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) Departamento de Geodinámica, Universidad de Granada, Avd. Fuentenueva s/n, Granada-18071, España. jazanon@ugr.es,

vperez@ugr.es, jpgalve@ugr.es, davidenotti@gmail.com, paquifchacon@ugr.es (2) Instituto Geológico y Minero de España. Unidad de IGME de Granada, Urb. Alcázar del Genil, 4-Edif. Bajo, 18006-Granada,

España. rm.mateos@igme.es, fj.roldan@igme.es (3) Risk analysis Group, Institute of Earth Sciences, Faculty of Geosciences and Environment, University of Lausanne,

Switzerland. antonio.abellan@3D-landslide.com (4) Departamento de Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría. Universidad de Jaén, Campus de las Lagunillas, s/n.

Edif. A3, 23071 Jaén. jlperez@ujaen.es, ccolomo@ujaen.es, jmgomezlopez@ujaen.es 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 Guadix-Sevilla). 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 la comparación de las nubes de puntos obtenidas en distintas épocas. Dicha comparación (o diferencia de modelos) detecta movimientos del terreno que no

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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.

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

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

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, 26-37.

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.