La tecnología InSAR en Ingeniería Civil Monitorización én túneles y excavaciones.

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1 La tecnología InSAR en Ingeniería Civil Monitorización én túneles y excavaciones

2 Agenda Introducción a la tecnología InSAR: Fundamentos Satélites radar e interferometría Puntos de medición y naturaleza del terreno Las tecnologías InSAR Aplicaciones de la tecnología InSAR en monitorización de infraestructuras Monitorización de túneles y excavaciones Ejemplos: Monitorización líneas de metro: Londres, Madrid y Barcelona Monitorización de túneles del AVE Monitorización túneles acceso A8 Bilbao Control de taludes en excavaciones Page 2

3 Introducción a la tecnología InSAR Presente, pasado y futuro de los satélites radar para InSAR ERS-1 European Space Agency (ESA) ERS-2 Envisat Sentinel-1 Seosar Canadian Space Agency (CSA) Radarsat-1 Radarsat-2 German Space Agency (DLR) EADS Infoterra GmbH TerraSAR-X Tandem-X TerraSAR-X 2 Japanese Space Agency (JAPEX) JERS-1 ALOS ItalianSpace Agency (ASI) Cosmo SKYMED La continuidad de monitorización de movimientos con satélites radar esta asegurada con el lanzamiento de nuevos sensores Page 3

4 Introducción a la tecnología InSAR Satélites radar: órbitas y características Características orbitales Características satelitales Transmisión Recepción Señal incidente Señal reflejada El plano de órbita siempre es el mismo Es la rotación de la Tierra la que permite el barrido completo de adquisición de imágenes. El comienzo de la órbita se llama ANX (Ascending Node), la órbita ascendente cruza el ecuador. Los satélites radar son satélites activos: emiten y reciben una señal radar. Son ondas de la región de microondas del espectro electromagnético. Reduce drásticamente el impacto de las nubes, niebla y lluvia. Page 4

5 Introducción a la tecnología InSAR Satélites radar: modos de adquisición Modos de adquisición de imágenes Imágenes ascendentes y descendentes sobre Barcelona D A Una órbita proporciona dos tipos de pasadas, una ascendente y otra descendente. Este cambio se produce en los polos. Page 5

6 Introducción a la tecnología InSAR Satélite y objetivo: medida del desplazamiento Medición en el tiempo 1 Medición en el tiempo 2 Medición en el tiempo 2 R R M El trayecto entre superficie y satélite proporciona la distancia R con una exactitud milimétrica La diferencia entre el tiempo 1 y el tiempo 2 indica el movimiento M de la superficie Page 6

7 Introducción a la tecnología InSAR Fase de la onda radar: comportamiento frente a cambios Pulso de la fase y movimiento Phase recorded SAR transmite una señal coherente π 2π λ /2 SAR LIGHT Reference phase -λ/2 Las imágenes radar son SLC (Single Look Complex): Complejo de datos de {A, Φ} π 2π λ /2 Se observa un cambio de fase para un punto concreto en la superficie reflejada si se produce un desplazamiento de ese punto u objeto o si su naturaleza cambia, cambios de humedad del suelo, vegetación etc. π Phase difference due to the distance increase : Laser-Object 2π Phase due to a change in the object electromognetic nature Page 7

8 Introducción a la tecnología InSAR Definición de Punto Estable y Reflector Persistente (PS) Definición PS Un punto estable es aquel que mantiene las propiedades de reflexión a lo largo de las distintas adquisiciones. Su respuesta al radar se caracteriza por un nivel muy reducido de ruido que permite medidas de la fase de la onda radar a lo largo del tiempo. Cambios temporales del punto reflector, reflexión volumétrica y ruido procedente de la respuesta térmica del punto suponen una contribución a la cantidad de ruido en la fase de la onda radar y determina la exactitud de la medida. Page 8

9 Introducción a la tecnología InSAR Puntos de medición: naturaleza del terreno Incidencia en tiempo 1 Incidencia en tiempo 2 Reflexión especular Reflexión especular A B A C A B El radar tiene una reflexión especular en aguas tranquilas pero hay señales de menor intensidad que quedan grabadas en el satélite (punto A). En la imagen radar aparecerán como áreas de baja intensidad de señal reflejada. Page 9

10 Introducción a la tecnología InSAR Puntos de medición: naturaleza del terreno Incidencia en tiempo 1 Incidencia en tiempo 2 C C A B A D Cambios temporales del punto reflector supone una pérdida de la reflexión de la señal al satélite. Para los puntos A y C la señal radar reflejada al satélite se mantiene con la misma intensidad. El punto B cambia y por ello deja de ser punto potencial de medición. Page 10

11 Introducción a la Tecnología InSAR Puntos de medición: Qué puntos se pueden medir? Puntos naturales Reflectores artificiales Puntos de medición existentes Reflejan la señal radar: tejados, infraestructuras, terrenos secos, etc Reflectores de aluminio Se instalan para garantizar los puntos de medición Mientras las medidas con puntos naturales son efectivas en áreas urbanas y terrenos áridos, los reflectores artificiales se instalan en áreas vegetadas o zonas no construidas. Page 11

12 Introducción a la tecnología InSAR La cadena de procesado InSAR SPN Fase DInSAR Imágenes SLC coregistradas Propiedades de la Amplitud Propiedades de la fase DInSAR Máscara inicial de puntos estables PROCESADO SPN Φ I TERF =Φ TOPO+Φ MOV +Φ APS +Φ OISE Ajuste iterativo de modelo de fase Salida del producto SPN clásico: Mapas de subsidencia media basados en modelos lineales Deformation Maps (Mean Ground Mvt) Mapa de altura precisa del reflector Page 12

13 Introducción a la tecnología InSAR Las tecnologías InSAR La técnica Red de Puntos Estables consigue los mejores resultados a nivel de exactitud y fiabilidad. Page 13

14 Introducción a la tecnología InSAR Satélites radar disponibles ERS-1 & 2 Envisat TerraSAR-X Radarsat-2 Launch: April 1995 Owner: European Space Agency Launch: March 2002 Owner: European Space Agency Launch: June 2007 Owner: Infoterra GmbH Launch: December 2007 Owner: Canadian Space Agency Radarsat-1 ALOS COSMO-SkyMed (1) COSMO-SkyMed (2) v Launch: November 1995 Owner: Canadian Space Agency Launch: January 2006 Owner: JAXA Launch: June 2007 Owner: Italian Space Agency Launch: December 2007 Owner: Italian Space Agency Page 14

15 Introducción a la tecnología InSAR Movimiento medio de la superficie en Barcelona Zoom: Centro de Barcelona cm/año Zoom: Aeropuerto de Barcelona Page 15

16 Introducción a la tecnología InSAR Actualizaciones del movimiento en el futuro Después de dos meses Después de 5 meses Después de 7 meses -1cm cm Image for illustration purpose only Image for illustration purpose only Image for illustration purpose only Page 16

17 Introducción a la tecnología InSAR Hundimiento en periodo corto de la superficie en Barcelona Zoom - Puerto Barcelona: Hundimiento en 11 días de 4.5 cm Imagen TerraSAR X cm/año Page 17

18 Introducción a la tecnología InSAR Seguimiento del movimiento no linear 100 Km Page 18

19 Introducción a la tecnología InSAR Ventajas de la tecnología InSAR Mediciones muy exactas Medidas anuales con exactitud milimétrica (1 mm/ año) 3 mm exactitud vertical por medida 1-2 m exactitud horizontal de localización Análisis histórico Datos disponibles para mediciones históricas desde 1992 Actualización continua de los datos Superficies grandes en el mundo entero Eficiente en costes Envisat: actualización de los datos cada 35 días TerraSAR-X: actualización de datos cada 11 días. Radarsat: actualización de datos cada 24 días. Datos de satélites disponibles para el mundo entero Apto también para superficies grandes (100 x 100km imagen Envisat y 30 x 50km - imagen TerraSAR-X) Medidas in-situ no necesarias Eficiente en costes Page 19

20 Agenda Introducción a la tecnología InSAR: Fundamentos Satélites radar e interferometría Puntos de medición y naturaleza del terreno Las tecnologías InSAR Aplicaciones de la tecnología InSAR en monitorización de infraestructuras Monitorización de túneles y excavaciones Ejemplos: Monitorización líneas de metro: Londres, Madrid y Barcelona Monitorización de túneles del AVE Monitorización túnel acceso A8 Bilbao Control de taludes en excavaciones Page 20

21 Aplicaciones en las fases de proyectos de ingeniería Fases de proyecto Planificación Construcción Antes de la construcción: Cuantificación de movimientos en áreas donde se construirán nuevas infraestructuras para adaptar planes de construcción Durante la construcción: Identificación del impacto de las obras en las zonas adyacentes (especialmente en el caso de viviendas) Justo después de la construcción: Medición del asentamiento de las nuevas infraestructuras Mantenimiento Monitorización continua de la subsidencia - Identificación y cuantificación de movimientos en infraestructuras existentes para prevenir daños a tiempo - Reducción de intervención humana, p.e. en las vías: mayor seguridad para empleados y mejor disponibilidad de vías para clientes Monitorización de deslizamientos del terreno La tecnología InSAR se utiliza para asesorar a empresas de ingeniería durante las fases de planificación, construcción y mantenimiento de infraestructuras. Page 21

22 Proyectos informativos o anteproyectos Estudios hidrogeológicos antes de la construcción Page 22 Coincidencia medidas InSAR y extensómetros

23 Proyectos constructivos Monitorización con actualizaciones periódicas 3 meses 6 meses 12 meses Actualizaciones: por qué? - Validación de movimientos medidos in-situ: instrumentación topografía de HR. - Detección de asentamientos producidos en áreas cercanas a la obra sin instrumentación. Frecuencia - Depende del cálculo de asentamientos esperados y de la instrumentación disponible durante la construcción. - Se aconseja utilizar todas las imágenes posibles de acuerdo con la revisita del satélite. Page 23

24 Proyectos de mantenimiento Monitorización de Infraestructuras lineales: túneles y excavaciones 1 Histórico de movimientos: Túneles y taludes - Detectar aéreas inestables y estudiar su evolución. - Detección de deslizamientos y subsidencias/levantamientos previos a la infraestructura 2 Monitorización anual: - Seguimiento de áreas sensibles ya conocidas y detección de nuevas zonas de movimiento. Viaductos Cobertura de satélites áreas muy extensas barrido regional de áreas sensibles - 100x100km (ERS/Envisat) - 30x50km (TS-X) InSAR proporciona un seguimiento a escala regional de la estabilidad de la plataforma ferroviaria, viaductos y túneles a lo largo de la traza - 50x50km (Radarsat-2) - 40x40km (CosmoSkyMed) Page 24

25 Aplicaciones para el sector de infraestructuras Túneles Infraestructuras lineales (LIM) Embalses y canales Puertos y Aeropuertos Edificios y monumentos Asentamientos producidos por la construcción de túneles en ambiente urbano: entrada del tren de alta velocidad, metro, etc Seguimiento de movimientos de área mas extensa que la auscultación in situ a lo largo de la traza Monitorización de subsidencias y deslizamientos de ladera a lo largo de la traza de carreteras y áreas adyacentes Monitorización de estabilidad de puentes (estribos) y viaductos (tablero) Monitorización de micro-sismicidad y deslizamientos de ladera provocados por el peso del agua embalsada Hundimientos o levantamientos producidos por el agua en canales y áreas adyacentes Monitorización de diques y muelles Terrenos ganados al mar para la construcción de plantas GNL Monitorización de terminales y pistas de despegue / aterrizaje Monitorización de movimientos en monumentos durante la fase de construcción de infraestructuras Monitorización de edificios, barrios para determinar responsabilidades en recursos de seguros Page 25

26 Monitorización líneas de Metro: Londres Jubilee line Línea de metro Movimiento anual medio (mm/año) Jubilee line Page 26

27 Construcción de túnel en Madrid Metro Madrid Línea 3: monitorización de edificios Objetivo del proyecto Estudio de la evolución de movimiento de edificios por donde pasa la Línea 3 de metro. Estudio comparativo de los resultados InSAR con la auscultación de detalle en el túnel (regletas-mintra). Correlación de las subsidencias medidas con regletas e InSAR. Page 27

28 Construcción de túnel en Madrid Metro Madrid Línea 3: monitorización de edificios Page 28

29 Barcelona Metro Linea 5 TerraSAR-X ( ): áreas de subsidencia C D E B A Gradiente de subsidencia en Plaza de la Habaneras Page 29

30 Monitorización construcción de túnel en Montcada (Barcelona) Objetivo del proyecto Estudio histórico para la detección de áreas geotécnicamente sensibles Monitorización de movimientos ya existentes históricamente y nuevas zonas de movimiento con la construcción de los túneles del AVE Page 30

31 Monitorización construcción de túnel en Montcada (Barcelona) Objetivo del proyecto Estudio histórico para la detección de áreas geotécnicamente sensibles Monitorización de movimientos ya existentes históricamente y nuevas zonas de movimiento con la construcción de los túneles del AVE Monitorización de estribos y terraplenes (puentes) Page 31

32 Monitorización construcción de túnel en Montcada (Barcelona) Objetivo del proyecto Estudio histórico para la detección de áreas geotécnicamente sensibles Monitorización de movimientos ya existentes históricamente y nuevas zonas de movimiento con la construcción de los túneles del AVE Monitorización de terraplenes (carreteras y trenes) Page 32

33 Monitorización construcción de túnel en Montcada (Barcelona) Page 33

34 Muchas gracias por su atención! María De Faragó, Geóloga especialista en Teledetección Barcelona Toulouse Calgary C/ Còrsega, E Barcelona, Spain T.: , avenue de l'europe F Ramonville Sainte-Agne, France T.: Bankers Hall, West Tower, 10 th floor, rd Street SW Calgary AB T2P 5C5, Canada T.: Page 34

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