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Sistema de Monitoreo Ayuda al Servicio de Parques Nacionales a Abordar Preocupaciones de Seguridad sobre Deslizamientos de Tierra

Published Date

Un sistema de monitoreo profesional ayudó al Servicio de Parques Nacionales de Estados Unidos a tomar decisiones de infraestructura crítica.

El Parque Nacional Denali de Alaska, Estados Unidos, también conocido como la "Joya de la Corona del Norte", comprende seis millones de acres de vida silvestre, aventuras al aire libre y una belleza natural impresionante, incluyendo Pretty Rocks Landslide. Mientras estuvo activo durante al menos 60 años, Pretty Rocks Landslide solo de manera reciente ha incrementado sus problemas de seguridad que causan restricciones y cortes en el tránsito de sus carreteras. 

Antes de 2014, los geólogos y los equipos de mantenimiento de carreteras notaron pequeñas grietas en la superficie de los caminos, pero eran fácilmente reparables. Cada año desde 2014, el personal ha observado aumentos sustanciales en el movimiento de las carreteras causados por deslizamientos de tierra.

Denali National Park and Preserve (Denali), una división del Servicio de Parques Nacionales del Departamento del Interior de EE.UU., implementó un programa de monitoreo en 2016. Para 2021, la tasa de movimiento de carreteras evolucionó de caer 6-12" por año, a caer hasta 0.65" por hora. En este punto, las actividades de mantenimiento estándar ya no se consideraban seguras o eficaces, por lo que los cierres de carreteras principales comenzaron mientras Denali determinaba cómo restablecer los caminos a través de esta zona con una solución más resistente y de largo plazo.

Fue crucial para este proyecto de monitoreo que Denali necesitara determinar la tasa de movimiento, para evaluar la seguridad y entender la causa subyacente del movimiento. Previamente habían notado una correlación entre la lluvia y los años inusualmente cálidos, pero querían saber si había otros factores que condujeran al rápido declive de la carretera.

Foto compuesta del área de deslizamiento de Pretty Rocks de 2015. Contorno de deslizamiento de tierra aproximado indicado por la línea de puntos roja. (NPS foto y leyenda del artículo)

Foto 2: Ubicación del desprendimiento de tierras en Pretty Rocks (Foto: NPS)

Más allá de los desafíos de mantenimiento para entender la causa de raíz

El Servicio de Parques Nacionales estudió las opciones de monitoreo de deslizamientos e identificó un método de bajo costo, pero no probado, que podrían implementar por sí solos. Sin embargo, el equipo consideró que la opción más segura y efectiva era ir con un sistema de monitoreo "fuera de la caja". El equipo recurrió a Trimble ‍para elaborar estrategias y determinar los próximos pasos.

Trimble ha proporcionado sistemas de monitoreo manual para Pretty Rocks Landslide desde 2016 y tiene un amplio conocimiento y experiencia en desafiantes proyectos de monitoreo en ubicaciones remotas. La campaña de monitoreo manual existente involucró 30 monumentos instalados, barras de refuerzo con tapas de aluminio instaladas en la superficie del deslizamiento de tierra y un receptor Trimble RTK GNSS para medir los monumentos de forma periódica. Este sistema midió con precisión el movimiento pero no capturó escalas temporales más finas. La RTK permitió la misma cantidad de puntos de datos; sin embargo, hubo una resolución temporal mucho menor y un tiempo más largo entre la recopilación de datos y la disponibilidad, debido al tiempo de publicación. Por lo tanto, el equipo de expertos de monitoreo de Trimble recomendó un sistema de Estación Total De Monitoreo Automatizado (AMTS) para exactitud, precisión, capacidades en tiempo casi real y rentabilidad.

"El equipo de monitoreo de Trimble implementó un sistema que satisfizo nuestras necesidades para tomar decisiones de seguridad y mantenimiento para el proyecto Pretty Rocks Landslide", dijo Denny Capps, geólogo del parque. "Antes de implementar el sistema de monitoreo automatizado, teníamos una mala comprensión de cuáles eran las condiciones meteorológicas que eran los principales impulsores del aumento del desplazamiento. Las fuertes lluvias son a menudo un predictor, pero las condiciones de calentamiento también son importantes porque el sitio contiene abundante permafrost rico en hielo."

16 de septiembre de 2021 foto del lado oriental del deslizamiento de tierra Pretty Rocks. El desplazamiento de aproximadamente 14 pies verticales vistos por debajo de la persona de pie en la superficie estable de la carretera (a escala) se produjo durante dos semanas después del cese del mantenimiento y el uso de la carretera el 2 de septiembre de 2021. (NPS foto y leyenda del artículo)

(NPS foto y leyenda del artículo)

La ubicación accidentada y remota de Pretty Rocks Landslide fue el principal desafío de monitoreo. El deslizamiento de tierra atraviesa una topografía empinada y rocas volcánicas sueltas; por lo tanto, la capacidad de monitorear el movimiento desde una distancia segura era una clara ventaja. Incluso entonces, el personal requería equipos de protección contra caídas para acceder al AMTS. Debido a la distancia de otras infraestructuras, el equipo de vigilancia utilizó una instalación solar para obtener energía. Habida cuenta de la falta de redes celulares y locales, el equipo de vigilancia estableció un sistema satelital con la combinación adecuada de capacidad de transmisión de datos y costo para mantener la comunicación 24/7. Esta opción permitió al equipo del Servicio de Parques Nacionales recibir datos del sistema casi en tiempo real en cualquier ubicación con una conexión a Internet y las credenciales de inicio de sesión adecuadas.

Establecimiento de un sistema para identificar y medir el desplazamiento

El equipo de monitoreo instaló el siguiente sistema para el proyecto Pretty Rocks Landslide:

  • Trimble S5 AMTS, para medir con precisión distancias y ángulos desde unos 35 pequeños prismas instalados dentro y alrededor del deslizamiento de tierra. El equipo eligió los prismas como una opción eficaz en función de los costos en lugar de los sensores de los GNSS porque preveía que el equipo de vigilancia sufriría daños por desprendimientos de rocas y desechos. El equipo tomó medidas iniciales para establecer una línea de base y la estación total repitió la medición a intervalos horarios, 24 horas al día.
  • Trimble Settop M1, un controlador de estación total que es una combinación de una computadora de campo, servidor de dispositivos, enrutador, módem celular e interruptor remoto, que controla y alimenta la estación total que permite la recopilación de datos y la transferencia de datos en tiempo real al software de oficina.
  • Software Trimble 4D Control™ (T4D), para gestionar datos y publicar en una interfaz web que permite al personal ver los datos de forma remota en cualquier momento. T4D fue crucial para crear gráficos de las ubicaciones del prisma. El equipo configuró análisis, informes y alarmas, basándose en el conocimiento del sitio del proyecto. Las ubicaciones de prismas adyacentes a la carretera fueron las más valiosas porque presentan datos claros para el análisis de monitoreo. T4D está equipado con alarmas de umbral de tiempo y movimiento que alertan automáticamente al personal cuando se superan los umbrales preestablecidos. Se fijaron umbrales para vigilar los movimientos excesivos, las lluvias torrenciales, etc., y resultó de gran ayuda para el equipo de vigilancia.
  • Estación meteorológica, que incluye un termómetro blindado, un anemómetro (velocidad y dirección del viento) y un medidor de lluvia basculante que proporciona información ambiental que puede correlacionarse con los movimientos en el sitio.
  • Cámara time-lapse, que proporciona contexto y confirmación de lecturas instrumentales. Los videos time-lapse también son imágenes poderosas para ayudar a las audiencias no técnicas a entender los complejos procesos 4D.
  • Sistema de energía solar, que utiliza paneles solares para cargar numerosas baterías que alimentan el sistema durante tiempos de poca luz.
  • Sistema de Internet por satélite, para transmitir todos los datos del sistema anterior a una computadora en la sede del parque.

Trabajar a través de curvas de aprendizaje e identificar la causa raíz

A través de la perforación y la investigación adicional, un equipo más amplio de expertos determinó que Pretty Rocks es en realidad un glaciar de roca que probablemente se está acelerando debido al calentamiento de las temperaturas del suelo y las precipitaciones más pesadas.

El monitoreo de los datos del AMTS fue clave para mostrar la tasa de aumento y los niveles de movimiento de la tierra y ayudar al equipo de Denali a tomar decisiones informadas a lo largo del proyecto, incluida la difícil decisión de establecer restricciones de carreteras durante períodos cortos en 2019 y 2021, un cierre anticipado en 2021, y un cierre completo en 2022.

"Durante todas las fases del proyecto, el equipo de monitoreo de Trimble entregó una campaña de monitoreo completamente funcional que satisfizo nuestras necesidades", recordó Capps.

Los turistas y aventureros pronto deberían estar de vuelta en el camino para experimentar la belleza natural del parque, incluyendo el área de Pretty Rocks.

Ilustración científica de la superficie y subsuelo del derrumbe de Pretty Rocks por Laurel Mundy (Ilustración de NPS tomada del artículo)