Cartografía Geológica y Geotécnica

Equipo Lidar topográfico de largo alcance y de alta densidad

Junto con el hardware y software especializado para análisis geotécnicos, este permite a los operadores de canteras recolectar e interpretar los datos de masas de roca a una distancia segura, a veces tan lejos como en la periferia de la cantera. Herramientas Lidar como Optech ILRIS no sólo permiten la recolección remota de datos geotécnicos, sino que también proporcionan información del levantamiento más detallada que las herramientas anteriores, como una brújula-clinómetro.

Cambiar las reglas

En 1999 se aprobaron nuevas regulaciones que rigen las operaciones mineras en las canteras en todo el Reino Unido. Las regulaciones en minas establecen que todas las excavaciones y pronósticos deben ser diseñados y evaluados de conformidad con protocolos específicos. Si una evaluación identifica riesgos importantes, se requiere a continuación una evaluación geotécnica. El detalle de los reglamentos de la manera en que la evaluación geotécnica se llevará a cabo, y garantizar las medidas requeridas en que se realizan en una cierta secuencia, tales como: Site Survey; Investigación del Sitio; resultados de análisis; requisitos durante y después de la construcción.

Históricamente, los datos geológicos y geotécnicos en una cantera a menudo han sido difíciles de obtener de forma segura. En consecuencia, en situaciones donde la información geotécnica completa y precisa para el análisis no está disponible, y los criterios de diseño podrían ser defectuosos. Más recientemente, sin embargo, con lidar (Light Detection and Ranging) ha permitido a los ingenieros geotécnicos adquirir datos geológicos y geotécnicos detallados mediante el escaneo de las superficies de cantera desde distancia, fuera de peligro, utilizando un láser de largo alcance para generación de imágenes.


Figura 1: ILRIS configurado para escanear la cara de la cantera.

Junto con el hardware y software especializado para análisis geotécnicos, permite a los operadores de cantera reunir e interpretar datos de masa rocosa desde una distancia segura, a veces tan lejanos como la periferia de la cantera. Herramientas como Lidar de Optech ILRIS no sólo permiten la recolección remota de datos geotécnicos, sino que también proporcionan información del levantamiento más detallada que las herramientas anteriores, como una brújula-clinómetro. Por otra parte, una encuesta lidar también proporciona un registro permanente de la condición de la cantera que se evalúa día a día, como una base de datos puede servir como estándar para futuros estudios de detección de cambio.

Pasado y presente

En el pasado, los levantamientos de cantera se llevaron a cabo normalmente mediante un Real Time Kinematic (RTK) GPS o un trípode con estaciones totales. Estos levantamientos generalmente se producen con una serie de datos con saltos de línea, tales como: más alto de frente, bottomof-face, niveles de punto desde los contornos del terreno donde se podrían derivar. Estas técnicas suelen ser suficientes para producir un levantamiento topográfico para la producción del plan, el establecimiento de salida, o producción de un cálculo de reservas. Si se necesitan más detalles, tales cambios en los planos de falla geológica, backscars de la roca de caída, o simplemente más puntos con datos, los geomensores podrían usar técnicas Directo Reflexivo (DR) para obtener una serie de inspecciones en los niveles de la cantera. El inconveniente de este enfoque es que requiere mucho tiempo, ya que cada nivel de terreno tiene que ser dirigido desde la estación total.

Aquí es donde los escáneres actuales lidar son especialmente ventajosos. Con las tasas de adquisición de datos cada vez mayores (por ejemplo, 10.000 envíos por segundo) y una amplia cantidad (hasta 3.000 m), los operadores utilizan el ILRIS para poder escanear caras de cantera fuera de la zona de peligro potencial de la zona de trabajo desde la seguridad relativa de una plataforma de observación.

El escaneo Lidar produce una nube de puntos con datos: con una serie de puntos muy poco espaciados que son georreferenciados en 3 dimensiones (X, Y, Z). La nube Lidar también puede ser dotado de valores de color RGB derivados de la cámara digital del escáner de a bordo. Cuando los valores de píxeles RGB de la imagen de la cámara están alineados con los puntos de la nube XYZ, un photodrape de alta resolución se ha alcanzado. Esta es una imagen donde los colores y detalles actuales de una fotografía en 2D, cubrirán los puntos correspondientes en 3D desde el mismo lugar, la salida gráfica resultante es similar a una fotografía en 3D.

La nube puntos derivados del escaners lidar pueden ser procesados en relación con un sistema “local” de coordenadas georreferenciadas al sistema de coordenadas nacional como se hace con los levantamientos convencionales. Una nube de puntos también se puede convertir en una malla triangular o Modelo Digital de Superficie (DSM), que puede incluir la vegetación y edificios, o un Modelo Digital del Terreno (MDT) donde los puntos por encima de una superficie terrestre son eliminados.

Desde el DSM o el DTM, los datos pertinentes, tales como líneas de quiebre, secciones transversales, mallas o puntos XYZ pueden ser exportados a otras suites de software para elaborar planos, o para más investigaciones o análisis geológicos y geotécnicos.

Investigación del Sitio

Es posible extraer tanto información geológica y geotécnica en relación con la masa rocosa de estas nubes de puntos. Cuando una cara de la cantera se explora con un sensor lidar, la calidad de la luz reflejada en el receptor del sensor puede variar dependiendo de la composición del material utilizado. La fuerza relativa de la señal de la luz reflejada se refiere como “intensidad”. Una vez procesados los datos, se puede imprimir una imagen de intensidad, que se asemeja a una fotografía en blanco y negro (ver figura 2).

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Figura 2: Intensidad de imagen derivada desde un escaneo ILRIS de la planta de procesamiento Stancombe.
La pendiente en el fondo está cubierta de densa vegetación

En las imágenes de intensidad, los objetivos con valores de baja intensidad aparecen como puntos de color gris oscuro y objetivos con valores de alta intensidad como aparecen en gris pálido o puntos blancos. En cuanto a la cartografía geológica, arcillas, lutitas y vegetación tienden a mostrar la baja intensidad (lo que significa que una mayor proporción de luz transmitida del láser es absorbida y por lo tanto no reflejada en el receptor óptico del sensor LIDAR). Por el contrario, granitos presentan valores de alta intensidad, ya que reflejan más luz. Por lo tanto, la intensidad de las imágenes se pueden utilizar de forma remota para generar cartografía geológica de una cantera.

Del mismo modo, diferentes grados de alteración en el material geológico puede presentar diferentes valores de intensidad, más material erosionado normalmente presenta valores más bajos de intensidad que de menor cantidad de material erosionado. Zonas de material en que los valores de exposición son similares en intensidad pueden ser segregados y se les asignará colores, ayudando así a un análisis visual en categorías (ver figura 3). El número de puntos dentro de cada grupo similares con diferentes colores que también se pueden resumir y expresar como un porcentaje relativo del número total de puntos (de hecho, producir un punto de prueba con métodos basados en la superficie expuesta de cada tipo de material degradado).

Además de la asignación de los estratos geológicos, información geotécnica también puede obtenerse a partir de exploraciones lidar en forma de datos de discontinuidad: inmersión, inmersión en la dirección, espaciamiento, persistencia y aspereza. El uso de un instrumento LIDAR para obtener estos datos puede ser un sustituto de los métodos tradicionales de la discontinuidad de recolección de datos tales como el uso de un compass-clinometer. Utilizando Lidar para ello ofrece un beneficio de seguridad, ya que permite que el operador tome las lecturas desde una distancia segura, a diferencia de utilizar un portátil brújula-clinómetro, lo que requiere que el operador se mueva muy cerca de la cantera y se enfrente potencialmente inestable.

Los resultados del análisis

Después de haber sido recolectados, los datos geológicos y geotécnicos se pueden utilizar para determinar los modos de falla potenciales (análisis cinemático), y para calcular los factores críticos requeridos por el Reglamento de la cantera, como “Factores de Seguridad” y “Las probabilidades de fracaso” para un determinado mecanismo de fallo.

El reconocimiento mejorado de detalles obtenidos por la topografía lidar mejora enormemente la capacidad del ingeniero para analizar las trayectorias posibles de la caída de rocas. La reciente evolución del software ha utilizado el largo alcance de levantamientos lidar de alta definición evalúan posibles ubicaciones y riesgos asociados con deslizamientos de tierra, ferrocarriles y otras infraestructuras. QuarryDesign está trabajando con una empresa con sede en Estados Unidos para proporcionar simulaciones en 3D con trayectorias posibles de la caída de rocas de la cara de cantera.

Uno de los potenciales interesantes de este nuevo software es que puede dar cuenta de la desintegración de los bloques más grandes en fragmentos más pequeños y proyectar sus trayectorias posibles, así como para todo el bloque.

En la Figura 4, la ruta de trayectoria es claramente oblicua a la cara de la cantera y no se ha podido predecir un análisis 2D. En el análisis 3D activado por los datos lidar, cornisas inclinadas se tienen en cuenta, y puede ser demostrada la causa de caída de rocas.

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Figura 3: Imagen derivada de escáner ILRIS. Los colores entre los puntos se basan en las similitudes en los valores de su intensidad.

Requisitos durante y después de la construcción de uso de técnicas lidar para topografía, es posible controlar el estado de las pistas, paredes de la laguna, y para calcular las tasas de falla en el desarrollo circular, y se enfrenta a la erosión del viento de arena.

QuarryDesign está probando actualmente el seguimiento estacional de varias canteras naturales y caras para determinar si los pequeños cambios entre los levantamientos sucesivos podrían permitir la medición de la masa rocosa del desplazamiento potencial causado ya sea por congelar/descongelar o reducir la tensión normal debido a la “descarga”. Se espera que tales medidas de desplazamiento puedan ser usados para predecir la ubicación de los acontecimientos a futuros desprendimientos de piedras antes de que ocurran.

Cuando el espacio promedio de las fracturas se obtiene de un análisis de una nube de puntos lidar, a continuación, la ubicación correcta de roca de caída y tamaño de bloque pueden ser determinados y utilizados en el software 3D para análisis de caída de roca.

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Figura 4: Análisis 3D de la caída de roca con datos levantados con lidar

Conclusión

Las técnicas Lidar de largo alcance y de alta definición topográfica se pueden utilizar como parte de un enfoque integrado de la cartografía geológica y geotécnica y permitir que datos más precisos deban recogerse de forma significativamente más rápida y segura. Los avances tanto en potencia de procesamiento de los computadores e ingeniería de software que permite simulaciones más complejas y realistas para ayudar en la gestión de la cantera. Junto con la reducción de riesgos para los trabajadores, utilizando las técnicas de levantamiento lidar en la evaluación de la cantera proporcionan a los ingenieros un máximo diario de datos precisos y fiables sobre los que basar los planes de diseño o de reparación.

Fuente:

Geoinformatics

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