Sistemas de guiado de maquinaria para movimientos de tierra: comparación entre el control de nivelación en 2D y en 3D

El éxito o el fracaso de los movimientos de tierra dependen de un único factor: conseguir que el terreno alcance el nivel adecuado. Los sistemas de guiado de maquinaria son la tecnología que toma la nivelación del diseño y la muestra al operador en tiempo real, de modo que el corte y el relleno se ajusten al plano, en lugar de a la línea de estacas y a la intuición. La cuestión a la que se enfrentan la mayoría de los contratistas no es si deben incorporar la guía, sino en qué nivel invertir. La encrucijada práctica es elegir entre el control de nivelación en 2D y el 3D. Esta guía explica cómo funciona cada uno, para qué sirve y cómo elegir entre ellos para excavadoras, bulldozers y motoniveladoras.

Qué hace un sistema de guiado de maquinaria

Un sistema de guiado para maquinaria de movimiento de tierras conecta tres elementos: el diseño del proyecto, la posición del filo de corte de la máquina y una pantalla a partir de la cual el operador puede actuar. Los sensores registran la posición de la hoja o la cuchara; el sistema compara esa posición con la nivelación deseada e indica al operador si debe subir, bajar o mantener la posición. En configuraciones más avanzadas, el sistema controla directamente el sistema hidráulico y mantiene la nivelación automáticamente.
 

Ese ciclo básico es el mismo tanto si el sistema es en 2D como en 3D. Lo que cambia entre ambos es la referencia: cómo sabe el sistema dónde se encuentra realmente «el nivel correcto». Esa única diferencia determina el coste, la precisión, el tipo de trabajo para el que es adecuado cada uno y la cantidad de apoyo topográfico que necesita un proyecto.

Control de nivel en 2D: una referencia fija

Un sistema de guiado de maquinaria en 2D controla la cota y la pendiente en relación con una referencia fija, en lugar de con un modelo completo de la obra. La referencia suele ser un plano de láser giratorio, un trazador sónico que sigue una cuerda tensada o un bordillo, o los propios sensores de pendiente de la máquina. El operador establece una profundidad y una pendiente transversal objetivo, y el sistema mantiene la hoja o la cuchara en ese plano mientras la máquina trabaja.
 

El punto fuerte del sistema 2D es su simplicidad y su relación calidad-precio. Destaca en trabajos que presentan una nivelación y una pendiente uniformes en toda la zona: aparcamientos, plataformas de construcción, fondos de zanjas, preparación de la subbase y superficies planas o con una sola pendiente. La configuración es rápida, el coste del hardware es menor y el operador puede ser productivo en poco tiempo. El límite está en el propio nombre. Un sistema 2D mantiene un solo plano a la vez. Cuando el diseño presenta pendientes variables, coronas, transiciones o superficies curvas, el operador tiene que volver a ajustar la referencia constantemente, y las formas complejas se vuelven lentas y propensas a errores.

Control de máquinas 3D: una posición en el modelo de diseño

Un sistema de control de maquinaria en 3D sustituye el plano fijo por el modelo completo del proyecto. Posiciona la máquina en tres dimensiones, normalmente mediante un receptor GNSS instalado en la propia máquina, y compara el filo de corte con la superficie de diseño en esa ubicación exacta. Dado que el sistema sabe dónde se encuentra la máquina en la obra, puede determinar la cota objetivo correcta en cualquier punto, incluso en pendientes variables, coronas, desniveles de drenaje y trazados curvos, sin necesidad de mover estacas ni reajustar el láser.
 

Este enfoque GNSS es la razón por la que a menudo se denomina a esta tecnología «control de maquinaria por GPS». El receptor fija la máquina a las coordenadas de la obra, las correcciones en tiempo real proporcionan una precisión de centímetros, y el modelo de diseño proporciona el nivel objetivo en cada punto. La ventaja radica en el alcance de los trabajos que permite realizar: movimientos de tierra complejos, construcción de carreteras y autopistas, drenaje y grandes obras en las que, de otro modo, las estacas topográficas marcarían el ritmo. La contrapartida es una mayor inversión en hardware y la necesidad de contar con un modelo de diseño 3D adecuado y una fuente de corrección in situ, ya sea una estación base o una red.
 

Para trabajos en profundidad o con sombra de señal, como las excavaciones en caja, en algunas obras se combina el GNSS con una estación total o se utiliza un instrumento robótico para seguir la máquina cuando la vista del cielo está bloqueada. El modelo de diseño sigue siendo el mismo; solo cambia la forma en que se posiciona la máquina.

Control de nivel 2D frente a 3D: comparación lado a lado

No se trata tanto de dos opciones rivales como de etapas de un mismo proceso. Muchos contratistas utilizan el 2D en máquinas que realizan trabajos planos y repetitivos, y el 3D en las máquinas que dan forma al diseño; además, algunos sistemas permiten al contratista empezar con el 2D y actualizar la misma máquina al 3D a medida que el trabajo lo requiera.

Orientación de la maquinaria según el tipo de máquina

El nivel adecuado de orientación también depende de la máquina y de la función que desempeña en la secuencia de movimientos de tierra.

Excavadoras

Las excavadoras se benefician de la guía en trabajos de excavación de zanjas, taludes, excavaciones de cimientos y acabado final. Un sistema de guía 3D muestra la posición de la cuchara en relación con el diseño, de modo que el operador puede excavar a la profundidad y con la pendiente adecuadas sin necesidad de que haya un controlador de nivel en la zanja. Nuestro sistema de guiado 3D TX73 para excavadoras cumple esta función, y para proyectos más pequeños, el EasyNAV EMG100 ofrece una opción de entrada al mundo del guiado para excavadoras. Para conocer con más detalle las opciones disponibles para excavadoras, consulta nuestra guía sobre el control de máquinas por GPS para excavadoras.

Bulldozers

Las excavadoras se encargan del movimiento de tierras a gran escala y de la nivelación final, que es donde el control automático demuestra su utilidad. Un sistema automático en 3D mantiene la hoja en la superficie de diseño y ajusta el sistema hidráulico en tiempo real, lo que reduce el trabajo adicional tanto en los avances largos como en la nivelación de precisión. Nuestro sistema de control automático TD63 Pro para excavadoras está diseñado específicamente para este tipo de trabajo.

Niveles

Las niveladoras mecánicas dan forma a la superficie final con precisión, donde los pequeños errores de elevación y pendiente transversal se hacen evidentes en el nivel acabado. Un sistema de control de nivelación 3D mantiene la pala niveladora alineada con el modelo a lo largo de las coronas, la peralte y las pendientes de drenaje. Nuestro sistema de control de nivelación 3D TG63 para niveladoras está diseñado específicamente para esta función de nivelación final.

Cómo elegir entre 2D y 3D

Normalmente, basta con una breve serie de preguntas para aclararlo:
 

• ¿Qué grado de complejidad presenta la pendiente? Las superficies uniformes, planas o con una sola pendiente, indican que se trata de un diseño en 2D. Las pendientes variables, las coronas, las transiciones y los trazados curvos indican que se trata de un diseño en 3D.
   
• ¿Existe un modelo de diseño en 3D? El control de máquinas en 3D necesita una superficie digital sobre la que trabajar. Si el proyecto está modelado, el 3D permite aprovechar todo su potencial. De lo contrario, el 2D puede ajustarse a la información disponible.
   
• ¿Cuánto le cuesta el replanteo? En obras grandes o de ritmo rápido, el tiempo de topografía y el trabajo adicional que el 3D elimina suelen compensar con creces su mayor coste de hardware.
   
• ¿Qué máquinas y en qué fase? Los trabajos a gran escala y de desbaste pueden realizarse en 2D, mientras que las máquinas que dan forma a la superficie final del diseño son las que más se benefician del 3D.
   

A la hora de comparar ofertas, también conviene mirar más allá de una sola máquina. Una empresa de control de máquinas en 3D con la que merezca la pena trabajar debería ser compatible con una flota mixta, compartir un único modelo de diseño entre excavadoras, bulldozers y motoniveladoras, y ofrecer una ruta de actualización clara en lugar de un sistema diferente para cada máquina.

Sistemas de control de máquinas CHCNAV

CHC Navigation desarrolla sistemas de control de maquinaria en 2D y 3D para toda la flota de movimiento de tierras, desde el guiado de excavadoras hasta el control automático de la hoja en bulldozers y motoniveladoras, todo ello basándose en un modelo de diseño compartido y en el posicionamiento GNSS. La gama de productos y el flujo de trabajo asociado se integran en nuestro centro de soluciones de control de maquinaria, que reúne el hardware, las correcciones y los datos de diseño para que el contratista pueda adaptar el nivel de guiado a cada máquina y a cada fase del trabajo.
 

Para los equipos que se plantean dar el salto, la vía más práctica es trazar primero un mapa del trabajo: identificar qué superficies son lo suficientemente sencillas para el 2D, cuáles necesitan un modelo 3D y qué máquinas se encargan de la nivelación final; a continuación, especificar el nivel de guiado máquina por máquina, en lugar de hacerlo todo de una vez.

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Acerca de CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) desarrolla soluciones avanzadas de cartografía, navegación y posicionamiento diseñadas para aumentar la productividad y la eficiencia. CHCNAV, que presta servicio a sectores como el geoespacial, la agricultura, el control de maquinaria y la autonomía, ofrece tecnologías innovadoras que potencian el trabajo de los profesionales e impulsan el avance del sector. Con una presencia global que abarca más de 140 países y un equipo de más de 2.200 profesionales, CHC Navigation es reconocida como líder en el sector geoespacial y más allá. Para obtener más información sobre CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: https://machine-control.chcnav.com/about/overview.