Escalando nuevas alturas con el escaneo de Artec 3D: Inspeccionando un muro de contención de ocho metros de altura

Escáner 3D Ray II de GoMeasure3D cerca del muro de contención en Richmond, Virginia. Imagen cortesía de GoMeasure3D.

El 19 de junio de 1972, sucedió algo que finalmente cambiaría el paseo marítimo de Richmond para siempre. Cuando el huracán Agnes comenzó a azotar la costa de Estados Unidos, el cercano río James se desbordó, provocando inundaciones en municipios, carreteras y a lo largo de las líneas ferroviarias de la ciudad.

Solo en Virginia, esto causó $14.8 millones en daños en las carreteras (o $110 millones en dinero de hoy) y las viviendas, los sistemas de alcantarillado y otras infraestructuras también necesitaron reparación. Cuatro personas también perdieron la vida después de que su automóvil fuera arrastrado por las inundaciones. Sin embargo, no fue hasta que esta situación se vio agravada por otra gran inundación en 1985 que las autoridades locales finalmente cambiaron de táctica e introdujeron nuevas medidas preventivas.

Pronto comenzaron los trabajos en un enorme muro de contención, que cubría las orillas norte y sur del río James. Diez años más tarde, se terminó, y a pesar de que la ventisca de 1996 hizo que el río subiera a una altura de 6,7 metros, la barrera se mantuvo alta, y así ha sido desde entonces.

Dicho esto, la zona sigue estando en grave riesgo y el muro en sí nunca se ha desplegado en su totalidad. Entonces, ¿cómo podemos saber con certeza que sigue siendo un firme defensor de Richmond, una ciudad industrial de 230.000 habitantes, repleta de arquitectura histórica irremplazable de la era colonial?

Aquí es cuando entra en acción el socio de Artec 3D con certificación Gold, GoMeasure3D. Después de haber tenido en sus manos un nuevo escáner 3D Artec Ray II, el equipo lo puso a prueba directamente, emparejándolo con el Artec Leo inalámbrico para recoger rápidamente todos los datos necesarios de una inspección de precisión.

Ray II: «Un salto adelante» en el escaneo 3D

La ambiciosa empresa de escaneo 3D de GoMeasure3D comenzó con el ingeniero de aplicaciones (y residente local de Richmond) Art Pekun, dirigiéndose al sitio con Ray II en la mano. Sin embargo, a pesar de lo emocionado que estaba por probar el nuevo dispositivo LiDAR en el campo, la magnitud del desafío que estaba asumiendo rápidamente se hizo evidente.

Datos de escaneo de muros de contención de Richmond de GoMeasured3D. Imagen cortesía de GoMeasure3D.

Incluso antes de bajarse de la acera, Art identificó el puente que domina la barrera y la pisada en las calles que lo rodean como posibles causas de la interrupción del rastreo GPS y el desenfoque de movimiento. Luego, estaba el tamaño. No hay muchos dispositivos que ofrezcan la información en tiempo real, la autonomía y la duración de la batería necesarias para capturar una barrera contra inundaciones tan grande, y desde múltiples ángulos en una sola sesión.

Pero una vez que montó el Ray II en su trípode ligero, Art se dio cuenta rápidamente de por qué es una adición tan valiosa a la gama de escaneo de Artec 3D. Con una pantalla incorporada y un seguimiento sin targets, la configuración tarda unos segundos, mientras que el sistema de inercia visual (VIS) del dispositivo garantiza que siempre «sepa dónde está».

En este caso, su VIS hizo que fuera rápido y fácil digitalizar la barrera desde nueve ángulos diferentes y capturar cualquier signo de daño, con puntos de alineación que se creaban sobre la marcha. Según el director de operaciones de GoMeasure3D, Paul Motley, el Ray II desbloqueó un proceso de captura de datos ultrapreciso de 20 minutos que no solo fue impresionante, sino que simplemente no habría sido posible antes.

La pantalla incorporada de Ray II indica que un escaneo 3D completo está a solo unos segundos de distancia. Imagen cortesía de GoMeasure3D.

«Antes del Ray II, probablemente ni siquiera habríamos intentado esto porque todos estos desafíos habrían existido, pero habrían sido exponencialmente más difíciles», explicó Paul. «Sin el seguimiento de la alineación, ¿cómo se fusionarían los datos? La simple idea de ir de un lado a otro del muro de contención habría sido muy difícil».

«En el pasado, probablemente no habríamos considerado ni remotamente intentar esto. Pero con todas sus características avanzadas, el Ray II es un gran salto adelante».

A la hora de inspeccionar las puertas del muro de contención, que incluían zonas más intrincadas con claros signos de óxido, Art recurrió al Artec Leo. Si bien los escaneos de «bucle» pueden ser difíciles de hacer coincidir en cualquiera de los extremos, descubrió que el seguimiento de texturas del dispositivo era tan avanzado que esto simplemente no era un problema.

Al fusionar este escaneo del Leo de alta precisión con los datos del Ray II, Art dice que es posible lograr mallas de resolución múltiple que capturan las características más pequeñas para un análisis en profundidad. En los casos en los que necesite evaluar las propiedades de sellado de las puertas, por ejemplo, esta podría ser la diferencia entre saber si una pared será efectiva o tendrá fugas, lo que hace que los datos detallados sean una necesidad.

Una puerta de barrera contra inundaciones en proceso de análisis inicial en Artec Studio. Imagen cortesía de GoMeasure3D.

«El Ray II es excelente para obtener posiciones y medidas, pero el Leo te permite inspeccionar más de cerca y lograr un marco de referencia más detallado», dijo Art. «Todo el mundo desearía que un escáner pudiera hacerlo todo. Eso no existe, pero la forma en que Artec Studio te permite combinar datos con Smart Fusion es algo que nunca he visto hacer a ningún otro software».

Inspección del muro de contención de Richmond

En lo que respecta al procesamiento de datos de Artec Studio, el equipo comenzó triangulando sus datos y utilizando el algoritmo de registro global de un solo clic del programa para alinear todos sus escaneos. Para simplificar y reducir el tamaño de su malla, eliminaron los marcos innecesarios antes de dividirla en tres capas: los puentes, la calle y la pared en sí.

Una vez optimizada, esta malla fue analizada con el conjunto de herramientas de inspección de calidad de Artec Studio. El mapeo de distancias permitió encontrar desviaciones mediante la comparación de características, mientras que los planos de ajuste demostraron ser ideales para medir la planitud y analizar si las superficies podían cerrarse para formar un sello.

El escaneo 3D completo del muro de contención en Artec Studio. Imagen cortesía de GoMeasure3D.

Para una inspección más profunda, más tarde lo enviaron a Geomagic Design X, un software de ingeniería inversa repleto de herramientas para crear modelos CAD basados en características a partir de datos de escaneo. Paul dice que rápidamente descubrieron que sus herramientas de segmentación eran particularmente útiles, ya que «toman piezas complejas y las reducen a formas fundamentales» de una manera que «aumenta en gran medida el ahorro de tiempo».

A partir de ahí, fue posible convertir todas estas formas en objetos CAD utilizables exportando a SOLIDWORKS con Design X SOLIDWORKS LiveTransfer. Esto no solo transfirió todo su trabajo, sino que mantuvo todas las relaciones paramétricas, asegurando que se mantuviera fiel a los datos originales.

Después de haber descompuesto esta malla en estructuras de captura que podrían construirse o examinarse con mayor detalle, la enviaron a Geomagic Control X. Allí, las funciones de análisis de desviación, como el ajuste orgánico de la superficie, permitieron al equipo de GoMeasure3D identificar rápidamente las deformaciones que constituían problemas potenciales antes de analizar la profundidad, volumen y pérdida de material.

«En el caso de las estructuras de hormigón, no es como si se pudiera ver si coincide exactamente con el dibujo CAD. Buscamos erosión, picaduras, deformaciones, daños físicos», agregó Paul. «El ajuste orgánico de la superficie, que es bastante exclusivo de Control X, le brinda la capacidad de encontrar el volumen de defectos y usarlo como marco de referencia para ver qué tan estructuralmente sólidas son las cosas».

«Una vez que identificas las ubicaciones de los defectos, puedes ver si tienes un grupo alrededor de un área en particular y, si es necesario, decir: Tenemos que ir a hacer una reparación».

El análisis de la desviación de la barrera contra inundaciones de Richmond se lleva a cabo en Geomagic Control X. Imagen cortesía de GoMeasure3D.

Un flujo de trabajo «extremadamente fácil» de adoptar

El flujo de trabajo de escaneo a inspección de GoMeasure3D puede tomar algunos pasos, pero con la alineación intuitiva y las herramientas de escaneo a CAD (además de un poco de práctica), Paul dice que puede llegar a ser «extremadamente fácil».

Por si sirve de algo, él y sus colegas no terminaron encontrando desviaciones alarmantes de la barrera contra inundaciones, pero sí demostraron cómo se podría usar en otros lugares. De hecho, se cree que su flujo de trabajo es ideal para capturar datos precisos y detallados para la inspección, el control de calidad y el mantenimiento en una variedad de otras aplicaciones, incluidas la fabricación industrial, la minería y la industria aeroespacial.

«Con este flujo de trabajo no se necesitan datos CAD, por lo que se correlaciona con muchas otras aplicaciones de ingeniería civil», concluyó Paul. «Se ve mucha demanda de esto en torno a la energía nuclear y otras áreas en las que es necesario verificar la integridad de las estructuras de concreto y monitorearlas a lo largo del tiempo. Así que hay un gran mercado para estas inspecciones aparentemente simples, pero en realidad bastante complejas».

«Algunos quieren una precisión de 10 a 20 micras, a otros puede que no les importe si es inferior a una pulgada, pero los mismos principios se aplican a la inspección de cualquier cosa, desde las palas de las turbinas hasta los muros de contención».

En última instancia, Art dice que el proyecto demuestra las «notables capacidades» del escaneo moderno como herramienta para aumentar la seguridad y la eficiencia del mantenimiento. Además de subrayar la importancia de la tecnología en el mantenimiento del muro de contención de Richmond, señala que el proyecto destaca su potencial como herramienta con aplicaciones en múltiples industrias.