Nivelación de precisión: cómo funciona el control de nivelación por GPS

La nivelación de precisión consiste en excavar y rellenar el terreno hasta alcanzar una superficie de diseño con una tolerancia muy ajustada, a menudo de unos pocos centímetros o menos, de modo que las plataformas, las carreteras, el drenaje y los cimientos queden situados exactamente donde indica el plano. Durante décadas, esa precisión dependía de cordeles, estacas de nivelación, cintas métricas y repetidas comprobaciones topográficas. El control de nivelación por GPS sustituye gran parte de ese trabajo manual al mostrar en una pantalla dentro de la cabina la superficie de diseño, la posición de la hoja o la cuchara de la máquina y el volumen restante de corte o relleno. Esta guía explica qué es la nivelación de precisión, cómo funciona el control de nivelación por GPS y cómo cambia el trabajo diario de las excavadoras, las palas cargadoras y las niveladoras.

¿Qué es la calificación de precisión?

La nivelación se considera precisa cuando la superficie acabada se ajusta al modelo de diseño con tal exactitud que no es necesario realizar ningún retoque. En una obra bien controlada, el operario puede mantener la nivelación con una precisión de unos pocos centímetros a lo largo de toda una plataforma o carretera, seguir la pendiente correcta para el drenaje y alcanzar la profundidad adecuada para la subbase y las instalaciones sin tener que detenerse a comprobar las estacas.
 

La precisión a este nivel es fundamental, ya que cada error conlleva un coste. Una plataforma nivelada demasiado baja acumula agua y hay que volver a elevarla. Una carretera nivelada demasiado alta tiene que volver a cortarse, y el material sobrante debe retirarse. Cada pasada adicional consume combustible y horas de trabajo, y en proyectos con márgenes de tiempo limitados por las condiciones meteorológicas, un día perdido en reelaboraciones puede retrasar a todos los oficios que le siguen. Un nivelado preciso protege a la vez el calendario, el presupuesto de materiales y la calidad de la superficie acabada.

Cómo funciona el control de nivelación por GPS

Un sistema de control de nivelación por GPS combina tres elementos: una superficie de diseño sobre la que trabajar, una fuente de posicionamiento que detecta la ubicación de la máquina y una guía en el borde de corte que indica al operador la distancia que le queda por recorrer.

La superficie de diseño

El trabajo comienza con un modelo tridimensional, en lugar de con un conjunto de estacas. Se carga un diseño CAD o un modelo de superficie en el controlador de la cabina y se vincula al sistema de coordenadas de la obra, de modo que se definen la cota objetivo y la pendiente para cada punto al que puede llegar la máquina. Dado que el modelo se encuentra en la cabina, el operador también puede crear o editar una superficie sobre el terreno para trabajos localizados, como una zanja de drenaje, sin tener que esperar a que el equipo de topografía coloque nuevas marcas.

Colocación de la pala o el cucharón

La posición se obtiene mediante GNSS. Una estación base o un servicio de corrección de red envía correcciones cinemáticas en tiempo real a un receptor instalado en la máquina, lo que eleva la precisión del posicionamiento por satélite de un nivel de metros a uno de centímetros. Los sensores situados en el mástil, la pala o la pluma, entre los que se incluyen unidades de medida inercial y sensores de ángulo, registran la posición exacta del filo de corte con respecto al cuerpo de la máquina. El controlador compara esa posición del filo de corte con la superficie de diseño varias veces por segundo y calcula el corte o relleno restante.

Indicación y control automático

El control de nivelación funciona en dos modos. En el modo indicativo, el operador observa las barras luminosas en pantalla y los valores de excavación y relleno, y acciona manualmente el sistema hidráulico para mantener la nivelación. En el modo automático, el sistema acciona directamente el sistema hidráulico, manteniendo la hoja en la superficie de diseño mientras el operador se encarga de la dirección y controla la velocidad. En muchas obras se utiliza el guiado indicativo para los trabajos de desbaste y a gran escala, y luego se cambia al control automático para el acabado final, donde las tolerancias son más estrictas.

Control de nivel según el tipo de máquina

Las distintas máquinas de movimiento de tierras se encargan de diferentes partes de un trabajo de nivelación, y el control de nivelación se ajusta a cada una de ellas.

Bulldozers

Las excavadoras se encargan del corte y relleno a granel, así como de las primeras pasadas para nivelar el terreno. El control automático de la hoja mantiene esta última sobre la superficie de diseño mientras empuja el material, de modo que el operador puede concentrarse en la producción en lugar de tener que realizar comprobaciones constantes de la nivelación. El CHCNAV TD63 Pro es un sistema de control automático en 3D diseñado para excavadoras, que mueve la hoja para mantener la nivelación de diseño tanto en el movimiento de tierras a gran escala como en el acabado fino.

Niveles

Las motoniveladoras realizan el acabado fino y definitivo, donde las tolerancias son más estrictas, en carreteras, aparcamientos y plataformas de construcción. El control de nivelación de una motoniveladora mantiene la pala niveladora en la pendiente y la cota de diseño, de modo que la superficie acabada queda lisa y uniforme en una sola pasada. El CHCNAV TG63 es un sistema de control de nivelación 3D para motoniveladoras diseñado precisamente para este trabajo de acabado final.

Excavadoras

En una excavadora, el control de nivelación guía la cuchara hasta la profundidad y la pendiente correctas para cimientos, zanjas y drenajes, de modo que el operador pueda excavar a nivel sin necesidad de que haya un controlador de nivelación en la zanja. El CHCNAV TX73 es un sistema de control 3D para excavadoras que muestra en la cabina la superficie de diseño y la posición de la cuchara, precisamente para este tipo de trabajos.

Qué cambia con la nivelación de precisión en la obra

La ventaja más evidente es el ahorro de tiempo. Cuando la superficie de diseño y el resto del corte o relleno son visibles desde la cabina, la máquina sigue trabajando en lugar de detenerse para comprobar la nivelación. Los miembros del equipo que antes tendían las cuerdas de nivelación y sujetaban la varilla pasan a dedicarse a la limpieza, los acabados y otras tareas productivas, y el hecho de que haya menos personas a pie cerca de las máquinas en funcionamiento supone, por sí mismo, una mejora en materia de seguridad.
 

La nivelación precisa también reduce los dos tipos de desperdicio más costosos en una obra de movimiento de tierras: la repetición del trabajo y la excavación excesiva. Mantener la nivelación a la primera significa menos pasadas correctivas, menos material transportado hacia dentro o hacia fuera, y menos consumo de combustible y desgaste de la máquina al corregir superficies que estaban cerca pero no eran correctas. Para ver una comparación directa entre la nivelación guiada y el enfoque tradicional, lee nuestro análisis sobre la nivelación por GPS frente a los métodos manuales.

Cómo elegir un sistema de control de nivelación

La configuración adecuada depende de la máquina, de la tolerancia que exija el trabajo y de si este requiere un control 3D completo o un trabajo de nivelación 2D más sencillo. Una excavadora que realiza movimientos de tierra a gran escala, una niveladora que perfila una carretera hasta su nivel definitivo y una retroexcavadora que excava zanjas de drenaje requieren cada una una configuración diferente, y la mayoría de las flotas adoptan el control de nivelación máquina por máquina, en lugar de hacerlo para todas a la vez. Para ver cómo encajan las máquinas en un proyecto y comparar configuraciones, explore nuestras soluciones de control de maquinaria.

¿Qué grado de precisión tiene el control de nivelación por GPS?

Gracias a las correcciones cinemáticas en tiempo real procedentes de una estación base o de una red de corrección, un sistema de control de nivelación posiciona el filo de corte con una precisión de centímetros, lo cual es lo suficientemente preciso para la mayoría de las tolerancias en carreteras, plataformas y sistemas de drenaje.

¿Cuál es la diferencia entre el control de calidad en 2D y en 3D?

El control de nivelación 2D mantiene una pendiente o cota fijas que el operador establece en la máquina. El control de nivelación 3D sigue un modelo de diseño completo vinculado al sistema de coordenadas de la obra, por lo que la cota y la pendiente cambian automáticamente a medida que la máquina se desplaza por la superficie.

¿Se puede incorporar el control de nivelación a las máquinas ya existentes?

Sí. Los sistemas de control de nivel se instalan en máquinas que ya forman parte de la flota, incluidos los equipos más antiguos, por lo que una empresa contratista puede incorporar el sistema de guiado como una mejora a sus operaciones actuales, en lugar de sustituir la máquina.

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Acerca de CHC Navigation

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