes de estos equipos son los siguientes (figura 4):

  • Levantamientos 3D: utilizados en el LanammeUCR para diferentes fines, desde investigación hasta inventarios interactivos visuales.
  • Modelos de Elevación Digital: como base para estudios en geotecnia, geología, topografía y geografía. Con estos modelos es posible generar curvas de nivel y calcular volúmenes.
  • Ortofotos: imágenes aéreas que han sido corregidas geométricamente para ser más cercanas a la realidad debido a que todos los elementos observados dentro de ella tienen la misma escala eliminando errores y/o deformaciones (IGN, 2005).
  • Video y fotografía aérea: ayudan a tener una perspectiva ampliada de la condición o características de un área de estudio.
  • Termografía: aplicada específicamente en detección de puntos de humedad en RVN y puentes, también en el área de investigación.
  • LiDAR aerotransportado: sensor Laser para desarrollo de nubes de puntos masivas georreferenciadas con las cuales es posible crear Modelos Digitales de Elevación (superficie y terreno).
  • Inspecciones varias y exploración: en puentes y elementos relacionados con la RVN.

Figura 4. De izquierda a derecha: Phantom v2 Pro, Phantom RTK,
Matrice 210 y Matrice 300 con L1 + P1 (equipo compartido).

Adicionalmente, la oficina de Geomática se encarga de atender las auditorías que la DGAC del Gobierno de Costa Rica realiza a todos los entes certificados para operar en el territorio nacional, como también inscribir nuevos pilotos y equipos y solicitar permisos para realizar operaciones especiales.

7. Desarrollo de proyectos nuevos: la OGEO también tiene la capacidad de desarrollar y liderar proyectos relacionados con las funciones de ley 8114, siguiendo la línea filosófica del Project Management Institute, entidad que extiende el certificado internacional en gestión de proyectos.

  • La OGEO cuenta con un profesional certificado como PMP activo, lo cual promueve la aplicación de las mejores prácticas en la gestión de proyectos.

    8. Investigación: Se han dado colaboraciones en proyectos de investigación de grado y posgrado a través de la OGEO, estos proyectos de interés nacional para su aplicación en la RVN.
  • Aplicada al ámbito de la ley 8114.

Actualmente la OGEO no tiene proyectos de investigación propios, pues los objetivos institucionales en este momento están enfocados a subir el nivel de los diferentes Programas, Unidades y Laboratorios en temas de la geomática y SIG.

9. Trabajo de campo: una de las labores más importantes y recurrentes de la OGEO, se han programado múltiples giras tan solo en la primera mitad del 2022, cuyos objetivos más comunes han sido levantamientos topográficos, levantamiento de ortofotos, colaboraciones al Programa de Ingeniería Geotécnica, Auditoría Técnica, Evaluación de la Red Vial Nacional, Puentes y colaboración en las investigaciones activas del LanammeUCR. El trabajo de campo básicamente se subdivide en dos actividades:

  • Giras: siguen un objetivo específico, debido a que la OGEO da colaboración y servicio a todo el LanammeUCR, cada gira se planea en conjunto con el solicitante de tal forma que se definen las actividades a realizar días antes, se solicitan permisos en aquellos casos que se requiere operar los VANT (figura 5), o se preparan los equipos para llevar a cabo todo el trabajo necesario.

Figura 5.  Ejemplo de gira para realizar levantamiento VANT.

  • Mapeo: el mapeo corresponde a una actividad propia de la OGEO que puede ser solicitada por cualquier unidad, programa o laboratorio del LanammeUCR. Esta actividad se resume en ubicar, almacenar su posicionamiento y características (similar a un inventariado) de cualquier entidad u objetivo de interés en el territorio nacional dentro del ámbito de la ley 8114.

    10. Labores adicionales: además de las labores principales descritas anteriormente, la OGEO también realiza o estará realizando las siguientes tareas, proyectos o servicios:
  • Asesorías y/o colaboración a entes externos permitidos por la ley 8114: actualmente la OGEO ha brindado asesorías a Unidades del LanammeUCR y el Ministerio de Obras Públicas y Transportes del Gobierno de Costa Rica.
  • Cursos en SIG y Teledetección (satélite y VANT): la OGEO estará preparando cursos de capacitación para entidades públicas en el uso de dichas tecnologías.
  • Desarrollo de herramientas de mapeo o inspección en campo: la OGEO ha desarrollado 5 aplicaciones para mapeo, a través del uso de software y dispositivos móviles como Tablet y teléfonos inteligentes (figura 5).

Figura 5. Ejemplo de aplicación con formularios para mapeo en campo.
  • Capacitaciones: similar a los cursos, sin embargo, con una connotación específica para entrenar a personal calificado o no en el uso de datos, información o tecnologías geoespaciales, enfocado principalmente a lo interno del LanammeUCR, pero también con la posibilidad de capacitar a personal del gobierno de Costa Rica a través de una solicitud de colaboración o asesoría (figura 6).

Figura 6. Capacitación dada al MOPT previo a la creación de la OGEO.

Importancia de la oficina para el Laboratorio

La puesta en marcha de la OGEO en el LanammeUCR es el siguiente paso para complementar, facilitar el acceso a los recursos geoespaciales y mejorar la divulgación de las auditorías, evaluaciones, monitoreo e investigaciones, como también atender actividades como asesorías y/o colaboraciones que cuenten con componente de índole geográfico a interesados y tomadores de decisiones como diputados, ministros, he incluso el presidente de la república, siempre a través de los medios formales y canales de comunicación oficiales.

La presentación de los datos obtenidos por el LanammeUCR de forma sencilla y fácil permite a las personas no profesionales en la materia y al público o lectores en general comprender mejor y estimula que deseen aprender más sobre una parte significativamente importante de las labores que se realizan en la institución. Precisamente, a través de los mapas interactivos web la institución presenta los datos históricos de la RVN desde 2010 hasta la fecha (en evaluaciones bianuales), como también puentes en rutas nacionales y otros visores de mapas que se encuentran en construcción. En sí los visores de mapas son un ejemplo claro y sencillo, que de cara al público presentan de momento una pincelada, esto con el inicio de labores de la OGEO en el presenta año se irá ampliando.

Actualmente, la OGEO está ayudando a solventar las disparidades tecnológicas entre los Programas, Unidades y Laboratorios del LanammeUCR. Los nuevos enfoques multidisciplinarios han promovido el avance para el uso de información geoespacial que abarcan más ámbitos, dando mayor valor agregado a toda la información y permitiendo nuevas formas de análisis espacial.

Una de las principales virtudes de la puesta en marcha de la OGEO es que se ha logrado atender las necesidades en temas de geomática y SIG de forma expedita y profesional, potenciando las capacidades de respuesta de las labores de Programas y Unidades, eliminando el acceso limitado a los recursos geoespaciales, facilitando productos con un apoyo técnico más robusto.

Precisamente, es gracias a los buenos resultados obtenidos, que el uso de equipos de alta precisión para obtener datos topográficos, fotografías aéreas y cualquier otro dato obtenido en campo ha aumentado en el LanammeUCR, esto ha sido así desde hace más de 15 años. El LanammeUCR con la creación de la OGEO reconoció formalmente la necesidad de profesionalizar la forma en que la institución obtiene, distribuye y comparte datos espaciales.

Otro punto importante que debe ser destacado es que se ahorra mucho dinero al momento de obtener información de índole espacial sin necesidad de contratar a un tercero. Esto ayuda a mejorar la inversión de los fondos públicos, por ejemplo, desde la implementación de los VANT y la obtención de los permisos por parte de la DGAC para operar en el territorio nacional, la institución se ha ahorrado cerca de 700 mil dólares en datos topográficos, esto gracias a tener la capacidad de generar sus propios datos, sin importar un área máxima o mínima a levantar, contrario a lo que ofrece una contratación en el mercado.

Dar asesorías de alto nivel en tecnologías espaciales a instituciones públicas, como al MOPT, Contraloría General de la República (CGR) y el Consejo Nacional de Vialidad (CONAVI), a través de la OGEO ayudará a la Administración a mejorar sus recursos humanos y tecnológicos según lo requieran.

Además, actualmente la OGEO está preparando un procedimiento para la solicitud, acceso y uso de los datos geoespaciales propiedad del LanammeUCR ya sea a lo interno o por entidades externas. Esto es importante a raíz de las múltiples solicitudes que ingresan para que se compartan los datos e información de la institución, el objetivo será la formalización y se justificación del uso que se le dará.

A manera de resumen, brindar apoyo y servicio a todo el LanammeUCR, salvaguardar información histórica de las evaluaciones y auditorías valoradas en millones de dólares y representarlas de manera interactiva y accesible al público general, dar o colaborar en asesorías, participar en giras, elaborar herramientas para la recolección de datos, cumplir con los lineamientos de la Directiva Operacional DO-002-OPS-RPAS de la DGAC para asegurar la operación segura de los Vehículos Aéreos No Tripulados del LanammeUCR, realizar investigación y ser punta de lanza en tecnologías espaciales son de momento algunas de las labores más importantes de la OGEO.

Proyectos actuales de la OGEO

La OGEO ha realizado proyectos y colaboraciones con los siguientes programas y unidades:

  • Programa de Infraestructura del Transporte:
    • Unidad de Gestión y Evaluación de la Red Vial Nacional.
      • Mantenimiento del Geo portal.
      • Evaluaciones en conjunto.
      • Asesorías en conjunto.
      • Actualización del mapa vectorial de la RVN (en ejecución).
      • Levantamientos con VANT.
      • Desarrollo de apps para mapeo en campo.
    • Unidad Gestión Municipal.
      • Proyecto conjunto de vectorización de la Red Vial Cantonal (en ejecución).
    • Unidad Investigación en Infraestructura y Transporte.
      • Actualización de datos.
    • Unidad Seguridad Vial y Transporte.
      • Levantamientos de alta precisión con VANT.
  • Programa Ingeniería Estructural:
    • Unidad de Puentes.
      • Inspecciones de puentes de la RVN.
      • Colaboración en Asesorías propias de la unidad.
  • Unidad de Auditoría Técnica:
    • Levantamientos topográficos con VANT y LiDAR.
    • Levantamiento para Control de Obra con LiDAR.
    • Colaboración en giras.
  • Programa Ingeniería Geotécnica.
    • Levantamientos topográficos con VANT.
    • Preparación de nubes de puntos masivas.
    • Desarrollo de app para mapeo de taludes.
  • Laboratorios.
    • Levantamientos topográficos.

También se han realizado colaboraciones con:

  • Ministerio de Obras Públicas y Transportes.
    • Asesorías en conjunto con otras unidades del LanammeUCR.

Bibliografía:

Oficina de Geomática del LanammeUCR: ¿Qué temas abarca la oficina? ¿Cuál es la importancia de la oficina para el Laboratorio? Y ¿Cuáles son sus proyectos actuales? (Primera parte)

Autor: Geóg. Paul Antonio Vega Salas. M.Sc. PMP, Jefe de Oficina de Geomática.

La propuesta para la creación de la Oficina de Geomática (OGEO) se dio en el año 2020, debido a la continua necesidad de los Programas y Unidades del LanammeUCR por acceder a las diferentes tecnologías geoespaciales. La oficina se oficializó a finales del año 2021 y comenzó a operar en enero del 2022, dando soporte y colaboración a toda la institución.

¿Qué es Geomática?

Es un término científico para obtener, almacenar, procesar, y compartir todo tipo de información de índole geográfico (GISGeography, 2022). Esto puede abarcar múltiples disciplinas como la geografía, ingeniería y topografía. El padre de la Geomática, Michel Paradis en 1980, idealizó el término como un medio para converger la forma en que la tecnología moderna de adquisición de datos se comenzó a involucrar interdisciplinariamente. El enfoque principal de la Geomática está basado en los productos, servicios, herramientas de recolección, integración y gestión de datos geográficos (GISGeography, 2022).

Sobre la Oficina de Geomática del LanammeUCR

La oficina está conformada por dos profesionales en Geografía, un Ingeniero Topógrafo y un Master en Sistemas de Información Geográfica especializado en Gestión de Proyectos. Además, cuenta con tres asistentes de grado y un asistente de posgrado, quienes colaboran con el procesamiento de datos masivos, nubes de puntos y modelos tridimensionales (figura 1). Organizacionalmente la OGEO se encuentra bajo la orden de dirección y laboratorios del LanammeUCR, y su principal función es dar servicio y apoyar técnicamente en actividades que permitan el cumplimiento de la ley 8114 a toda la institución.

Figura 1. Ejemplo de nube de puntos para la creación de
modelo tridimensional, RN01 Limonal – Cañas.

Algunas de las funciones que cumple la OGEO para el LanammeUCR son:

  1. Dar apoyo y servicio a todos los programas, unidades, laboratorios y oficinas del LanammeUCR en temas de índole geográfico, topográfico y técnicas de recolección de datos puntuales y masivos en campo.
  2. Custodio de las bases de datos espaciales del LanammeUCR, las cuales contienen información de suma importancia como los datos históricos de la Evaluación de la Red Vial Nacional de la Unidad de Gestión y Evaluación de la Red Vial Nacional, datos espaciales de la Unidad de Auditoría Técnica, el inventario de datos espaciales de la Unidad de Puentes.
  3. Dirección de las operaciones con Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) del LanammeUCR ante la Dirección General de Aviación Civil.
  4. Desarrollo de Sistemas de Información Geográfica (SIG/GIS).
  5. Asesoría interna y externa (al gobierno de Costa Rica) en cuestiones de índole geográfico, SIG/GIS y sensores remotos.

Conozcamos la sede del LanammeUCR en Liberia

El Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Rica (LanammeUCR), ya cuenta con su primera sede regional, está es el Laboratorio de Liberia, ubicado en la Sede de Guanacaste de la Universidad de Costa Rica.  Con este proyecto se logra aprovechar la ubicación geográfica de la Sede, así como su zona de influencia; para que conservando los mismos estándares de calidad y organización de la Sede Central, algunas tareas de la Ley 8114 de Simplificación y Eficiencia Tributaria, se puedan desarrollar desde esta nueva Sede.

Con los nuevos edificios de laboratorios y aulas, se pretenden atender las solicitudes de los diferentes programas del LanammeUCR, dar apoyo a la carrera de Ingeniería Civil en la Sede de Guanacaste y brindar cursos de capacitación en temas de investigación, cooperación técnica y transferencia de conocimiento en materia de infraestructura.

Actualmente, el Laboratorio de Liberia se encuentra en el proceso de Ampliación de la Acreditación de la Norma INTE/ISO/IEC 17025:2017 “Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración”.  Los ensayos por acreditar se agrupan en cuatro laboratorios.

  • Laboratorio de Agregados.

Se realizan ensayos básicos de caracterización de agregados: muestreo, granulometrías, densidad masiva, densidad relativa.

  • Laboratorio de Concretos.

Se cuenta con el equipo y personal técnico para realizar muestreo de concreto recién mezclado, resistencia a la compresión uniaxial, determinación de la resistencia a flexión.

  • Laboratorio de Suelos.
    Se realizan ensayos de plasticidad en suelos, próctor estándar, próctor modificado, CBR.

  • Laboratorio de Mezcla Asfáltica.
    Se realizan los muestreos de mezcla asfáltica, y los ensayos asociados con la metodología de Diseño Marshall: mezclado y compactación, contenido de agua, contenido de asfalto, granulometría del agregado extraído, gravedad específica bruta, gravedad específica máxima, porcentaje de vacíos, estabilidad y flujo, resistencia retenida a la tensión diametral.

Auditorías Técnicas del área de laboratorios del LanammeUCR, una herramienta de calidad en proyectos de obra vial

Escrito por: Ing. Rose Mary Cabalceta Rubio; Ing. Victor Cervantes Calvo

La Unidad de Auditoría Técnica (UAT) del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Rica (LanammeUCR), inició las auditorías a los laboratorios de verificación de calidad y a las plantas de producción de mezcla asfáltica en el año 2002, basándose en el artículo 6 inciso f de la Ley 8114 y sus posteriores modificaciones.

Para este fin, se asignó un grupo encargado de efectuar las auditorías a los laboratorios de verificación de calidad y a las plantas de producción de mezcla asfáltica (Área de Laboratorios), así como también al análisis de los materiales que se utilizan en la construcción de carreteras. Con estas auditorías se buscó agregar valor al sector mediante las auditorías de calidad a los laboratorios que trabajan para el sector vial, análisis de los diferentes materiales colocados en la red vial nacional, auditorías a los Sistemas de Gestión de Calidad de las partes interesadas y auditorías de producción, generando una mejora significativa en los sistemas auditados, tal y como se puede verificar en estos 20 años de fiscalización.

Una de las tareas del área de laboratorios de Auditoría Técnica es la fiscalización de los organismos de ensayo encargados de realizar la verificación de calidad, estos laboratorios como se muestra en la Figura 1 y marcados en la línea punteada roja, son los que contrata la administración activa Ministerio de Obras Públicas y Transportes y el Consejo Nacional de Vialidad (MOPT-CONAVI), para que mediante ensayos o pruebas a los diferentes materiales colocados o procesos constructivos por el contratista en el proyecto, determinen si las características y propiedades cumple con las especificaciones técnicas contratadas por el Estado.

Como parte de los procesos de fiscalización a los materiales del proyecto, la UAT realiza análisis estadísticos de los datos aportados por la verificación de calidad para determinar si están conformes a lo requerido. Asimismo, en los organismos de ensayo se audita los aspectos técnicos del Sistema de Gestión de Calidad, se testifica la ejecución de los ensayos a diferentes materiales, con el fin de evaluar el cumplimiento y concordancia de acuerdo a las normas de ensayo y se fiscalizan diferentes aspectos desde el punto de vista de gestión.

Figura. 1 Entidades encargadas de gestionar la calidad de un proyecto vial

Otra de las labores encomendadas al Área de Laboratorios de Auditoría Técnica, es la fiscalización de la calidad de la Mezcla Asfáltica en Caliente (MAC) y su proceso de producción (Ver figura 1, línea punteada roja), ésta MAC es producida en plantas industriales que pertenecen al contratista o constructor que se encarga de la obra de un proyecto de construcción o conservación, o bien puede ser subcontratada para la producción del material. La auditoría que se lleva a cabo, se efectúa desde el punto de vista industrial, donde se evalúa si el proceso de producción es capaz de generar un producto final que cumpla con los estándares y características de calidad establecidas en lo contratado por el Estado. Además, se fiscaliza que se mantenga implementada una gestión metrológica de los equipos de medición más relevantes de masa, presión, temperatura, entre otros y que inciden en la calidad del producto manufacturado. 

La UAT realiza visitas constantes a las plantas, en compañía de los diferentes laboratorios del LanammeUCR, en las cuales se muestrea la materia prima para la producción de la MAC (asfalto, aditivos, asfalto modificado, agregados y relleno mineral), así como la mezcla asfáltica fabricada, a estos materiales se les realiza los ensayos establecidos contractualmente para determinar sus características físico-químicas o de desempeño para establecer el cumplimiento e idoneidad para ser aceptada y se comunica a la administración en caso de incumplimientos. De igual manera desde el punto de vista de control metrológico se evalúan los documentos relacionados (certificados de calibración, comprobaciones intermedias, entre otros), de los instrumentos que realizan las mediciones, con el fin de asegurar que la producción de MAC se encuentra bajo estándares de fabricación normalizados y que las calibraciones se ajusten a estos.  También, se fiscalizan diferentes procesos asociados a las plantas de MAC, los cuales forman parte del control que realiza la administración.

Es importante aclarar que la toma de muestras por parte de la Auditoría Técnica dentro del proceso de fiscalización, no tienen como finalidad cumplir la función del autocontrol, ni de la verificación de calidad, ya que como se explicó anteriormente la verificación de calidad es contratada desde el inicio de la obra por el Estado.

Por último, el principal objetivo de las Auditorías Técnicas del área de laboratorios es generar conciencia a la Administración que los costos de calidad (autocontrol, verificación, reprocesos, sanciones o rechazos) asociados a un proyecto de obra vial son sumamente altos y que todos los resultados generados de los laboratorios de verificación deben ser analizados desde el punto de vista de control estadístico de la calidad apenas sean entregados, con el fin de tomar decisiones informadas y oportunas, para disminuir el riesgo de incumplimiento y producir los resultados deseados. Asimismo, se debe tener claro que la fiscalización que realiza la Auditoría Técnica es una herramienta de colaboración que puede acoger la Administración para procurar garantizar el cuidado y mejora continua en la calidad de los materiales suministrados como materia prima en los proyectos de obra vial, así como la información generada a partir de los constantes muestreos y visitas a plantas para asegurar un nivel de calidad óptimo en la producción de MAC.

Uso de VANTs en la UGERVN – Equipo con escáner Lídar

Actualmente la UGERVN cuenta con cuatro pilotos acreditados por la DGAC para volar vehículos aéreos no tripulados (VANT). Uno de los equipos con los que se trabaja es el DJI Phantom 4 RTK Enterprise. Esta aeronave se utiliza principalmente para hacer levantamientos de taludes y deslizamientos en la Red Vial Nacional utilizando técnicas de fotogrametría. Los productos que usualmente se generan con este equipo son: videos cortos, fotografías aéreas oblicuas y perpendiculares, ortomosaicos, fotografías panorámicas y modelos en 3 dimensiones o modelos de elevación digital (MED) de los taludes y deslizamientos.

Los modelos 3D a escala 1:1 pueden utilizarse para varias mediciones y análisis cuantitativos de los taludes y deslizamientos levantados gracias a que el sistema RTK permite una mejor precisión en la ubicación de los elementos mapeados y sus dimensiones.

Ejemplo de fotografía aérea oblicua, Talud 38+600 Nacional Ruta 27

Ejemplo de ortomosaico en talud de la Ruta Nacional 141.
Ejemplo de modelo de elevación digital con información de altitud del talud bicado en la Ruta Nacional 141. Se marcan las zonas donde hay vegetación y no se puede recrear la topografía.

A pesar de la gran ventaja del uso de este tipo de tecnología, cuando existe mucha vegetación en los taludes o alrededor de los deslizamientos no es posible poder obtener datos a nivel del suelo. Debido a esto los modelos se deben de ajustar u obviar esas secciones con falta de datos en el terreno durante el análisis cuantitativo. Para solucionar este problema y poder generar mejores modelos que incluyan áreas cubiertas por la vegetación, la implementación de un sensor lídar en un VANT parece ser la mejor opción.

La tecnología lídar trabaja con escáner laser que hace un barrido de millones de puntos por segundo conforme va avanzando sobre las superficies. Cada uno de esos puntos tiene información de la ubicación y altura del terreno o de la vegetación. El escáner es capaz de levantar puntos en el suelo entre los espacios de la vegetación y con un proceso de interpolación y filtrado de los puntos de la vegetación se pueden reconstruir las superficies bajo la vegetación.   El equipo Matrice 300 RTK +L1 de DJI es un VANT que incorpora la tecnología lídar a sus sensores de captura de datos. Este sensor junto con una cámara es capaz de levantar millones de puntos para generar mejores modelos de elevación digital durante las evaluaciones de taludes y deslizamientos aún en zonas con mucha vegetación. La UGERVN se encuentra en el proceso de adquirir uno de estos equipos e incorporarlo a sus evaluaciones. Esta herramienta de trabajo será de gran ayuda en zonas con vegetación densa y para la colaboración con otras unidades académicas o proyectos donde se requiera.

Fotografía de un Matrice 300 RTK+L1. VANT con escaner lídar

¿Cuáles son las labores del Programa de Ingeniería Geotécnica en el LanammeUCR?

El Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Rica (LanammeUCR), cuenta con un Programa de Ingeniería Geotécnica (PIG) que tiene como propósito apoyar al LanammeUCR en el cumplimiento de la Ley N°8114, por medio de colaboración en la actualización de normativa técnica, capacitación y en el soporte técnico a la labor de fiscalización en el área de geotecnia y materiales.

El PIG fue creado en el LanammeUCR antes del año 2000, durante este periodo, el Ing. Sergio Sáenz Aguilar, asumió la coordinación del Programa con el objetivo de promover la mejora continua de las actividades que se realizan en la rama de la ingeniería geotécnica y en general de la Ingeniería Civil.

A partir del año 2014, el PIG inicia un proceso de reestructuración interna con la finalidad de reforzar y apoyar más las actividades del LanammeUCR. En el 2018, la Ing. Ana Monge Sandí, asume la Coordinación General de este Programa y, en el 2020, los ingenieros Laura Solano Matamoros y Gustavo Badilla Vargas se incorporan a las actividades del Programa, reestructuración que ha permitido un aumento significativo en informes, asesorías y consultorías entre otros aportes.

Una de sus funciones es brindar acompañamiento en las giras de campo para evaluar aspectos geotécnicos tales como: las condiciones de taludes, deslizamientos, desprendimientos de rocas, muros de retención, cimentaciones de puentes, materiales utilizados para la construcción de pavimentos, entre otros.

Además, el Programa de Ingeniería Geotécnica realiza:

  • Revisiones exhaustivas de informes de ensayo de otros laboratorios para verificar la congruencia y lógica de los valores o parámetros obtenidos.
  • Examina si los estudios de suelo realizados para distintos proyectos son suficientes y adecuados para el tamaño y complejidad de la obra que se va a desarrollar.
  • Revisa si los modelos geotécnicos son adecuados, los cuales son la representación de las propiedades mecánicas, hidráulicas y de deformabilidad de los materiales de la zona de estudio que permiten evaluar, analizar y diseñar las distintas obras geotécnicas.
  • Colabora, desde el punto de visto técnico, en la implementación de nuevos ensayos y equipos de laboratorio.
  • Contribuye en la actualización de la normativa que se utiliza a nivel nacional, tal y como: Manual de especificaciones generales para la construcción de carreteras, caminos y puentes (CR-2020), reglamentos técnicos nacionales, normas técnicas, entre otros.

¿Por qué es importante contar con un Programa de Ingeniería Geotécnica?

La geotecnia es la rama de la ingeniería civil que se encarga del estudio de los materiales que conforman la corteza terrestre y de su interacción con las diferentes estructuras hechas por la Ingeniería Civil, aplicando los principios ingenieriles en conjunto con el método científico para establecer sus comportamientos. Dentro de la Geotecnia se pueden diferenciar dos campos principalmente: la Mecánica de Rocas y la Mecánica de Suelos. Sin embargo, para determinar y entender el comportamiento de dichos materiales se deben incorporar aspectos de geología, geofísica e hidrología.

Para diferenciar entre suelo y roca, el padre de la geotecnia Karl Terzaghi indica lo siguiente;

“Se puede considerar suelo a todo material de las capas más superficiales de la corteza terrestre que puede clasificarse como un agregado natural de las capas más superficiales conectadas por fuerzas cohesivas débiles y no necesariamente permanentes, separables por medios mecánicos de poca intensidad y energía. Por su parte, las rocas serían agregados naturales de partículas minerales conectadas por fuerzas cohesivas fuertes y permanentes, situadas tanto en la superficie como en capas más profundas, siendo necesarios medios mecánicos de gran intensidad y energía para su separación.”

La geotecnia, como una especialidad de la Ingeniería Civil, es una ciencia aplicada para hacer que los materiales de la corteza terrestre sean más adecuados para el desarrollo de las actividades humanas.

Relación del Programa de Ingeniería Geotécnica y la Universidad de Costa Rica

La Universidad de Costa Rica está apoyada en tres importantes pilares: investigación, docencia y acción social. De esta manera, el PIG, por ser parte del LanammeUCR y de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica, se dedica a desarrollar investigación, a la docencia, a la prestación de servicios técnicos y cooperación técnica. Con el afán de desarrollar estas actividades, se enfatiza la importancia de la interacción del análisis y la observación experimental como base para realizar los diferentes diseños y análisis que pueden ser aplicados en la ingeniería geotécnica, tales como cimentaciones, taludes, presas, muros de retención, drenajes entre otros.