Gestión de Seguridad en Cuevas de Piedra Caliza
El escáner láser y los datos geotécnicos de UAV son fundamentales para identificar riesgos potenciales y gestionar la seguridad de los visitantes en formaciones de cuevas de piedra caliza en Victoria, este de Australia.
Las impresionantes formaciones de piedra caliza son una importante atracción turística en la Reserva de las Cuevas de Buchan. La piedra caliza se depositó hace unos 380 millones de años, y la datación de sedimentos y cavidades indica que la formación de cuevas se produjo hace más de 750.000 años.
La mayoría de las cavernas y pasajes no tienen un soporte de roca diseñado, confiando en el efecto de arco de la roca sostenedora para mantener la estabilidad. No se han registrado caídas de rocas ni inestabilidad natural de las cavernas desde que las cuevas se abrieron al público hace unos 100 años.
Los eventos de avería presentan riesgos potenciales para los visitantes, aunque la falta de datos históricos significa que las evaluaciones cuantitativas de tamaño y frecuencia no pueden estimarse utilizando métodos tradicionales. No ha habido criterios de evaluación formales ni planes operativos para identificar y gestionar el riesgo geotécnico.
Se utilizó escaneo láser subterráneo y fotogrametría UAV para mapear la relación espacial 3D entre el sistema de cuevas y la superficie. El modelo resultante permite una identificación precisa de las áreas en las que es más probable que se produzcan averías y proporciona datos de referencia para el seguimiento futuro.
Enfoque Basado en el Riesgo
AECOM usó el modelo digital para desarrollar un marco de riesgo geotécnico para proporcionar a Parks Victoria un enfoque formalizado para comprender la ruptura de cuevas y gestionar la seguridad de los visitantes.
Las observaciones del sitio durante las inspecciones de cuevas pueden identificar peligros e informar la evaluación de riesgos posterior. Se deben considerar varios factores al planificar cómo gestionar los eventos de avería en ubicaciones identificadas de alto riesgo.
Dichos factores incluyen la proximidad a la superficie del suelo, la presencia y condición de ruptura, la variabilidad natural en la estructura geológica, las propiedades del material y las modificaciones humanas en las cuevas.
Las dimensiones de la sección transversal y el espesor de la cubierta rocosa ayudan a identificar áreas con mayor probabilidad de ruptura debido a una reducción en los esfuerzos de compresión por encima de la corona de la cueva.
Se ha identificado que las cuevas poco profundas tienen una mayor probabilidad de reducir los esfuerzos de compresión en comparación con las cuevas más profundas. La proximidad de otras cuevas también puede influir en la distribución de tensiones en las estructuras.
Adquisición de Datos
Se requirieron mediciones precisas del ancho, la forma y la profundidad de la caverna debajo de la superficie para complementar las observaciones geológicas y comprender mejor las relaciones entre las dimensiones físicas de las cuevas, la cubierta rocosa y el potencial de una mayor descomposición.
Conservar tantos detalles como sea posible para el análisis de datos, es especialmente importante en áreas a las que no se puede acceder de manera segura.
Los escáneres láser Maptek SR3 capturaron nubes de puntos 3D precisas y de alta resolución con imágenes fotorrealistas simultáneas. Los escaneos superpuestos produjeron un modelo continuo para la identificación y el registro de características geológicas y geotécnicas claves.
Un DJI Phantom 4 Pro V2 UAV capturó la fotogrametría de la topografía sobre las cuevas, con imágenes procesadas para producir una superficie espacialmente correcta.
Gestión de Seguridad
La combinación de escaneo láser en cuevas y fotogrametría de UAV sobre el suelo proporciona una forma rápida y repetible de desarrollar un modelo digital 3D preciso de cuevas subterráneas naturales y cómo se relacionan con la topografía de la superficie.
El conjunto de datos georreferenciados consolidados en 3D permitieron una fácil medición del ancho de la cueva y la profundidad de la cubierta para identificar áreas inseguras o de alto riesgo para una mayor atención.
A las áreas con una relación entre el espesor y el ancho de la cubierta rocosa de 0,7 o menos se les asignó una mayor probabilidad de ruptura. A las cavernas que se encuentran dentro de tres diámetros de cueva de la superficie se les asignó una probabilidad intermedia, mientras que las cuevas más profundas nominalmente tienen una probabilidad más baja.
Las características observables asociadas con la ruptura de cuevas incluyen la presencia de unidades de lechos expuestos en el techo y montones de escombros en las cavernas. El escaneo láser proporciona datos para mediciones de masas rocosas, lo que permite el análisis geotécnico y el diseño del soporte del terreno.
La nube de puntos se ha utilizado para estimar el tamaño, volumen y masa de las piedras pequeñas y redondeadas suspendidas sobre los caminos de acceso público, para cuantificar los peligros y planificar los trabajos de estabilización y diseño de ingeniería de reparación.
Complementado con evaluaciones geológicas visuales, el modelo digital proporciona una comprensión de la formación histórica de cuevas y los procesos que continúan influyendo en la erosión de éstas. Las autoridades ahora pueden gestionar mejor los riesgos geotécnicos asociados con las cuevas de piedra caliza, mejorando la seguridad de los visitantes.
Gracias a
AECOM y Parks Victoria
- Garantizar la seguridad de los visitantes está detrás del proyecto para capturar datos estructurales y geológicos de referencia en las cuevas de Buchan en el este de Australia.
- El mapeo de la relación espacial en 3D entre el sistema de cuevas subterráneas y la superficie es crucial para desarrollar un programa de gestión de riesgos
- Un modelo digital aumentado por una evaluación visual ayuda a las partes interesadas a comprender mejor la formación de cuevas y las influencias de la erosión de cuevas