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Los drones y sus aplicaciones en ingeniería civil: actualidad y retos

Los drones y sus aplicaciones en ingeniería civil: actualidad y retos

Los drones son herramientas polivalentes que permiten múltiples tipos de sensores y cargas de pago (LIDAR, cámara IR) permitiendo alcanzar y registrar datos desde distintas perspectivas. Además, este tipo de aeronaves no tripuladas permiten mejoras en la  resolución temporal y espacial de la información capturada. Debido a ello, el uso de los drones plantea ventajas para la monitorización y análisis de obra civil, ingeniería medioambiental e hidráulica, entre otras. Veamos cuáles son las aplicaciones de los drones en ingeniería civil en la actualidad y los retos de futuro. 

Índice de contenidos

¿Cuándo comenzó el uso de drones en inspecciones técnicas en España?

La primera legislación sobre el uso de drones en España se aprobó en 2014, por lo que la aparición de los drones en España y su implementación para uso profesional se remonta a unos 10 años atrás. Sin embargo, en los últimos 5 años fue cuando tuvo lugar la mejora en los sistemas y el avance tecnológico, tanto en aeronaves como en sensores que ha provocado que los drones sean indispensables en muchos ámbitos técnicos, especialmente en agricultura, topografía e inspecciones técnicas, según Carlos Puig Mengual, Doctor en Ingeniería del Agua y Medioambiental por la Universidad Politécnica de Valencia e instructor responsable de formación específica con drones en Aerocamaras.  

Aplicaciones de los drones en ingeniería civil

Actualmente en España, tanto grandes empresas como pequeños profesionales, están integrando el uso de esta tecnología en múltiples ámbitos siendo de gran eficiencia en  volumetría de grandes extensiones, deformaciones en infraestructuras o simplemente en la monitorización de construcciones y desarrollo de obras. Estos son sus usos principales. 

Inspecciones de viaductos y puentes con drones

El uso de drones para inspecciones de viaductos y puentes, tanto de carreteras como de la red ferroviaria, permite obtener imágenes de alta calidad para revisar de forma detallada la infraestructura alcanzando zonas complejas y minimizando el riesgo humano. 

Para estos trabajos se usan drones equipados con cámaras HD y zoom para una primera inspección visual y un UAS con cámara termográfica que detecta los puntos críticos, dañados o con grietas a través de los puntos de calor. 

El Ministerio de Fomento de España ya decretó el uso de drones para inspecciones periódicas de viaductos, puentes y carreteras en el Plan Estratégico para el desarrollo del sector civil de los drones en España de 2019-2021. Además, la península ibérica cuenta con 15.660 km de red ferroviaria con cerca de 1.400 puentes de ferrocarril de una altitud superior a los 25 metros. Todo ello debe ser revisado periódicamente. 

aplicaciones de drones en ingenieria civil - curso de drones
Una inspección técnica de viaducto ferroviario con drones.

Levantamientos topográficos

Los equipos de drones que se utilizan en levantamientos topográficos permiten capturar datos con precisión centimétrica para tareas de topografía, cartografía y navegación, mapas para gestión catastral, etc. 

Los UAS equipados con LIDAR obtienen datos para el desarrollo del modelo digital de elevaciones, que es el término general que engloba tanto los modelos digitales del terreno (MDT) como los modelos digitales de superficie (MDS). Estos son la base para la obtención de ortoimágenes que sirven para el cálculo de volúmenes de canteras y vertederos, la reconstrucción 3D georreferenciada de infraestructuras y monitorización de obras civiles.

Seguimiento y monitorización de obras 

Los drones permiten realizar la planificación previa a la construcción con un levantamiento topográfico, monitorización en remoto de la construcción y la disponibilidad de datos multiplataforma para la toma de decisiones al instante Los datos obtenidos por los UAS pueden enviarse a aplicaciones de software propias de las construcciones. Por ejemplo, existe la posibilidad de que los datos almacenados en CAD o Google Earth se puedan exportar a la planificación de vuelo del dron. 

El UAS realiza la ruta establecida previamente con un software específico, como por ejemplo Pix4D, captando diferentes puntos que se pueden utilizar en CAD para generar imágenes 3D, curvas de nivel, características de la superficie, documentación y volumetría para cálculos de movimientos de tierra. Por lo tanto, los drones también suponen una herramienta de apoyo para detectar posibles riesgos de derrumbe. 

Inspecciones de naves industriales y edificaciones

Los elementos comunes que normalmente se inspeccionan con drones son la estructura, fachada, cubierta, instalaciones de abastecimiento y distribución de agua y evacuación de edificaciones. Las cámaras aéreas equipadas con zoom óptico de 40 aumentos y RGB permiten la inspección visual de la presencia de grietas y/o fisuras en muros, tabiques y forjados, posibles desprendimientos de revestimientos verticales u horizontales, de chapados y alicatados de fachada, visualización de las tejas y de sus elementos de soporte, cumbreras, estado de canalones, etc. 

Por su parte, las cámaras termográficas radiométricas de los drones detectan problemas de aislamiento y fugas de calor imposibles de detectar a simple vista. 

Otras aplicaciones de drones en ingeniería industrial e hidráulica

Otras de las aplicaciones de los drones son la exploración de galerías de minas, túneles y en general lugares de difícil acceso para detectar posibles daños estructurales y riesgo de derrumbe. La base del funcionamiento de sus cámaras termográficas es la radiación infrarroja que los objetos emiten, que es mayor cuanto más calientes se encuentren. Los UAS pueden incorporar sensores tan precisos que incluso captan diferencias de décimas de grado centígrado. Se caracterizan por detectar y analizar fuentes de calor en plena oscuridad, incluso a través de humo, polvo o niebla

También se utilizan para:

  • Seguimiento de derrumbes de edificios o catástrofes con la revisión posterior de las estructuras.  
  • La reconstrucción 3D de edificios o ciudades con drones. Para ello se requiere un plan de adquisición de imágenes específico, dividido en 2 fases. Generalmente se realiza un primer vuelo alrededor de la construcción con la cámara a 45º y un segundo vuelo aumentando la altura y con la cámara a 30°. En cuanto al número de fotografías, se recomienda tomar una imagen cada 5-10 grados para asegurar suficiente solape. 
Imagen térmica obtenida por un dron de Aerocamaras durante la inspección de una refinería.
  • Inspección de refinerías. El uso de los drones para este trabajo minimiza los riesgos humanos y detecta puntos de fuga en menos tiempo que los medios tradicionales.
  • Restauración y mantenimiento de Patrimonio. Los drones se usan ya para inspecciones de inmuebles patrimoniales y recreaciones virtuales de monumentos con mapas cartográficos en 2D y 3D de gran precisión. 

Casos de éxito en la aplicación de los drones en ingeniería civil

A pesar de que el sector de la ingeniería tiene una joven historia en cuanto al uso de drones en España, ya se han registrado casos de El equipo de pilotos especializados de Aerocamaras han realizado en 2022 la inspección de 50 puentes, viaductos y otras infraestructuras críticas en Puerto Rico con los resultados de informes detallados sobre las anomalías detectadas. 

Recientemente, el Centro Avanzado de Tecnologías Aeroespaciales (Catec), Ferrovial y la Universidad de Sevilla lideran el proyecto europeo Piloting para la inspección de puentes, viaductos y refinerías con drones. 

En 2018, se llevó a cabo el proyecto “Aplicación RPAS para el Análisis y Evaluación de Correcciones Hidrológicas en la Laguna del Cañizar de Teruel” con la realización de levantamiento topográfico que permitió obtener un grado de detalle y precisión del terreno nunca alcanzados previamente y sirvió de apoyo para la redacción de un plan de gestión de la laguna. 

También se inspeccionó con drones el muro de la presa y del desagüe de Soria en el mismo año, y se realizó una inspección de instalaciones hidráulicas en Gran Canaria con éxito, donde los UAS obtuvieron imágenes que permitieron la toma de decisiones menos peligrosas para su ejecución y optimización de resultados. 

¿Qué dice la legislación actual para el uso de drones en ingeniería civil?

Para el uso de drones en trabajos de ingeniería civil hay que tener en cuenta dos aspectos fundamentales: los modelos multirrotor que se usan para estas tareas tiene una MTOW superior a 250 gr, por lo que es necesario estar acreditado como piloto, y se trata de un uso profesional, por lo que es necesario registrarse como operador ante AESA y tener un seguro de responsabilidad civil.

La certificación oficial piloto de drones en STS, habilita para volar en categoría específica y UAS de las clases desde C0 a C6, por lo tanto con dicha habilitación se podrían realizar trabajos relacionados con ingeniería en todo el territorio español y europeo. 

Además de todo ello, el trabajo de inspecciones de grandes obras o edificios puede que precise de autorizaciones adicionales por parte de AESA y ENAIRE en caso de tratarse de zonas CTR, núcleos poblacionales; o zonas restringidas al vuelo fotográfico (RVF), para las que se precisa una autorización del Ministerio de Defensa; o zona ZEPA, previa autorización de MITECO. Dichas restricciones pueden consultarse en el mapa de ENAIRE drones

La normativa actual de AESA indica que no se debe sobrevolar sobre personas no autorizadas, acotar la zona de vuelo, y el dron debe tener un dispositivo de mitigación de impacto (paracaídas) y luz intermitente verde en el caso de vuelos nocturnos.

En los últimos años, la introducción de la tecnología UAS como un método remoto no destructivo adicional para las inspecciones de infraestructuras está atrayendo cada vez más el interés de las autoridades de transporte estatales y locales de gobiernos europeos y americanos. Según el European Drones Outlook Study publicado por SESAR se espera que el mercado y la capacidad de los UAS se expandan rápidamente hasta 2050 con un impacto y beneficio significativos en varias aplicaciones relacionadas con la ingeniería civil. La mejora de la calidad de las inspecciones, junto con metodologías más adecuadas, sostenibles y eficientes, permitirá recopilar datos cruciales necesarios para la toma de decisiones aumentando así la resiliencia de la red de infraestructuras

aplicaciones de los drones en ingeniería civil M30T- curso de drones
El dron M30T utilizado en trabajos de inspecciones técnicas y fotogrametría.

En el futuro, se espera el desarrollo de más modelos de UAS con otro tipo de mitigaciones aún más avanzadas que las actuales con la combinación de IA, para detectar otras aeronaves no tripuladas. Un ejemplo de ello, es el dron M30T, un UAS adecuado para trabajos de inspecciones y topografía. 

Asimismo, el proyecto U-SPACE prevé lograr la integración segura y gestión automatizada de los UAS para permitir un elevado número de operaciones, especialmente en el espacio aéreo de baja altitud, y en entornos urbanos (UAM). 

¿Cuál es el perfil idóneo para trabajar con drones en ingeniería civil?

Carlos Puig Mengual afirma que las capacidades de resolución de problemas y la proyección de integración de actividades en múltiples ámbitos que se plantea para la actividad de un ingeniero convierten a los drones como una herramienta y función imprescindible para este perfil profesional”.

Si bien es cierto que el perfil de un ingeniero es idóneo para trabajos de inspecciones con drones en obras civiles, la formación especializada en drones también es adecuada para arquitectos, delineantes, técnicos superiores en proyectos de obra civil o pilotos de RPAS con experiencia profesional que deseen trabajar en el sector. 

 

En Aerocamaras ofertamos los cursos profesionales de pilotos de drones en inspecciones técnicas y topografía y fotogrametría con drones, enfocados a trabajos relacionados con el uso de drones en el campo de la ingeniería civil

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