Modelado y simulación de hormigón proyectado para su uso en aplicaciones de entrenamiento en tiempo real

Resumen

La formación de operarios de maquinaría de proyección de hormigón es una labor que tradicionalmente se ha llevado a cabo a través del manejo de maquinaria real en obra, entrañando esta operación elevados costes de aprendizaje y de presupuesto, además del riesgo implícito de la misma. Estos problemas pueden minimizarse utilizando herramientas innovadoras, como son los simuladores de entrenamiento. Los simuladores proveen de ventajas significativas en la formación de operarios, como el ahorro económico, los beneficios formativos, y la ausencia casi por completo de riesgos de seguridad y de impacto ambiental. El mayor reto en el desarrollo de un simulador de entrenamiento para maquinaría de proyección de hormigón recae en el modelado del hormigón proyectado. En la presente tesis se propone un novedoso método que modela y simula en tiempo real los fenómenos principales que definen el comportamiento del hormigón proyectado: adhesión, cohesión y rechazo. Además, el método consta de otros modelos que hacen posible proyectar sobre elementos de soporte adicionales, evitan que existan zonas de acumulación inestables en la capa de hormigón, y consiguen una capa final sin picos o aristas independientemente de las condiciones de proyección. El método propuesto ha sido implementado con éxito en un nuevo simulador de entrenamiento en tiempo real. La mayor parte de los algoritmos fueron paralelizados e implementados en la GPU. Gracias a esta estrategia se consiguieron reducir el tiempo de ejecución total y la carga computacional de la CPU, dejando a la CPU libre para otros cálculos necesarios en el simulador. Durante el desarrollo del método de modelado y simulación, se ha seguido una metodología de trabajo centrada en el usuario. En las metodologías centradas en el usuario los usuarios finales tienen una influencia importante en el proceso de diseño. En este caso, el usuario final ha sido representado por un comité de expertos de un centro de formación específico. La metodología de trabajo ha resultado exitosa, tal y como lo indican los resultados obtenidos en un estudio realizado entre alumnos reales del simulador, donde se concluye que el método de modelado y simulación desarrollado satisface las necesidades de formación de los operarios de maquinaria de proyección de hormigón.