control de deformaciones del terreno mediante lidar áereo y uav. el

control de deformaciones del terreno mediante lidar áereo y uav. el

XIV Reunión Nacional de Cuaternario, Granada 2015
CONTROL DE DEFORMACIONES DEL TERRENO MEDIANTE LIDAR ÁEREO
Y UAV. EL CASO DEL DESLIZAMIENTO DE DIEZMA (GRANADA, ESPAÑA).
J.M. Azañón (1), R.M. Mateos, (2), A. Abellán (3), J.L. Pérez (4), J.P. Galve (1), J. V. Pérez-Peña (1), F.J. Roldán (2),C. Colomo (4), J.M.
Gómez-López (4), D. Notti (1),F. Fernández-Chacón (1)
(1)
(2)
(3)
(4)
Departamento de Geodinámica, Universidad de Granada, Avd. Fuentenueva s/n, Granada-18071, España. [email protected],
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Instituto Geológico y Minero de España. Unidad de IGME de Granada, Urb. Alcázar del Genil, 4-Edif. Bajo, 18006-Granada,
España. [email protected], [email protected]
Risk analysis Group, Institute of Earth Sciences, Faculty of Geosciences and Environment, University of Lausanne,
Switzerland. [email protected]
Departamento de Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría. Universidad de Jaén, Campus de las Lagunillas, s/n.
Edif. A3, 23071 Jaén. [email protected], [email protected], [email protected]
Abstract (Control of ground deformations through LiDAR and UAV. The Diezma landslide case study): In March 2001, a
complex landslide cut off the main connecting road in SE Spain (A-92 motorway). This landslide, well known as the Diezma
landslide, has been intensively analyzed in the last 15 years. During the 2005-2014 period, the ground deformation and landslide
activity was monitored by means of extensometers, inclinometers and piezometers together with several aerial LIDAR campaigns.
Thus, a series of high resolution DTMs were generated in 2005, 2007 and 2010. In addition, a new surveying campaign using
Unmanned Air Vehicles (UAV) flying at a low altitude was carried out in order to generate a high resolution DTM. LIDAR results
allowed identifying deformations in the frontal retaining walls. The comparison between high resolution DTMs obtained by means
of different airborne platforms is being a very useful tool for landslide activity monitoring. In order to design a management plan of
the road, the Diezma study area can be considered as a natural laboratory for attempting to predict where and when mass
movements would take place.
Palabras clave: monitorización de deslizamientos, prospección geofísica eléctrica, control MDTs multitemporales
Key words: landslide monitoring, electrical geophysical prospection, multitemporal DEM control
INTRODUCCIÓN
La
aparición
de
los
sensores
LIDAR
aerotransportados supone un salto en la calidad de
los modelos digitales del terreno MDT, tanto desde el
punto de vista de la precisión como de la resolución
(Abellán et al., 2014). Así mismo, los sensores
LiDAR permiten la eliminación automática de la
vegetación. Más recientemente, el uso de vehículos
aéreos no tripulados (UAV) ha abaratado el coste de
la elaboración de MDTs, pudiendo llegar a superar la
resolución de los datos LIDAR al disminuir
significativamente la altura del vuelo. Estos sistemas
están permitiendo realizar una vigilancia y
seguimiento de deslizamientos y está incrementando
considerablemente el conocimiento sobre la
dinámica 3D y evolución futura de las inestabilidades
de ladera (Jaboyedoff et al., 2012; Abellán et al.,
2014).
En este trabajo se presentan los resultados sobre el
control de la deformación del terreno en un
movimiento ocurrido el 18 de Marzo de 2001, en la
autovía A-92, en las proximidades de la localidad de
Diezma (punto kilométrico 272, sentido GuadixSevilla). El deslizamiento de Diezma, que ha sido
intensamente estudiado en los últimos 10 años
(Azañón et al., 2006; Azañón et al., 2010), provocó el
corte de la A-92 durante varios días. Dicha
inestabilidad movilizó más de 1,2 millones de m3 y
su reparación costó más de 18 millones de euros. A
pesar de las múltiples medidas de contención y
prevención adoptadas (muros de contención,
anclajes, drenajes, etc.), el deslizamiento de Diezma
se ha reactivado parcialmente en varias ocasiones.
Aquí se presentan los resultados de la comparación
de modelos digitales de alta resolución generados a
partir de datos LIDAR (años 2005, 2007 y 2010) y
UAV (2014) que demuestran que estas técnicas
permiten controlar la deformación del terreno con
una gran precisión, permitiendo adoptar medidas de
mitigación y contención anticipadamente.
METODOLOGÍA
El control de la deformación se ha realizado
mediante la diferencia de MDTs generados tanto a
partir de vuelos LIDAR (2005, 2007 y 2010) como de
un vuelo fotogramétrico realizado con UAV en el año
2014. El vuelo del año 2005 se realizó en
Noviembre, a una altitud de vuelo de 1400 m y con
una densidad de puntos de 1,7 p/m2. Los vuelos del
2007 (Noviembre) y 2010 (Mayo) fueron realizados
por la empresa STEREOCARTO S.L. a una altitud
de 1000 y 2000 m respectivamente. Finalmente, el
vuelo UAV se realizó en octubre de 2014, con un
dispositivo FALCON, a una altura máxima de 100 m
empleando una cámara_SONY NEX 5. Se tomaron
fotografías aéreas en distintas posiciones que se
orientaron mediante un proceso de aerotriangulación
digital automática. Como información de partida para
resolver las ecuaciones de generación de la posición
de cada punto, se utilizó la posición capturada por el
sistema GPS/INS instalado en el avión y los puntos
de apoyo medidos con GPS en campo.
Posteriormente, se generaron tanto MDE como
ortoimágenes de la zona de estudio. Los MDE
generados a partir de datos LIDAR o UAV se
restaron una vez realizada la clasificación del terreno
y se eliminaron los puntos clasificados como
vegetación.
RESULTADOS
En cuanto a los resultados, se muestra
comparación de las nubes de puntos obtenidas
distintas épocas. Dicha comparación (o diferencia
modelos) detecta movimientos del terreno que
la
en
de
no
XIV Reunión Nacional de Cuaternario, Granada 2015
fueron claramente perceptibles en las visitas a
campo en la época de la realización de los vuelos.
Sin embargo, tras unos meses, estas deformaciones
dieron lugar a roturas de una cierta entidad,
especialmente en la cabecera y en la parte central
del deslizamiento (reactivación de 2010). Para
observar estas diferencias se ha planteado un
umbral de incertidumbre en la diferencia de los
modelos comprendida entre -0.20 m y +0.20 m (zona
representada con colores en verde en las figura 4 y
6), por lo que tan sólo se representan los
desplazamientos mayores.
producida a finales del año 2009 inicios del año
2010. Esta reactivación está asociada a importantes
precipitaciones que produjeron un incremento de la
lluvia acumulada hasta alcanzar valores de 180 mm.
Los sondeos extensométricos situados en el tercio
inferior del deslizamiento, registraron deformaciones
en la superficie basal de hasta 1,5 cm. Sin embargo,
estas deformaciones fueron mucho más importantes
a nivel superficial con desplazamientos en vertical
superiores a los 35 cm (hundimiento hacia la
cabecera y acumulación en el pie). Como puede
apreciarse en la Figura 1, la parte frontal del
deslizamiento sufrió un importante empuje, durante
esta reactivación, que produjo un abombamiento del
terreno superior a 20 cm en el trasdos de la pantalla
de pilotes. Sin embargo, lo más interesante es que el
terreno ya registraba una deformación de menor
magnitud a lo largo del periodo 2005-2007 como se
puede apreciar en la figura 1.
CONCLUSIONES
Este trabajo muestra la excepcional información que
se puede extraer de los sensores remotos
aerotransportados (cámaras fotogramétricas –tanto
de película como digitales- y LIDAR) y sus
aplicaciones a la detección de deformaciones del
terreno relacionados con deslizamientos de ladera.
Puesto que los movimientos del terreno producidos
en materiales plásticos no son fácilmente detectables
en el campo (presencia de vegetación, reptación
lenta de ladera, etcL) el empleo de estos sensores
es de gran utilidad. En este interesante caso de
estudio se han logrado detectar movimientos que
tras un determinado tiempo se han manifestado
mediante la aparición de grietas, poniendo de
manifiesto la utilidad de la metodología propuesta.
Agradecimientos: Los autores quieren agradecer al
Ministerio de Economia y Competitividad la financiación a
través del proyecto I+D Topobética CGL2011-29920. Así
mismo, también quieren agradecer a la Consejería de
Obras Públicas de la Junta de Andalucía por la financiación
durante los últimos 15 años a través de diferentes
proyectos de investigación que han permitido utilizar el
deslizamiento de Diezma como un laboratorio experimental.
J.P. Galve quiere agradecer al Ministerio de Economía y
Competitividad de España su ayuda mediante el contrato
del Programa “Juan de la Cierva” gracias al cual está
desarrollando esta investigación.
Referencias bibliográficas
Fig. 1: Resta de MDTs generados a partir de datos LIDAR y
UAV. En la imagen de arriba se han comparado los datos
LIDAR 2005 con los datos LIDAR 2007. En la imagen del
centro se han comparado los datos LIDAR 2007 con los
datos LIDAR 2010. En la imagen de abajo se han
comparado los datos LIDAR 2010 con los datos UAV 2014.
Los colores en azul representan un incremento en la
coordenada z de los datos más recientes con respecto a los
más antiguos. Los colores en naranja representan un
descenso de la coordenada z de los datos más recientes
con respecto a los más antiguos.
En la figura 1 se muestran, a modo de ejemplo, las
diferencias detectadas en la zona del Deslizamiento
de Diezma, entre a) el vuelo de 2005 y el del 2007 y
b) el vuelo 2007 y 2010. Se detectan los
movimientos consecuencia de la reactivación
Abellán, A. et al. (2014). State of Science: Terrestrial Laser
Scanner on rock slopes instabilities. Earth surface
processes and landforms 39 (1), 80-97.
Azañón, J.M. et al. (2006). Estudio sobre la predicción y
mitigación de movimientos de ladera en vías de
comunicación estratégicas de la Junta de Andalucía.
Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra,CSIC-UGR
(Ed.), Informe final (2006) (Granada, Spain, 380 pp.)
Azañón, J.M et al. (2010). Regional-scale high-plasticity
clay-bearing formation as determining factor on
landslides in Southeast Spain. Geomorphology, 120, 2637.
Jaboyedoff, M., Oppikofer, T., Abellán, A., Derron, M.-H.,
Loye, A., Metzger, R., and Pedrazzini, A. (2012). Use of
LIDAR in landslide investigations: A review. Natural
Hazards, p. 1-24.