BRIM: BRIDGE INFORMATION MODELING NUEVA TECNOLOGIA PARA EL ANÁLISIS, DISEÑO Y MANTENIMIENTO DE PUENTES. Ing. Alexander Mabrich, PE, MSc.

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1 BRIM: BRIDGE INFORMATION MODELING NUEVA TECNOLOGIA PARA EL ANÁLISIS, DISEÑO Y MANTENIMIENTO DE PUENTES Ing. Alexander Mabrich, PE, MSc. RESUMEN El avance tecnológico logrado a través de las computadoras y los diferentes programas o aplicaciones disponibles para el análisis y diseño de estructuras en general y en nuestro caso específico para puentes enfrentan un obstáculo difícil de vencer: Compartir la información. Un proyecto de puentes involucra diferentes disciplinas de ingeniería, desde su implantación y localización de la estructura, diseño estructural, detalle y producción de planos, mantenimiento y rehabilitación. La información electrónica generada por estas disciplinas debiendo ser compartida, no lo es debido a que nuestras aplicaciones de cómputo no consideran este requisito. El principal objetivo de este trabajo es de mostrar la nueva tecnología BrIM para el diseño de puentes y sus aplicaciones para proyectos de cualquier envergadura. ABSTRACT The technological progress achieved through computers and different programs or applications available for analysis and design of structures in general, and in our specific case for bridges face a difficult obstacle to overcome: Sharing of Information. A bridge project involves different disciplines of engineering: type and location of the structure, structural design, detail and drawing production, maintenance and rehabilitation. The electronic information generated by these disciplines must be shared, it is not because our computer applications do not consider this requirement. The main objective of this work is to show the new BrIM technology to bridge design and its applications for projects of any size. Introducción BRIM por Bridge Information Modeling es un concepto propuesto por el Dr. Stuart Chen de la Universidad de Nueva York Buffalo. Básicamente, propone el mismo sistema de trabajo aplicado para edificaciones (BIM), pero para puentes. No es solamente la modelación tridimensional de las estructuras, pero la necesidad de que todas las aplicaciones de cómputo relacionadas a puentes hablen entre ellas y se puede efectuar un verdadero intercambio de información. El concepto BrIM es el mismo utilizado en el área de edificaciones como BIM. Dentro de los Estados Unidos de América, BIM ha sido adoptado por alrededor del 80% de las grandes firmas de arquitectura e ingeniería. (Kanneganti et al, 2010). Como por ejemplo, podemos citar al Texas Facilities Comission el cual exige el uso de BIM para el diseño y construcción de edificios públicos y que ha reportado un incremento de la productividad entre el 40 y 50% y una reducción de las ordenes de cambio del alrededor del 10% y beneficios en la simulación virtual de la construcción. Es por eso, el esfuerzo que se está haciendo en llevar esta misma experiencia pero para el área de puentes. 1

2 XIX Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta, Jalisco, 2014 Figura 1. Ciclo de Vida BrIM La construcción de puentes es actualmente una de las pocas industrias que ejecuta proyectos de tres dimensiones basados exclusivamente en dibujos en dos dimensiones mientras que otras (edificaciones, automóviles, aeroespacial, etc.) ya han adoptado el concepto de 3D reportando reducción de costos, plazos de ejecución más cortos y un incremento sustancial en la calidad de los proyectos. Muchas empresas privadas de software han enfocado sus programas en la adopción del concepto BrIM. Cabe destacar que dentro de este concepto todavía no hay una uniformidad o estándar de cómo interpretar esta solución y cómo enfocar su implementación en el mercado. Son muy pocas las empresas de software que pueden ofrecer una solución integrada de ingeniería, ya que su rama de especialización no cubre todas las ramas de ésta: algunas están enfocadas en el diseño estructural, otras en el diseño de carreteras, y otras en topografía y mapeo. Lo que de verdad se necesita, y muy pocas empresas son capaces de enfrentar este reto es de que las soluciones existentes para ingeniería de carreteras, diseño estructural, producción de planos, inspección y mantenimiento de puentes sean conectadas logrando un verdadero intercambio de información en tiempo real. Transferencia de Información Un proyecto de puentes no solo involucra el cálculo estructural en sí, pero su definición e implantación geométrica, su análisis estructural, producción de planos finales y de detalles, cuantificación del refuerzo de acero, construcción, mantenimiento, inspección y rehabilitación. Lamentablemente, la información electrónica generada por cada especialidad no es tomada en cuenta, y es recreada o copiada dando lugar a posibles errores o fatales omisiones. Más aun esta situación se complica debido a la departamentalización del trabajo de ingeniería, en el cual la división del trabajo por especialidades (carreteras, puentes, drenaje, geotecnia, etc.) y sus correspondientes implicancias de responsabilidad legal hace que sea muy difícil el compartir información. Entonces, deberíamos estar pensando en una reorganización de los grupos de trabajo, personal y procesos de ingeniería. La idea de BRIM es conectar toda la data relacionada al puente a través de la reingeniería de los programas usados, para que esta información electrónica sea compartida en tiempo real. Ejemplo: el ingeniero de puentes podría cargar la geometría del alineamiento, rasante y peraltes de la sección de puente propuesta por el ingeniero de carreteras en su programa estructural. Si el diseño no pasara la misma información regresaría al ingeniero de carreteras para quizás, un ajuste geométrico, nuevamente al ingeniero estructural y así finalizar su cálculo. Luego los cálculos de áreas de acero del puente serían enviados al programa de detallado y haciendo uso de una plataforma de dibujo CADD se generarían los planos apropiados. Pero si por alguna razón es necesario revisar los cálculos de diseño y actualizar las cantidades de acero, esta información sería enviada nuevamente al programa de detallado y redibujada automáticamente.

3 Podemos enumerar muchas ventajas al automatizar nuestra transferencia de información y generar modelos 3D: - Un modelo en 3D permite modelos paramétricos que reaccionan rápidamente a cualquier cambio en el diseño. - El modelo 3D es el repositorio de toda la información, los planos son solo reportes. - La coordinación entre los diferentes equipos de trabajo es automática al ser el modelo 3D la única y veraz fuente de información. - Verificación automática de conflictos y posibles errores a prevenir durante la construcción. - Posible soporte a actividades de producción automatizada como el doblado y cortes de barras de acero, planchas de acero para vigas, etc. Debemos no solamente enumerar los beneficios de esta práctica, pero también a los retos que las empresas de ingeniería tendrán que enfrentar durante la adopción del concepto BrIM y su posterior manejo de la transferencia de información:. - Costos de nuevos programas. Se necesitará la adquisición de nuevas soluciones que trabajen mejor conectándose unas a otras, - Reconfiguración de los equipos de trabajo, ya que las prácticas de diseño aisladas por campos de acción cambiarán. - Contratar personal calificado y entrenado. A la par con la automatización de las actividades de diseño, se necesitarán contar con profesionales altamente capacitados que puedan manipular todas la soluciones necesarias, y debido a su experiencia sepan cono coordinar con otras disciplinas. - Pérdida inicial de la productividad. Instaurar nuevos procesos y métodos de trabajo derivarán en una pérdida inicial de la productividad pero que será rápidamente recuperada e incrementado conforme estos nuevos procesos se hagan parte del flujo de trabajo. Figura 2. Diagrama de Flujo Ciclo de Vida de un Puente La industria de la ingeniería tiene que definir claramente que representa el verdadero ciclo de vida de un puente. Se propone que este ciclo empieza con la fase planeamiento y diseño de ingeniería de carreteras y continúe a través del modelamiento en 3D de la estructura, análisis y diseño estructural, producción de documentos de construcción, y finalizando con las fases de operación y mantenimiento. 3

4 XIX Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta, Jalisco, 2014 En promedio, podemos decir que se usan entre seis a siete soluciones de software diferentes, pero la transferencia de información entre una fase y otras es típicamente un proceso manual. A pesar de que computadores muy avanzados y otros aditamentos electrónicos son usados en casi todas las fases de este ciclo de vida, el movimiento de la información es lento y dificultoso. Dentro de este ciclo de vida del puente, debemos reconocer también que la mayor dificultad que se tiene es de sobrepasar la brecha que existe entre la información analítica, el modelo físico y la actual producción de planos de detalle de la estructura (Janjic y Love, 2010). Los programas de análisis toman ciertas libertades al modelar la estructura y crear un modelo tridimensional, pero éste no se puede plasmar directamente en los planos de detalle. Ejemplo: calculamos áreas de acero de refuerzo, pero no sabemos si esta área podrá ser representada y localizada apropiadamente en la estructura con el adecuado número de barras, longitudes desarrollo, traslape, etc. Estado del Arte FHWA o la Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos de América está proponiendo el concepto BRIM dentro de las diferentes agencias de transportes de la Unión Americana. El proyecto BrIM de la FHWA: Integrated Bridge Project Delivery and Life Cycle Management (Shirole, 2008) ha convocado a las compañías más importantes de software para puentes y los ha invitado a conectar sus soluciones para un proyecto de puentes de concreto y otro de acero. Este proyecto enfrenta el reto de conectar programas de cómputo muy disímiles en su arquitectura de programación, bases de datos utilizadas, y carencia de conexión entre ellas. Se prepararon programas de interfaz entre ellos, traductores si podemos llamarlos así, pero el flujo de información no era tan eficiente como el de utilizar una misma plataforma de almacenamiento para los datos de la estructura. Figura 3. Diseño Estructural con Verificación Geométrica Inspección y Mantenimiento Una parte vital del ciclo de vida de un puente es su posterior mantenimiento y posibles reparaciones que necesite. Esto sólo se puede lograr a través de un sistema de inspección de puentes que nos permita recolectar en su primera fase, la información de diseño y construcción pero luego nos permita también hacer un seguimiento dentro del tiempo de servicio del puente y que sirva como herramienta para futuras toma de decisiones.

5 Dentro del concepto BrIM esto se debe lograr desde la fase geométrica inicial, y luego toda la información inteligente del puente: geometría, análisis estructural, refuerzo de acero es almacenada en una plataforma común, y que al terminar la fase de diseño es publicada en un modelo inteligente con atributo de sólo lectura para luego ser utilizada para los trabajos de inspección y mantenimiento. BrIM incorpora también los últimos avances en tecnología móvil. Las aplicaciones para tabletas electrónicas y smartphones están siendo desarrolladas para llevar la información de gabinete al campo en tiempo real y así facilitar la toma de decisiones. La integración con plataformas móviles permite la sincronización del modelo 3D y planos de diseño aun cuando no haya conexión directa con los servidores de la empresa consultora. Figura 4. Inspección y Mantenimiento en Plataforma Móvil Caso de Estudio: Tennessee Department of Transportation El Departamento de Transportes de Tennessee (TDOT) en su división de estructuras diseña y dibuja los correspondientes planos para sus proyectos de puentes, en su mayoría de vigas de concreto pretensadas. Como parte de este proceso, los ingenieros calculan la estructura utilizando programas de cómputo de desarrollo propio y con el cual dimensionan el puente y generan las tablas de refuerzo de acero y sus correspondientes cantidades de obra. Luego, esta información es entregada a los dibujantes y detallistas que a través de programas de CADD generan los planos de la estructura. Este proceso es netamente manual, y cambios posteriores en el diseño exigen la verificación por parte de los ingenieros, ajustes en el dibujo y posterior revisión de estos por los ingenieros. Se hacía imperativa una automatización de los procesos para evitar este tedioso flujo de trabajo con sus consecuentes errores u omisiones. Se vio la necesidad de adoptar el concepto BrIM para el diseño y generación de planos de las estructuras de puentes típicas del Estado de Tennessee. Como solución de diseño se utilizó el programa de Bentley, LEAP Bridge con sus módulos CONSPAN (diseño de vigas de concreto pretensadas) y RCPIER (diseño de subestructura de puentes). LEAP Bridge permitió a los ingenieros de estructuras una conexión directa con la geometría de la carretera: eje, rasante y peraltes para poder así iniciar el diseño del puente evitando el ingreso de la información manualmente. Luego de ejecutar el diseño, la generación de planos preliminares se hizo a través del mismo programa de diseño estructural el cual Bentley adecuo para satisfacer los requisitos de presentación de planos de TDOT. Si ocurría algún cambio en el diseño, el módulo de generación de dibujos solo actualiza los planos que eran afectados por estos cambios. 5

6 XIX Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta, Jalisco, 2014 Figura 5. Planos Preliminares Generados Automáticamente bajo los Requerimientos de Tennessee Department of Transportation Conclusiones BRIM es un concepto que está revolucionando la manera de como los ingenieros nos abocamos a un proyecto de puentes. La estructura ya no es sólo un concepto de diseño que se termina al entregar los planos finales, sino un ente dinámico que requiere de la atención de múltiples disciplinas de ingeniería trabajando coordinadamente durante el ciclo de vida del puente. REFERENCIAS Janjic D., Love R.A., (2008). Bridge Information Modeling - Approach for Improving Safety and Serviceability, IABSE Conference, Chicago, USA. Kanneganti, S., Willoughby, S,Bhide,S. (2010). Leveraging Bridge Information Modeling (BrIM) to increase productivity in the Bridge Lifecycle, 8th International Short and Medium Span Bridges Conference, Niagara Falls, Canada. Shirole, A. (2008) Integrated Bridge Project Delivery and Life Cycle Management. FHWA Project: DTFH61-06-D AASHTO SCOBS Annual Meeting. USA.