Caracterización y predicción de desprendimientos de rocas mediante LiDAR Terrestre

Abstract

[spa] En esta tesis se ha llevado a cabo el monitoreo de diferentes escarpes rocosos, que ha permitido la caracterización y la predicción de los desprendimientos de rocas. Esta caracterización y predicción han sido realizadas a partir de la comparación de nubes de puntos LiDAR obtenidos mediante un instrumento del tipo terrestre (ILRIS- 3D, Optech). La principal ventaja del uso de este tipo de instrumentos es la posibilidad de adquirir datos relativamente precisos (+/- 1 cm) a una distancia considerable (+/- 400 m) sin tener que alterar el comportamiento natural de la pared rocosa y sin que exista ningún riesgo por la instalación de instrumentos en el propio escarpe. En primer lugar se eligió un área de estudio piloto en la cual no existiera riesgo por caídas de rocas y poder de esta manera observar la evolución natural de las zonas inestables de la pared rocosa. Este hecho permitió el desarrollo de metodologías para la caracterización y predicción de los desprendimientos de rocas a partir de los datos LiDAR. La zona elegida fue el área de estudio piloto de Puigcercós, que consiste en el escarpe de coronación de un antiguo deslizamiento ocurrido en el año 1881. Dicho enclave ya estaba siendo monitoreado por el grupo RISKNAT desde el año 2007, y esta tesis supone la continuación del monitoreo y de las investigaciones que se estaban llevando a cabo. Las diferentes metodologías desarrolladas y aplicadas satisfactoriamente en el área de estudio piloto, fueron aplicadas posteriormente en un área con un alto riesgo por desprendimientos de rocas tanto para edificios como para vehículos y personas, la Montaña de Montserrat. En concreto se eligieron dos enclaves críticos, las paredes que se sitúan justo detrás del recinto del Monasterio de Montserrat, cuyo monitoreo comenzó en el año 2011, y las paredes de Degotalls, situadas por encima del aparcamiento de dicho monasterio, y cuyo monitoreo comenzó en el año 2007. El análisis de los datos LiDAR del escarpe de Puigcercós después de 2506 días de monitoreo arroja importantes resultados en el ámbito de la caracterización e inventario de los desprendimientos de rocas, permitiendo la obtención de un listado muy detallado de los eventos ocurridos. Este detallado inventario supone un gran avance para los análisis de la relación M-F de los desprendimientos. Los datos LiDAR también han mostrado resultados relevantes en el ámbito de la predicción de los desprendimientos de rocas de mayor magnitud. En este caso la detección y posterior análisis de la evolución de las deformaciones precursoras han sido claves para la predicción espacial y temporal de los eventos de mayor volumen. Por otra parte, se ha avanzado de manera importante en cuanto a la detección y seguimiento de los denominados desprendimientos precursores, que son otro tipo de indicador precursor de desprendimientos de gran magnitud y que necesitan ser investigados aún en mayor profundidad. En cuanto al monitoreo LiDAR de las mencionadas paredes de la Montaña de Montserrat, la aplicación de las metodologías desarrolladas en Puigcercós ha proporcionado resultados muy satisfactorios. El monitoreo ha permitido obtener un inventario de desprendimientos con un detalle sin precedentes en las paredes analizadas, y la continuación de esta investigación permitirá conocer con un mayor detalle el comportamiento geomorfológico de las paredes de conglomerados. Además, las metodologías aplicadas han permitido la detección de movimientos precursores en dos bloques inestables. El análisis de la evolución de estos desplazamientos en uno de los bloques ha demostrado que se encuentra en un estado crítico cercano al momento de la caída. En conclusión, todos los resultados obtenidos en esta tesis suponen un gran avance hacia la mejor caracterización de los desprendimientos de rocas, y hacia la posible implementación de un instrumento LiDAR Terrestre en un sistema de alerta temprana de desprendimientos.

[eng] In this thesis we have carried out the monitoring of different rock scarps that have allowed rockfall characterization and prediction. This characterization and prediction has been performed using the comparison of LiDAR point clouds obtained with a ground-based instrument (ILRIS-3D, Optech). The main advantage of this remote sensor is the possibility to acquire relatively accurate data (circa 1 cm) at a great distance (circa 400 m), without changing the natural behavior of the rock slope and without assuming any risk derived from the installation of instruments in the scarp. First, we chose a pilot study area without rockfall risk and which allowed us the observation of the natural evolution of instabilities. This lets the development of methodologies to characterize and predict rockfall events using the LiDAR datasets. The chosen place was the pilot study area of Puigcercos, which consists on the main scarp of an ancient landslide occurred in 1881. This rock face was already being monitored by the RISKNAT group since 2007, and this thesis involves the continuation of this monitoring and this research. The different methodologies developed and successfully applied in the pilot study area, were employed then in an area with a high rockfall risk for both buildings and vehicles and people, Montserrat Mountain. Specifically two critical sites were chosen, the cliffs located just behind Montserrat Monastery, whose monitoring started in 2011; and Degotalls rock face, located behind the parking of the Monastery, whose monitoring started in 2007. a very detailed rockfall list. This detailed inventory is a great improvement in the analysis of M-F relation of rockfalls. Also, the detection of pre-failure deformation and the analysis of its evolution have allowed a great improvement in the spatio-temporal prediction of high magnitude rockfalls. On the other hand, we have improved the detection and monitoring of precursory rockfalls, which is another kind of precursory indicator of high magnitude rockfalls that needs to be further investigated. Regarding the LiDAR monitoring of the Montserrat Mountain rock faces, the application of the processes developed in Puigcercós scarp has provided satisfactory results. This monitoring has allowed obtaining a rockfall inventory with an unprecedented level of detail. Therefore, the continuation of this research will allow improving our comprehension of the geomorphologic behavior of these conglomerate cliffs. Furthermore, the methodologies applied have allowed the detection of pre-failure deformation in two unstable blocks. The analysis of this pre-failure deformation in one of these instabilities has demonstrated its critical condition close to the rockfall. In conclusion, the results obtained in this thesis are a major contribution in rockfall characterization and prediction. These results also provide initial knowledges in order to implement a Terrestrial LiDAR instrument in an early warning system of rockfalls.