ANEXO III DATOS DE IDENTIFICACIÓN DEL PROYECTO:

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1 ANEXO III DATOS DE IDENTIFICACIÓN DEL PROYECTO: 1. Título: INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE NUEVOS EQUIPOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS COMPLEJOS QUE PERMITAN LA REDUCCIÓN DE LA SINIESTRALIDAD LABORAL 2. Autor o autores: JUAN POUS DE LA FLOR, FERNANDO CERROLAZA 3. Entidad subvencionada: SACYR VALLEHERMOSO, S.A. 4. Fechas de realización: Palabras clave: sistemas control, reducción siniestralidad laboral SINOPSIS: (incluir un abstract en inglés) Sacyr has developed during the year a R&D project called Investigación y desarrollo de nuevos equipos y sistemas de control de procedimientos constructivos complejos que permitan la reducción de la siniestralidad laboral. The project includes two strands of research: 1. the first one provides solutions for security issues in construction work during asphalt placement. The safety system proposed consist in 2 parts: One of them placed in the vehicles and other one that the operatives take. For every terminal there are defined the parameters that form the safety area and the time of anticipation with which the operative is warned before it could produce the accident. The warning is received by the operator in the form of vibration signal. For the development of the project it has been used GPS technology which is an appropriate compromise between technical complexity, reasonable cost for terminals and configuration flexibility of the equipment This second line supposes an important step from the point of view of the safety during launching and concreting process, allowing real- time control as well as an instantaneous response that allows the control of the equipment at all time with independence of the climatological conditions of execution or any other one who supposes a danger for the construction workers. The developed system allows real-time information about the reaction in each of the supports, allowing to know, under any external action (concrete process, moving the system or actions due to wind, the instantaneous value of the same, allowing to react in consequence. El proyecto actual tiene dos líneas de investigación: la primera persigue ofrecer una solución a los problemas de seguridad en obras de construcción por el atropello de operarios durante la extensión de aglomerado. El sistema consiste en dos partes, una embarcada en los vehículos y otra que llevan los operarios.

2 Para cada terminal se definen los parámetros que configuran el área de seguridad y el tiempo de antelación con que se avisa al operario antes de que se pueda producir un atropello. El aviso lo recibe el operario en forma de señal vibratoria. Para el desarrollo del proyecto se ha utilizado tecnología GPS que supone un compromiso apropiado entre complejidad técnica, coste asumible para los terminales y flexibilidad de configuración de los equipos. La segunda línea supone un paso muy importante desde el punto de vista de la seguridad durante el proceso de lanzado y hormigonado, permitiendo un control en tiempo real así como una respuesta instantánea que permita el control en todo momento del equipo, con independencia de las condiciones de ejecución climatológicas o cualquier otra que suponga peligro para el personal de obra. El sistema desarrollado permite conocer en tiempo real la reacción en cada uno de los apoyos, permitiendo conocer, bajo cualquier acción externa, bien sea el hormigonado, desplazamiento del sistema o acciones debidas al viento, el valor instantáneo de la misma, permitiendo reaccionar en consecuencia evitando males mayores. El objetivo principal del proyecto es investigar y desarrollar sistemas de automatización y sistemas auxiliares que aumenten la seguridad y mejoren la calidad de trabajo en las obras de construcción. Estos objetivos generales se desarrollan a través de trabajos realizados para alcanzar los siguientes objetivos específicos: - Diseño y desarrollo de un sistema de detección y alarma para evitar los atropellos en las obras de construcción: Durante los últimos años se están produciendo en el ámbito de la construcción, numerosos accidentes provocados por atropellos de máquinas de extendido y compactación de tierras y capas de firme. Estos accidentes se producen aunque las máquinas cumplan la normativa sobre avisadores acústicos de marcha atrás, pero insuficientes para garantizar la seguridad del personal que trabaja en el radio de acción de las máquinas. Por ello, diseñamos el equipamiento necesario que aumente la seguridad, reduciendo la gravedad y el número de accidentes producidos así. - Ingeniería, diseño y desarrollo de un sistema de robotización e información on-line para mejorar las condiciones de seguridad en la operación de cimbra autolanzable en viaductos: El lanzamiento de cimbras es un proceso básico de construcción de puentes de grandes luces. Actualmente, esta metodología emplea sofisticados mecanismos activados manualmente y supervisados de forma visual, mediante sistemas de radio convencionales. Durante el proceso de lanzado, pueden producirse alteraciones sustanciales por parámetros físicos, por ejemplo el viento. El encargado del lanzamiento verifica manualmente, que la secuencia de lanzado se está realizando correctamente y que los puntos de apoyo de la cimbra sobre los pilares

3 están cumpliendo su función. Con este sistema será posible alcanzar mejores niveles de seguridad. Los aspectos a estudiar y desarrollar dentro de cada una de estas líneas de trabajo son los siguientes: 1. Diseño y desarrollo de un sistema de detección y alarma para evitar los atropellos en las obras de construcción El objetivo de esta línea trata de ofrecer un sistema de detección de personas en obras en las que se emplee maquinaria para el extendido y compactación de tierras y capas de firme que permita reducir o eliminar el número de accidentes causados por el atropello de esta maquinaria. ESTRUCTURA DEL SISTEMA La estructura dependerá del sistema de detección final empleado y de las necesidades específicas del entorno. El esquema general de trabajo que se llevará a cabo puede concretarse en el siguiente diagrama. Avisador Sensores Avisado En él se puede ver que el sistema debe contar con un conjunto de sensores en la maquinaria de obra de forma que detecten la proximidad de personas en peligro de accidente por estar dentro de un radio de seguridad previamente determinado. El sistema de sensores, una vez ha detectado que el peligro de accidente es inminente debe proporcionar un aviso al trabajador expuesto al riesgo. Se estima que el sistema de aviso debe ser visual, por vibración y sonoro. Así mismo sería recomendable que el aviso que se dé tenga en cuenta la probabilidad de que se produzca el accidente, de forma que el conductor tenga una realimentación apropiada del peligro que se pueda producir. El trabajador de obra debe disponer de un mecanismo de aviso que le permita conocer que se encuentra en situación de accidente próximo. Este tipo de aviso se recomienda que pueda ser tanto sonoro como por vibración, ya que, depende de las circunstancias un solo tipo de aviso puede no ser suficiente.

4 2. Ingeniería, diseño y desarrollo de un sistema de robotización e información on-line para mejorar las condiciones de seguridad en la operación de cimbra autolanzable en viaductos La presente línea de investigación presenta como objetivo fundamental disminuir el riesgo de accidente laboral y aumentar la seguridad de las personas involucradas en el proceso de lanzado de cimbras, uno de los procedimientos habituales en la construcción de viaductos para la obra civil de carreteras. Dicho incremento de seguridad se realizará a dos niveles, un primer nivel de seguridad mediante una sistematización del proceso de lanzamiento y un segundo nivel, que se basa en la monitorización, medida y control de una serie de parámetros físicos que pueden variar durante la secuencia del lanzamiento. ESTRUCTURA DEL SISTEMA SOFTWARE El sistema software que se propone se construirá siguiendo una estructura en capas que permita separar y aislar las distintas necesidades del sistema de forma que permita su adaptación de forma sencilla para posteriores usos para otros sistemas de seguimiento de otros tipos de trabajos. La estructura del sistema software se puede ver en el siguiente diagrama: Presentación Procesamiento Filtrado señales Reglas Sensado En él se pueden ver los siguientes grandes bloques: Sensado: En este bloque se recogerá la información de los distintos sensores que han de encontrarse en la estructura de forma que se pueda recoger distinto tipo de información relevante. En este sentido estará constituida por un conjunto más o menos grande, dependiendo del número y tipo de sensores implicados, de

5 componentes software que sean capaces de tratar con cada uno de los sensores. Filtrado de señales: en este módulo se realizará la adaptación de las señales que se recogen de los sensores a las necesidades específicas de la aplicación. Procesamiento: en este módulo se realiza el cálculo de los parámetros que se desean visualizar, se determina el estado del proceso, se atiende a las órdenes de los operarios, se calculan los niveles de idoneidad, etc. Es el núcleo de adaptación de la aplicación al proceso bajo control. En el caso del proyecto a desarrollar es el núcleo de seguimiento del lanzamiento de cimbras. Presentación: en este módulo se adapta la información que se procesa en el módulo de procesamiento para adaptarla a un modelo de presentación que sea útil para el operario. Así mismo recoge la interacción del operario de forma sencilla, principalmente de forma gráfica y la traslada al sistema de procesamiento. Reglas: Es un subsistema que permite especificar el comportamiento de cada uno de los módulos de forma externa, de forma que permita añadir flexibilidad al sistema para indicar elementos como: modelo de presentación, niveles aceptables del proceso, elementos a controlar en el proceso, especificación de niveles de los sensores, etc. Se han alcanzado los resultados esperados en las dos líneas de trabajo, disponiéndose en la actualidad en ambos casos de sistemas prototipo aplicables y extrapolables a cualquier obra de construcción METODOLOGÍA: A continuación se resume el desarrollo real del proyecto y las actividades realizadas en cada una de las líneas de investigación: 1. Diseño y desarrollo de un sistema de detección y alarma para evitar los atropellos en las obras de construcción 1. Evaluación de alternativas sobre detección de personas y reconocimiento (2008) En esta etapa se han analizado las distintas tecnologías existentes y su adaptación a los requisitos del sistema. Se pretendía adquirir suficientes conocimientos sobre los dispositivos para detectar personas en maniobras y desplazamientos de vehículos en entornos de obra y construcción. Estos sistemas no pretenden sustituir a otros existentes como las alarmas de marcha atrás, ya que, por ejemplo, estos últimos permiten que se pueda alertar a los trabajadores de la presencia de vehículos maniobrando en sus proximidades. Así pues, la combinación de una alarma sonora y un sistema de detección de personas presenta grandes ventajas. En efecto, esta combinación de mecanismos permite compartir las responsabilidades de la seguridad entre los conductores de los vehículos y el personal que trabaja

6 en sus proximidades. Aunque existe gran cantidad de principios de aplicación en la detección de obstáculos y personas, cada tecnología posee límites que le son inherentes y que, en ocasiones, restringen su uso en vehículos destinados a lugares de construcción. Los principales aspectos a tener en cuenta son tanto de índole tecnológico, como práctico y económico. En particular son descartables los sistemas basados en infrarrojos, debido a la temperatura de trabajo del extendido de aglomerado; los sistemas de visión basados en cámaras, ya que los operarios no podrán prestar atención a los monitores; los sistemas de rádar por el coste de adquisición e instalación. En este sentido la elección final recayó en dos tecnologías diferentes los ultrasonidos y la localización GPS. En las pruebas iniciales se probaron los ultrasonidos que finalmente se desecharon a favor de un sistema basado en GPS. 2. Caracterización del medio de la obra en carretera (2008) El sistema a diseñar debe tener en cuenta que las condiciones ambientales en el medio en el que se van a desarrollar los trabajos pueden llegar a tener una influencia importante en su correcto funcionamiento. La detección y análisis de estas condiciones ambientales de trabajo es de una importancia extrema, ya que al tratarse del desarrollo de equipos de protección, un fallo en su funcionamiento puede dar lugar a situaciones de riesgo que pongan en peligro la vida de los trabajadores. Es por ello que la fiabilidad del sistema a desarrollar es un factor crítico, incluso excluyente, a la hora de tomar una decisión sobre la tecnología a adoptar. Los factores ambientales a tener en cuenta son los siguientes: - polvo en el ambiente: generado por el tráfico asociado a la construcción de la vía o por la acción del viento - temperatura: la propia del ambiente (máximas en España de 50ºC) y el calor que emana el suelo por la mezcla (150ºC) - lluvia (aunque sólo se admitirá una lluvia ligera en condiciones de trabajo) - interferencias por emisoras de radio y teléfonos móviles 3. Selección de alternativas (2008) Aunque existen gran cantidad de principios de aplicación en la detección de obstáculos, cada tecnología posee límites que le son inherentes y que, en ocasiones, restringen su uso en vehículos destinados a lugares de construcción. Algunos se ven afectados por la suciedad, lluvia o nieve, otros sólo funcionan para distancias muy cortas, otros tienen una precisión relativamente baja, etc.

7 Entre las tecnologías de aplicación a los vehículos móviles, hay que destacar los sensores basados en ultrasonidos, ondas de radio, microondas, el campo magnético y la visión. De hecho, gran parte de la tecnología de detección viene dictada por la física de ondas. En lo que concierne a la detección de un atributo humano (radiación térmica, formas, etc.) por un sensor específico (infrarrojo, sistema de visión, etc.) resulta necesario un desarrollo previo, sobre todo si se considera un entorno poco estructurado como la construcción de una carretera. De esta forma, casi todos los dispositivos comerciales disponibles actúan como detectores de obstáculos. Se descartan varias tecnologías a priori por no cumplir algunos de los requisitos que se necesitan: - Lidar: es un sensor activo que funciona por el principio de emisión y reflexión de una onda luminosa. Los datos de un telémetro láser instalado sobre un vehículo se obtienen por barrido en forma de un plano o una imagen 3D. De esta forma los obstáculos de poca talla por debajo del plano barrido no son detectados. Además, cuando el vehículo se encuentra cabeceando el suelo puede ser percibido como un obstáculo generando así alarmas falsas. Desde el punto de vista experimental las medidas son rápidas y precisas. Por otro lado este tipo de sensor es sensible a las condiciones medioambientales (temperatura, lluvia, nieve, etc.) y requiere un mantenimiento frecuente debido a que las impurezas causadas por su exposición al entorno afectan a la medida. Es necesario mencionar igualmente que el efecto térmico de este sensor puede ser peligroso para los ojos. - Cámara: En la literatura consultada sólo se hace referencia a las cámaras para que sean utilizadas por los conductores. En los casos en los que se habla de detección automática, es para decir que su coste es extremadamente alto debido a los altos requerimientos en computación y que además sufren de baja fiabilidad en algunas condiciones luminosas. - Infrarrojos: Los seres humanos emiten una radiación térmica ya que el cuerpo posee una temperatura autoregularizada de 37º C. Esta radiación es rica en infrarrojos con una longitud de onda de 10 micrones. Esta radiación es completamente absorbida por la ropa de los trabajadores, sobre todo en invierno. Además se pueden producir falsas activaciones ya que muchos otros objetos (una bombilla eléctrica por ejemplo) emiten radiaciones en la misma zona espectral que el cuerpo humano. Para temperaturas elevadas en la obra no sería útil. Además su efecto térmico también puede ser peligroso para los ojos. Al utilizarse aglomerado a alta temperatura su uso no se considera apropiado. De todo ello se pueden extraer las siguientes conclusiones: - Los ultrasonidos pueden ser un sistema aceptable de detección debido

8 a su bajo coste y facilidad de instalación. El uso de sensores de ultrasonidos de tipo industrial que presentan inmunidad al polvo o la suciedad permitirían su uso en condiciones de obra, aunque sería necesario realizar pruebas en condiciones reales. - GPS y en particular DGPS permite establecer un sistema complejo donde se puedan ubicar el conjunto de máquinas y trabajadores en la obra. Ello permitiría además identificar a los trabajadores de forma unívoca. Su capacidad de resolución, del orden del metro, haría la medida de la distancia entre la máquina y el trabajador algo difusa aunque se estima suficiente para dar un aviso de colisión y, por tanto, evitar un atropello que es el objetivo final del sistema. 4. Prueba de los sistemas de detección en laboratorio (2008) Se trata de diseñar y valorar el desarrollo de un equipo prototipo a montar en máquinas viales, a fin de advertir al conductor de la presencia de personas u objetos que puedan estar en el área de trabajo de la máquina y, por tanto, sujetos a ser atropellados por aquella. Las máquinas a las que se destinará el equipo de seguridad mencionado son: máquina para extendido y compactación de tierras y capas de firme. Dado que se trata de un sistema de seguridad, al estar en juego la vida de personas, se ha optado por un sensor por ultrasonido fabricado por una empresa líder en la fabricación de equipos de alta seguridad. Los sensores, dispuestos en la parte anterior y posterior de las máquinas, activarán el/los dispositivos que pondrán en aviso al conductor de la máquina del peligro de colisión. La detección no discrimina entre persona y objeto ya que estimamos que, primero está la seguridad del posible personal sujeto a ser atropellado, pero también deben prevenirse colisiones que pueden afectar al conductor. Se diseñó un primer prototipo y se realizaron las pruebas pertinentes. Las conclusiones a las que se llegó son las siguientes: De las pruebas realizadas hay que destacar que el sistema de detección basado en ultrasonidos resulta relativamente sencillo. Sobre el coste del sistema, a pesar de que inicialmente se evaluó como un sistema de bajo coste, el hecho de utilizar sensores de calidad industrial que tuviesen una alta inmunidad al polvo y otras condiciones externas, así como la distancia de detección de seis metros, hace que se conviertan en sistemas que ya no son tan baratos. De los datos calculados sobre el área de seguridad a determinar indica que se debe dar el aviso de seguridad, para una velocidad de trabajo normal de un máximo de 10kmh, cuando se detecte al trabajador como muy tarde a unos cuatro metros de la máquina. Como el sensor de ultrasonidos es capaz de

9 detectar hasta seis metros, en realidad el área de seguridad a proteger se reduce al área entre cuatro y seis metros de la máquina y un ancho de entre 60 cm y 80 cm de ancho para cada sensor. De las pruebas realizadas, la capacidad de detección de los sensores utilizados se reduce a los casos menos sensibles de los aportados por el fabricante lo que obliga a: - El número de sensores necesarios para cubrir el área de seguridad delante y detrás de las máquinas de conglomerado se eleve entre tres y cuatro para cada dirección. - El área cubierta por cada uno de los sensores, debido a su forma lobulada hace que se deban solapar una parte relativamente importante hacia los cuatro metros de la máquina, por lo que hay que tener mucho cuidado de evitar que existan zonas muertas de no detección en la zona de máxima resolución de los sensores, es decir, entre los cuatro y los seis metros. - No se puede ofrecer una seguridad más que relativa cuando alguien se aproxime de forma lateral en el entorno de los cuatro metros de distancia hacia la zona de peligro de avance de la máquina, ya que ofrecen una direccionalidad muy alta. De estas medidas hay que pensar en la necesidad de descartar al menos como sistema único de seguridad el basado en este sistema de sensores aunque podría servir como sistema secundario gracias a su alta capacidad de resolución de distancia y su gran capacidad de refresco de las medidas. 5. Diseño y pruebas del software de control en laboratorio (2009) El cambio en la tecnología utilizada hace necesario volver a realizar esta etapa, que se había hecho previamente con los sensores de ultrasonidos, para validar el funcionamiento y la idoneidad de la tecnología de los GPS. Durante esta etapa se seleccionaron los equipos GPS y se probaron sus características en laboratorio comprobando que nos permitían obtener las características de precisión que se necesitaban. 6. Pruebas de campo y evaluación de resultados del sistema (2009) Se realizan tres tipos de pruebas con objetivos específicos: Pruebas del sistema de comunicaciones: el hecho que la solución adoptada trabaje en la banda 2,4 GHz que gozan de gran popularidad entre los fabricantes de dispositivos , puede hace que resulte un entorno electromagnético ya en uso, por lo que habría que probar su inmunidad en un entorno de este tipo. No obstante, aunque estos dispositivos funcionen correctamente y operen dentro de los límites impuestos por las normas, existe una cierta probabilidad de que se produzcan interferencias que no sólo provocan errores de transmisión, sino que provocan un aumento del consumo y

10 que disminuya el rendimiento de la red. Así mismo, al acceso radio CSMA se le reconocen las siguientes fuentes de problemas, que deben de ser objeto de prueba: El efecto de interferencia, que importa en receptor (no en el transmisor) Problema de la estación escondida Problema de la estación expuesta A diferencia de Ethernet puede haber múltiples transmisiones simultáneas por segmento Las pruebas que planteamos son las siguientes, que pretenden obtener una correcta visión del equipo dentro de sus condiciones de trabajo: Calcular la distancia de comunicación máxima en campo abierto. Calcular la influencia de distintos cuerpos a la distancia de comunicación: - Maquinaria pesada. - Posición del cuerpo de la persona que lleva el terminal - Presencia de paredes grandes cercanas Calcular la influencia de la transmisión en medio electromagnéticamente interferente: Introducir elementos de transmisión en la banda de trabajo y verificar distancia máxima en campo abierto y tasa de transferencia. En cuanto a otras pruebas se habían previsto las siguientes descartando inicialmente su importancia relativa hasta considerar la adecuación del prototipo al objetivo perseguido. Calcular la tasa de transferencia máxima que puede alcanzarse a una distancia alta. Esta tasa de transferencia viene determinada por la comunicación del sistema Calcular la influencia de elementos: Humedad y temperatura (a temperatura de trabajo), lluvia, viento,... Esta influencia sólo se puede medir en condiciones reales de obra. En este sentido, las obras de extendido de carretera sólo se realizan cuando la temperatura exterior es elevada, suspendiéndose entre los meses de octubre a abril. Las condiciones estas pruebas de elementos externos se trasladarán al momento en que se disponga de una obra de extendido a la que se pueda acceder en condiciones agresivas de prueba. Las pruebas realizadas han sido satisfactorias y se considera el sistema como válido para los objetivos inicialmente previstos. Pruebas del sistema de posicionamiento: las distintas pruebas realizadas al sistema de posicionamiento tienen como objeto determinar las características

11 técnicas de los sensores seleccionados de acuerdo con las características del fabricante verificando las mismas y la idoneidad de la selección realizada. Las pruebas que se plantean para comprobar, son las siguientes: Calcular los errores de posicionamiento que se pueden obtener en los distintos modos de configuración del GPS, en particular - Modo 2D - Modo 3D Influencia de fuentes de interferencia de la señal. Lecturas en movimiento frente a lecturas en parado. Calidad del dato en diversas posiciones y con cuerpo del operario entre medidas Influencia de superficies reflectantes en las proximidades del receptor (edificios, vehículos, árboles, etc.) Se realizan pruebas con dos sensores diferentes y los resultados que se obtienen difieren entre ambos sensores en condiciones de interior de edificios, lo que no es aplicable a su uso en obra. Pruebas de integración Las distintas pruebas realizadas al sistema de comunicaciones tiene como objeto determinar que las comunicaciones entre el sistema de localización y el sistema de comunicación se está realizando correctamente, así como asegurar que el sistema de comunicación permite obtener el diagrama de estado global del sistema especificado en el documento de ingeniería básica. Las pruebas de integración realizadas permitían cubrir los siguientes objetivos: Comprobar la incertidumbre en la determinación de la distancia entre el Terminal de Vehículo y el Terminal de Operario en condiciones normales, sin utilizar una estación base de correcciones RTK. Comprobar la respuesta del sistema ante movimientos de la máquina y del operario. Verificar el comportamiento del sistema en un entorno real de extendido de aglomerado en carretera. En este sentido, y dado que las obras de extendido de carretera sólo se realizan cuando la temperatura exterior es elevada, suspendiéndose entre los meses de octubre a abril, estas pruebas de elementos externos se trasladarán al momento en que se disponga de una obra de extendido a la que se pueda acceder en condiciones agresivas de prueba. En las medidas realizadas se puede observar incertidumbre en la determinación de la distancia entre los terminales como ya se esperaba inicialmente.

12 La indeterminación que se ha podido observar se estima en un máximo de unos 1,5m lo que supone un error relativamente alto en las distancias que se están considerando. Esta medida sin ser suficientemente precisa para los objetivos estrictos del prototipo nos muestra que utilizando la recepción de los equipos en modo autónomo ya se obtiene una estimación suficientemente razonable que permite considerar continuar mejorando el mismo. 7. Diseño de un sistema integrable en las máquinas de obra y los trabajadores ( ) Dentro de esta etapa se integran, pues se realizan de forma paralela, las actividades definidas en la memoria de contenido como: - Estudio de tasas de detección y error en obra - Evaluación de las condiciones ambientales sobre los sensores En etapas anteriores se realizó un estudio de los requisitos del sistema y de los factores que influyen en su diseño. En las condiciones más exigentes, el entorno operativo de una tarea de compactado estaría delimitado por los siguientes parámetros: Un vial de características y dimensiones variables en función de la obra. Dos máquinas compactadoras trabajando en sentidos opuestos y alternativos (avante/atrás) y desplazándose por el eje longitudinal del vial, a una velocidad de régimen de unos 6 km/h y con una velocidad máxima de 10 km/h. Un equipo a pie de obra formado por un máximo de 20 operarios, desplazándose a una velocidad máxima de 3 km/h. Una máquina extendedora que trabaja previamente a la compactadora, con un equipo de operarios de a pie con herramienta manual para apoyo a la faena de extendido, trabajando en las proximidades de la regla. En ocasiones, la máquina compactadota y la entendedora trabajan muy próximas la una a la otra. Unas condiciones ambientales especialmente agresivas derivadas en general del trabajo a la intemperie y en particular a las altas temperaturas de extendido del aglomerado (150 ºC). Se propone el desarrollo, prototipado y prueba de un sistema automático para la detección de riesgo de atropello o accidentes de operarios por alcance de las máquinas compactadoras bajo las condiciones de entorno enumeradas en el apartado anterior, y basado en la aplicación de las tecnologías electrónicas y de telecomunicaciones más avanzadas para asegurar el aviso personalizado a todos y cada uno de los miembros del equipo de trabajo. En la figura siguiente se muestra el esquema de funcionamiento del sistema global, una vez definidos todos los elementos y parámetros del mismo:

13 Figura 1: Esquema de la solución propuesta El sistema estará basado en terminales autónomos para operarios de a pie (Terminales de operario - T.O.) y para vehículos (Terminales de vehículo - T.V.). Ambos tipos de terminales estarían basados en transmisores inalámbricos inteligentes en banda libre con receptor GPS integrado. Los receptores GPS recibirían la posición a través de un sistema basado en una constelación de satélites con la mayor exactitud en la medida de posición. Este parámetro es de la máxima relevancia, junto con el tiempo de refresco, para asegurar la viabilidad del proyecto. La determinación de ambos parámetros, exactitud en la posición y tiempo de respuesta total del sistema, resulta uno de los objetivos fundamentales del presente estudio de Ingeniería básica, ya que de los resultados obtenidos depende la viabilidad de la aplicación. Una solución viable debería garantizar que los parámetros antes mencionados presenten unas tolerancias máximas que aseguren el aviso en la totalidad de los casos y bajo cualquier circunstancia a todos los agentes implicados, excepción hecha de una interrupción en el servicio de posicionamiento GPS en cuyo caso deberán tomarse medidas automáticas excepcionales en forma de avisos de alarma, comunicando inmediatamente que el sistema no se encuentra operativo temporalmente por razones ajenas al mismo. La comunicación entre los Terminales de operario (T.O.), y los Terminales de vehículo (T.V.) utilizando una comunicación inalámbrica se realizaría por un radioenlace en banda libre, lo que implica para los protocolos más habituales un tiempo de comunicación entre terminales prácticamente despreciable con respecto al tiempo total a considerar, por lo que este aspecto seguramente no se convierta en uno de los factores más importantes ni determinantes en el planteamiento de la solución posible.

14 Una vez transmitida la información entre los T.O y los T.V, el sistema determinará si la persona se encuentra dentro de un área de riesgo previamente configurada en el mismo por los medios descritos más adelante. En caso positivo, podrá generar, dependiendo de los resultados de las pruebas en campo real, un mensaje de aviso al terminal del operario afectado, de forma que el operario pueda reaccionar con tiempo suficiente para retirarse de la trayectoria de atropello. El mecanismo de detección y seguimiento de los trabajadores puede seguir distintas estrategias dependiendo del sistema de comunicaciones empleado y de las características finales que se vayan a emplear para los terminales. El sistema deberá poder ser programado por el responsable de la obra para definir como mínimo los siguientes parámetros, relativos a la definición del área de riesgo o de la zona de seguridad: Longitud de la zona de seguridad. Alternativamente se podría indicar mediante el tiempo que se debe dar al operario para apartarse de la trayectoria de la máquina. Ancho de la zona de seguridad a la altura de máquina. Esta medida indica lo cerca que se permite acercarse al operario de forma lateral. Apertura del área de seguridad (ancho de la parte más alejada del sentido de marcha. Esto indica la capacidad de giro de la máquina y, por tanto, la posibilidad de atropello de un operario si la máquina se encuentra girando. 7. Propuesta de diseño de un sistema integrable para el terminal de Operario (2009) El Terminal de Operario debe ser un dispositivo portátil, de bajo peso y bajo consumo que puedan llevar los operarios de forma cómoda sin que interfiera con su actividad normal, y que además suponga un mecanismo de aviso eficaz cuando se detecte que el operario se encuentra en trayectoria de atropello. Para la elección de los componentes se ha tenido especialmente en cuenta las condiciones de trabajo que en cuanto a rango de temperatura significa trabajos de hasta 70ºC. Todos los componentes superan este rango de uso. El diseño final de la placa es la que aparece a continuación. Sus dimensiones reales son de 5cm x 6cm. A esta placa iría acoplado el sensor GPS AC12 de Magellan. El terminal de Operario tendrá un tamaño final aproximado de 11x13 cm, con un peso aproximado de 100gr. lo que equivale a llevar un teléfono móvil convencional ligero. Los últimos modelos de sensores que están apareciendo permitían reducir el equipo aproximadamente a la mitad.

15 Diseño del PCB de la placa del Terminal de Operario.

16 2. Ingeniería, diseño y desarrollo de un sistema de robotización e información on-line para mejorar las condiciones de seguridad en la operación de cimbra autolanzable en viaductos Esta segunda línea de investigación supone por un lado el desarrollo de un software que permita monitorizar el proceso de autolanzado desarrollado y por otro lado se realizó una maqueta a escala de la cimbra para colocar los sensores y modelizar la cimbra incorporando los datos enviados por los sensores. Describiremos por tanto las actividades realizadas en ambos sentidos: DESARROLLO DE SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN (2008) Para cumplir la normativa vigente, Manual de cimbras autolanzables de la Confederación Nacional de la Construcción, hay que realizar un registro de ciertos puntos en la cimbra autolanzable inferior. El sistema de monitorización se compone de un sistema de adquisición de datos y una serie de sensores repartidos por la CIMBRA para el registro de los puntos enumerados en el documento: CIMBRA SL-MSS realizado por la oficina técnica de central de Sacyr, que se encarga de definir las necesidades del proyecto. Sistema de adquisición de datos. Para la realización de este proyecto, se planteó en un principio qué necesidades y funcionalidades debería de cumplir el sistema de adquisición de datos. A continuación se enumeran: 1. Se planteó que el equipo que recoja los datos que se monitorizan, sea portable y no deba de estar conectado físicamente al resto del sistema, o sea, que se conecte de manera inalámbrica. 2. Se pidió que se guardara en ficheros, la trazabillidad de un lanzamiento (proceso de la cimbra), marcando temporalmente los valores a monitorizar. 3. Se pidió que se pudieran exportar al software Microsoft Excel, tablas, con los valores de cada uno de los puntos de control relacionados de manera cronológica. 4. Recepción de video de los trabajos realizados en la CIMBRA. 5. Mantenimiento y gestión simple de todo el sistema. Teniendo en cuenta que estamos en un ambiente de obra. Se realizó un estudio de proveedores, para ver qué sistema de adquisición se ajustaba mejor a dichas necesidades y nos permitiera realizar el proyecto de manera más eficiente. Además, se tuvo en cuenta que se pudieran ampliar los puntos de monitorización sin un coste relativamente alto, para futuras revisiones o mejoras.

17 Otro de los puntos que se tuvieron en cuenta a la hora de seleccionar el sistema de adquisición de datos fue, que debía recoger los valores del sensor realizado por la Universidad Alfonso X (UAX), los cuales devolvían una señal extensiométrica de puente completo, y esto nos hizo restringir mucho las posibilidades de elección. El sistema de adquisición de datos seleccionado es el siguiente: DW-DEWE B2 de la casa Dewetron. Para la implantación del sistema de adquisición de datos y debido a que nos encontramos con la problemática de los sensores de la UAX, que para recoger la señal el sistema de adquisición no debe de estar a mas de 5 metros, esto nos obligó a montar 3 subsistemas de adquisición, uno por cada pila, que debían de estar conectados entre sí para poder sincronizar las señales y que estos a su vez mandaran vía wifi los datos al equipo principal, que es desde donde se monitoriza todo. Puntos a monitorizar Debemos tener un registro de: Flecha. Se debe conocer la flecha en la punta de la nariz de la autocimbra en distintos momentos además del avance de la misma. Trazabilidad de la solución: En un principio se planteó resolver la problemática de las coordenadas x, y y z con un sistema GPS. Debido a la resolución en mm que nos solicitaban, se debía de introducir en el sistema además de los GPSs en las puntas de la nariz, una estación base que tuviera la zona cartografiada para reducir los errores y poder llegar a la precisión solicitada. Esta solución complicaba mucho el sistema, teniendo que implantar otro elemento hardware (que requería de una calibración y un mantenimiento complejo) y la realización de unos interfaces par comunicar el sistema de adquisición con la estación base GPS. Por estos motivos se empezaron a investigar otras soluciones, dando al final con la que se va a implantar. Solución: Sensor de presión sobre un circuito hidráulico que nos va a marcar la Z. Para la x utilizaremos unos pickups que se colocaran en la pila central donde se encuentra el gato de empuje. Flecha. Se miden las flechas de la cimbra antes y después del hormigonado. Se mide en la Viga principal (Main gider) en la fase de hormigonado, además de medir la bajada del apoyo en la pila. Flecha máxima -86 mm (vanos de 51 m) y flecha máxima -126 mm (vano de 55 m). Real en obra en vanos de 51 metros, 43 mm. (Valores variables propios de la configuración de la cimbra donde se instale el sistema) Trazabilidad de la solución: En un principio se planteó resolver la problemática de las deformaciones antes y después del hormigonado con un sistema láser y

18 una serie de dianas colocadas en los puntos a medir. Esta solución, que tecnológicamente era simple, necesitaba de una calibración por parte del operario muy cuidadosa y el entorno de obra provocaría el mal funcionamiento de esta solución. Solución: Ya que se ideó la solución de un circuito hidráulico, para el punto anterior, se planteo solucionar esto con otro circuito hidráulico y una serie de boyas en los puntos a medir que nos darían el valor solicitado. Reacciones. Se debe llevar un registro de las reacciones en los apoyos en las distintas fases. Cargas máximas en los brackets durante el lanzamiento (en el Launching wagon) 250 toneladas, en total de los dos apoyos de cada bracket. Trazabilidad de la solución. Se tiene claro desde el principio que en este punto se utilizaran las galgas extensiométricas de la UAX. Esto como se ha comentado en el punto del sistema de adquisición de datos, tenía un problema, el cable de conexión entre las galgas y el sistema que recepciona la señal no

19 debía de superar los 5 m. Esto nos planteo el cambiar todo el sistema de adquisición, crear tres subsistemas, etc. Solución: Galgas extensiométricas. Cargas máximas en el gato antes del hormigonado y después del hormigonado. Máximo de 750 toneladas Solución: En este punto se colocarán manómetros de presión en los gatos. - Fuerzas de gato de tiro, empuje y ripado. Tiro 40 toneladas. Ripado 5 toneladas Solución: Tanto para los gatos de tiro como para los de ripado se colocaran sendos manómetros en sus correspondientes gatos y de esta forma el sistema calculara la fuerza ejercida. Fuerza del viento. Se debe medir la fuerza del viento mediante un anemómetro (recomendaciones de la comisión de cimbras del SEOPAN). Avance de la cimbra. Se debe medir cuánto se ha avanzado en cada momento la cimbra y la flecha de la punta en cada punto. Comprobando que nunca un cuchillo avanza mas que el otro. Movimiento transversal de la cimbra en el bracket. Trazabilidad de la solución: En un principio se planteo resolver con un sistema láser, pero como se ha comentado en los puntos anteriores su mantenimiento y calibración son complejos para el ambiente de una obra. Se pasó también por una solución de ultrasonidos, pero al final se decide montar un transductor de posición por cable. Solución: Transductor de posición por cable.

20 Estos puntos se mecanizan mediante un sistema de sensores y sistemas láser para después mediante un programa informático obtener los datos y rangos validos de las distintas variables. ESTUDIO DE VIENTO. CONSTRUCCIÓN DE MAQUETAS Y MONITORIZACIÓN DE LA CIMBRA (2008) En la construcción de puentes de carretera mediante el proceso del autolanzado de cimbra puede existir peligro de vuelco de dicha estructura si el proceso de lanzado es defectuoso o la acción del viento es importante. Un posible vuelco de dicha estructura supone un riesgo evidente para las vidas humanas que trabajan en esta zona. Se plantea como objetivo evaluar la carga en los soportes del conjunto llamado Launching wagon que soporta la cimbra durante el proceso del autolanzado; dicha carga, en caso de que su valor sea muy diferente al valor nominal, es un indicativo de posible riesgo de vuelco de la estructura. Estos trabajos se han realizado con la Universidad Alfonso X el Sabio. El trabajo realizado contiene una fase experimental y una fase analítica: Fase Experimental Las actividades realizadas, de forma resumida son: 1 Fabricación de prototipo de los soportes del Launching Wagon. El objetivo es el siguiente: - Reproducir la base, el apoyo, el eje y el balancín, cuyo eje es de 150 mm de diámetro. - Reproducir la base, el apoyo, el eje y el balancín, cuyo eje es de 100 mm de diámetro.

21 2 Instrumentación de los prototipos con galgas extensométricas. Objetivo: Selección del instrumento a utilizar (galgas extensométricas) Correcta colocación de galgas extensométricas adecuadas Conexión con el equipo de medida Correcta medidas de cada una de las galgas Prototipo del Soporte (apoyo 150 mm) montado e instrumentado

22 Prototipo del Soporte (apoyo 150 mm) desmontado e instrumentado Prototipo del Soporte (apoyo 150 mm) donde se aprecia la instrumentación. Vista en 3D 3 Puesta a punto del equipo de medida. Objetivo: Programar el software de registro de datos (CATMAN) Verificar conexiones de cada una de las galgas 4 Puesta a punto de la máquina de compresión. Objetivo: Programar el software de la máquina de carga Selección de los platos a utilizar

23 Establecer las medidas de seguridad necesarias en los ensayos 5 Protocolo de ensayos de los prototipos instrumentados. Objetivo: Determinar los ensayos a realizar en cada prototipo Toma de datos y generación de tabla de valores de cada galga instalada 6 Análisis de los resultados obtenidos. Objetivo: Validación de la instrumentación seleccionada Validación del procedimiento de medida Fase analítica: Elaboración de un modelo matemático mediante el método de los elementos finitos (F.E.M.) de los soportes del Launching Wagon. A partir de los planos de los soportes del Launching Wagon suministrados por Sacyr, la Universidad Alfonso X se encargó de realizar los modelos matemáticos (F.E.M.): definición de la geometría, propiedades del material, tipo de elemento y mallado (a ser posible con hexaedros). Instalación de equipos en obra Tanto la instalación de los equipos en obra, como las pruebas posteriores de comprobación del correcto funcionamiento están suponiendo un nuevo handicap para el desarrollo del proyecto conforme cronograma, pues obviamente resulta necesario disponer de una obra que disponga de viaductos, que estos requieran el empleo de cimbra autolanzable y que su construcción se dé en tiempo y forma con el desarrollo del proyecto.

24 Actualmente, dejando al margen el volumen de obra paralizada o cancelada por el reciente recorte de obra por parte del Ministerio de Fomento, como promotor de grandes obras, disponemos de muy pocas obras que requieran el empleo de cimbra durante su ejecución. Se tenía prevista la instalación de los equipos en una obra de Sacyr, concretamente en uno de los Viaductos del proyecto de plataforma del corredor Norte-Noroeste de Alta Velocidad. Eje: Ourense-Santiago. Tramo: Ourense- Lalín. Subtramos: Carballiño-O Irixo y O Irixo-Lalín. Los ajustados plazos a los que debíamos ceñirnos para acabar en un plazo que permitiera la instalación del sistema a desarrollar, la complejidad de los objetivos marcados, la integración de los sistemas y el desarrollo de los diversos ensayos de laboratorio no permitieron disponer del sistema hasta fechas posteriores a la finalización de dicha estructura. La siguiente obra prevista fue un tramo de LAV, en Orihuela, que también disponía de un viaducto de gran longitud, a ejecutar con cimbra autolanzable, pero dicho tramo ha sufrido retrasos, paralizaciones y una modificación reciente que implica un cambio de tipología del viaducto. Así que hemos tenido que decidir implementarlo en una obra ya iniciada, también un tramo de LAV de la Y vasca, en Mondragón, aprovechando una paralización técnica por modificación de la cimentación de unas pilas. Se prevé, una vez aprobada la modificación del proyecto en curso, la reanudación del tablero con cimbra autolanzable en los próximos meses, lo que permitirá implementar y probar todo el sistema Desde el departamento estamos deseosos de poder instalar dichos equipos en el viaducto, por lo que emplazamos la ejecución de las citadas pruebas durante el primer semestre del año. Pruebas de funcionamiento Igual que en el caso anterior, las pruebas de funcionamiento se encuentran supeditadas a la próxima ejecución del viaducto por medio de la cimbra donde instalaremos los equipos desarrollados, previsto para el primer semestre del año.

25 RESULTADOS: En la primera línea de trabajo Diseño y desarrollo de un sistema de detección y alarma para evitar los atropellos en las obras de construcción se comenzó con un estudio de las tecnologías de detección disponibles y se seleccionó la de ultrasonidos por sus ventajas en los entornos operativos de aplicación. Sin embargo, después de los primeros diseños y pruebas, los resultados hicieron que nos replanteáramos de nuevo la solución adoptada y se modificó la tecnología a emplear optando por diseñar un sistema prototipo basado en sensores GPS diferencial. Se diseñó un nuevo sistema prototipo y se realizaron las pruebas en laboratorio obteniéndose resultados satisfactorios. Posteriormente se realizaron las pruebas en campo para comprobar la validez y fiabilidad del sistema. En la segunda línea de investigación Ingeniería, diseño y desarrollo de un sistema de robotización e información on-line para mejorar las condiciones de seguridad en la operación de cimbra autolanzable en viaductos se han alcanzado los resultados esperados con los primeros diseños y el primer sistema prototipo, no siendo necesario realizar modificaciones importantes más allá de los reajusteslógicos en este tipo de proyectos. UTILIDAD PRÁCTICA DE LOS RESULTADOS EN RELACIÓN CON LA PREVENCIÓN DE RIESGOS LABORALES: La utilidad básica de la ejecución del proyecto es fundamentalmente la de reducir la siniestralidad en la construcción. Para la propuesta de Diseño y desarrollo de un sistema de detección y alarma (interacción chaleco máquina) su utilidad fundamental es reducir o eliminar el número de accidentes causados por el atropello de maquinaria para el extendido y compactación de tierras y capas de firme. Por tanto, su utilidad fundamental es avisar al trabajador que está en peligro de accidente, por su situación y al operador de la maquinaria que hay un trabajador que puede tener un accidente, por estar dentro del radio de acción de la máquina. Para la propuesta Ingeniería, diseño y desarrollo de un sistema de robotización e información on line en la operación de cimbra autolanzable en viaductos, su utilidad fundamental es reducir el riesgo de accidente laboral y aumenta la seguridad de las personas involucradas en el proceso de lanzado de cimbras. Este sistema permite al operario encargado del control saber continuamente, el instante en que se encuentra el lanzado y el estado de las operaciones manuales que se están realizando, así como detener el lanzamiento cuando no se cumplan algunos de los pasos del protocolo establecido.

26 CONCLUSIONES FINALES Y POSIBLES RECOMENDACIONES: En ambas líneas de investigación se han obtenido resultados satisfactorios y completamente aplicables al aumento de la seguridad laboral en todas las obras del grupo Sacyr Vallehermoso. En el caso del diseño de un sistema de detección y alarma para evitar atropellos, se ha conseguido un sistema prototipo fiable. Como resultado de las pruebas realizadas hay que tener encuentra lo siguiente: Hay que definir con sumo cuidado el ancho del área de seguridad que se establece a la altura de la máquina. En realidad hay que tener en cuenta que dicho área de seguridad se establece desde la antena hacia delante. Para una máquina de 2m de ancho se estima un mínimo de ancho del área de seguridad de 5m. Hay que establecer con cuidado el tiempo que se debe ofrecer al operario para reaccionar una vez detectado que se encuentra en zona de riesgo. Teniendo en cuenta lo observado en las pruebas de campo debería ser superior a los 5s. Se considera éste un tiempo mínimo de respuesta que se debe dejar al operario. En la línea de trabajo de la monitorización de cimbras autolanzables, se ha desarrollado un primer prototipo, se han realizado ensayos y pruebas y sacado las siguientes conclusiones de esta fase experimental: - Validez de la utilización de las galgas de extensometría colocadas sobre las paredes de la base de los bulones para la obtención de la fuerza vertical soportada por cada apoyo - Selección del número, posición y orientación de cada una de las galgas necesarias - Extrapolación en tamaño de las galgas para su utilización en la pieza real - Consideraciones necesarias en el cambio de sistema de medida debido a las distancias reales no se podrá disponer de una conexión directa entre instrumento y equipo de registro en obra - Importancia en la precisión obtenida en la fabricación de los prototipos, colocación de los instrumentos de medida y repetitividad de la fuerza aplicada por la máquina, respecto a la escala utilizada (1:25 para las áreas) - Limitación del número de canales (número de galgas) disponibles en las piezas reales por parte de SACYR, obligando a reducir la instrumentación en obra reduciendo la fiabilidad de la medida, aunque siendo asumida por el 20% de error permitido en el valor de la fuerza soportada por cada apoyo.