Movimiento del terreno

Cómo combinar InSAR con GNSS, piezómetros e inclinómetros

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M.Sc. Héctor A. Fdez Hdez
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Ladera con una cicatriz de deslizamiento sobre un valle.

El satélite mide superficie: el desplazamiento de cada punto visible, cada 6 a 12 días, sobre toda la obra y su entorno. La instrumentación mide interior y detalle: presión de poro, movimiento en profundidad y posición de puntos concretos, con frecuencia alta. Son variables distintas, no versiones rivales de la misma, y por eso se leen juntas en vez de compararse a ciegas.

La pregunta aparece siempre igual: si ya hay piezómetros, inclinómetros y una campaña de topografía, ¿qué añade una medida desde satélite? La respuesta corta es cobertura y memoria. La larga ocupa el resto del artículo.

Este artículo es para quien ya tiene auscultación instalada y tiene que decidir cómo encaja una capa satelital sin duplicar trabajo ni generar contradicciones en los informes.

Qué mide cada fuente

FuenteVariableFrecuenciaCobertura
InSAR satelitalDesplazamiento de superficie en línea de vista6 a 12 díasToda la superficie coherente
GNSS permanentePosición 3D de un puntoDiaria o mayorUn punto por estación
InclinómetroDesplazamiento horizontal en profundidadPor lectura o continuaUna vertical
PiezómetroPresión de poroContinuaUn punto y una profundidad
Extensómetro o pénduloDeformación interna de la obraContinuaUn eje
Prismas y estación totalPosición de puntos instaladosProgramablePuntos elegidos

Conviene leer la tabla por columnas y no por filas. La columna de variable dice qué pregunta contesta cada fuente; la de cobertura, sobre qué parte de la obra. Dos fuentes con la misma variable y distinta cobertura se comparan; dos con distinta variable, no: se combinan.

La diferencia clave no es la precisión: es qué variable mide cada una y dónde. Un piezómetro nunca va a decir que el talud sur se mueve; un mapa InSAR nunca va a decir por qué.

Esa distinción explica por qué las discusiones sobre «cuál es mejor» no llevan a ninguna parte. La comparación útil es entre lo que cada fuente permite decidir: un piezómetro justifica un abatimiento; un mapa de velocidades justifica dónde inspeccionar; un inclinómetro justifica una cota de refuerzo.

Hay además una diferencia de naturaleza que conviene tener presente. Los instrumentos miden lo que se decidió medir cuando se proyectó la obra; el satélite mide lo que la superficie devuelve, sin decisión previa. El primero es un diseño, el segundo un archivo. Por eso se complementan tan bien: uno responde preguntas concretas y el otro permite hacer preguntas nuevas sobre el pasado [3].

Las guías de seguridad de presas insisten en que el programa de instrumentación se diseña contra los modos de fallo identificados y según el tamaño y la clasificación de riesgo de cada obra [1]. Añadir una capa satelital no cambia esa lógica: la amplía en cobertura y en histórico.

Los tres papeles del satélite en una red instrumentada

Cubrir lo que nadie instrumentó. La instrumentación se coloca donde el proyecto previó el problema. El satélite mide también donde no se previó, que es donde aparecen las sorpresas: una ladera del vaso, una escombrera, un sector del entorno.

Dar el histórico anterior. Ninguna instrumentación mide antes de instalarse. El archivo satelital arranca en 2015 y permite reconstruir el comportamiento previo, incluido el de la etapa en la que se decidió instrumentar.

Servir de control de conjunto. Un instrumento puede derivar, descalibrarse o moverse con la estructura que lo sostiene. Una medida independiente de la superficie completa es la forma más barata de detectar que algo no cuadra.

Ese tercer papel es el que más se subestima. En Ciudad de México, el punto de referencia del propio producto satelital se hunde; sin anclaje a una estación GNSS, el mapa habría quedado desviado 15 cm al año. El mismo razonamiento vale al revés: un instrumento apoyado en un punto que se mueve produce una serie limpia y equivocada.

Lo que cada fuente aporta al diagnóstico

Un mecanismo geotécnico rara vez se entiende con una sola variable.

El desplazamiento de superficie dice qué se está moviendo y con qué patrón espacial. Es la entrada natural: señala la zona.

La presión de poro dice por qué. Un talud que acelera cuando sube el nivel freático cuenta una historia distinta de otro que acelera tras una excavación.

El movimiento en profundidad dice dónde está la superficie de rotura. Un inclinómetro identifica la cota a la que ocurre el corte, algo que ninguna medida de superficie puede resolver.

La frecuencia alta dice cuándo. Las series continuas capturan la respuesta a un evento —una lluvia, una voladura, un vaciado— con detalle que una pasada cada seis días no alcanza [4].

Juntas permiten pasar de «esta zona baja 30 mm/año» a «esta zona baja por esto, a esta profundidad y con esta respuesta a las lluvias», que es lo que sostiene una decisión.

Qué gana cada parte con la integración

Para el responsable de la instrumentación, la capa satelital reduce puntos ciegos y aporta una comprobación externa que no depende de sus equipos.

Para quien encarga el satélite, la instrumentación da la variable explicativa y la frecuencia alta que la órbita no alcanza, y permite calibrar la interpretación con datos del propio sitio.

Para la propiedad, el beneficio es de gobernanza: dos fuentes independientes que coinciden son mucho más defendibles ante un revisor externo que una sola, por muy buena que sea.

Y hay un beneficio económico que suele decidir el encargo: dirigir el gasto. Instrumentar un activo entero es caro; instrumentar donde el mapa señala movimiento es una inversión acotada, con justificación técnica escrita.

Qué se pierde si solo hay una fuente

Vale la pena mirarlo al revés, porque es como se presentan los problemas reales.

Solo instrumentación. Se conoce muy bien lo que ocurre en unos pocos puntos y nada de lo que ocurre entre ellos. Si el mecanismo se activa fuera de la red, no hay señal hasta que el daño es visible.

Solo satélite. Se ve el patrón completo de superficie, pero sin la variable que explica el movimiento ni la profundidad a la que ocurre. El diagnóstico queda a medias.

Solo campañas periódicas. Se tiene una foto cada varios meses y ninguna forma de saber qué pasó entre campañas, que es justo donde se producen las aceleraciones.

Dicho de otro modo: cada fuente sola deja un hueco distinto, y los huecos no se solapan. Por eso la combinación aporta más que la suma de sus partes.

Cómo se anclan unas medidas con otras

El GNSS es la bisagra entre el satélite y el suelo. Su papel es fijar el cero de la serie y declarar el sesgo del producto [2].

Integración de medidas de superficie e instrumentación01GNSSFija el cero y dala componente 3D02InSARExtiende la medidaa toda lasuperficie03ContrasteAcuerdo entreórbitas y con GNSS04InstrumentosProfundidad,presión y detalle05Lectura conjuntaMecanismo, no solomagnitudCada capa se comprueba contra la anterior; sin el tercer paso, las discrepancias no se pueden interpretar.

El resultado de ese contraste se declara con una cifra. En Aguascalientes, el sesgo del producto respecto a la estación de anclaje fue de +2,7 ± 0,8 mm/año sobre 162 épocas emparejadas, y en el control a ciegas la diferencia con una segunda estación quedó en 4,2 mm/año.

Contraste entre InSAR y GNSS en dos sitios medidosAguascalientes: 4,2 mm/año de diferencia · Control a ciegas sobre 269 épocasAguascalientesControl a ciegas sobre 269 épocas4,2Ciudad de México: 9,2 mm/año de diferencia · Control a ciegas sobre 400 épocasCiudad de MéxicoControl a ciegas sobre 400 épocas9,2Aeropuerto de la CDMX: 3,19 mm/año de diferencia · Sesgo residual tras el anclajeAeropuerto de la CDMXSesgo residual tras el anclaje3,19Casos de estudio de GeoAltia. Menos es mejor: son diferencias entre técnicas independientes.

Qué hacer cuando las medidas no coinciden

Es la situación que más desconfianza genera y casi siempre tiene una explicación concreta. Cuatro causas cubren la mayoría de los casos.

Miden cosas distintas. Un inclinómetro da desplazamiento horizontal en profundidad; el satélite, movimiento de la superficie proyectado en su línea de vista. Que no coincidan es lo esperable.

Están en sitios distintos. Un píxel promedia decenas de metros; un instrumento mide un punto. En un gradiente fuerte, ambos son correctos y distintos.

Una de las dos referencias se mueve. Es la causa más frecuente de discrepancias grandes y sistemáticas.

Hay una componente no observada. El satélite no ve el movimiento norte–sur, así que un desplazamiento en esa dirección aparece atenuado o ausente en el mapa.

Un quinto caso, menos frecuente pero real: el periodo comparado no es el mismo. Una serie satelital ajustada sobre diez años y una lectura instrumental de seis meses pueden discrepar sin que ninguna esté mal, sobre todo si hay componente estacional. Los métodos de series temporales permiten acotar ese efecto, pero solo si se comparan ventanas equivalentes [6].

El procedimiento sano es fijar de antemano cómo se resuelve una discrepancia: qué se comprueba primero, quién decide y qué se escribe en el informe. Sin ese acuerdo, cada fuente acaba defendida por quien la aporta.

Un caso típico de integración

Conviene ver el reparto con un ejemplo compuesto, del tipo que aparece en una instalación minera con depósito de relaves.

La instrumentación del depósito cubre la corona y dos verticales con piezómetro e inclinómetro, y entrega datos cada hora. El satélite cubre el talud completo, la playa, el entorno natural y el tajo, cada 6 a 12 días, con serie desde 2015.

El mapa detecta un sector del talud sur que desciende más rápido que el resto y con componente horizontal. Ese sector no tiene instrumentos cerca. La lectura conjunta permite tres acciones: revisar en campo esa zona, comprobar si los piezómetros próximos muestran algo compatible y, si procede, instrumentar ahí en vez de en otro punto elegido por costumbre.

Esa es la integración real: no un informe con dos capítulos, sino una fuente dirigiendo el uso de la otra. Los requisitos de gestión de relaves piden justamente un programa integrado y coherente con los modos de fallo [5], y esta forma de trabajar encaja en esa definición.

Cómo se combinan según el activo

ActivoInstrumentación típicaQué añade el satélite
PresaPéndulos, piezómetros, colimaciónLaderas del vaso, entorno e histórico
Depósito de relavesPiezómetros, inclinómetros, prismasTalud completo y terreno natural de control
Talud de minaRadar de talud, prismasResto del hueco, escombreras y entorno
Zona urbanaNivelación, testigosSuperficie completa del barrio desde 2015

El detalle por tipo de obra está en qué zonas vigilar en una presa y en InSAR en presas de jales. La comparación entre técnicas de medida de superficie, en InSAR, GNSS y topografía.

Qué pedir para que la integración funcione

  1. Un marco de referencia común, declarado y compartido por todas las fuentes.
  2. La ubicación exacta de cada instrumento, para comparar con los píxeles correctos.
  3. El umbral del sitio, que fija qué diferencias son significativas.
  4. Un calendario de lectura compatible, para comparar periodos equivalentes.
  5. Un procedimiento escrito ante discrepancias.
  6. Entregables en formato abierto, que permitan cruzar series sin rehacer el trabajo.

Preguntas frecuentes

¿El satélite puede sustituir a los piezómetros?

No. La presión de poro no se mide desde órbita, y es una variable central en varios mecanismos de fallo.

¿Cuántas estaciones GNSS hacen falta?

Con una bien situada fuera del fenómeno se puede anclar un mapa amplio. Con dos, además, se puede hacer un control a ciegas, que es la comprobación que convierte el resultado en algo defendible ante un tercero.

¿Qué pasa si el instrumento y el satélite discrepan?

Se revisan cuatro cosas: qué variable mide cada uno, dónde está cada punto, si la referencia se mueve y si hay componente no observada.

¿Sirve para decidir dónde instrumentar?

Sí, y es uno de sus usos más rentables: el mapa de velocidades señala qué sectores están activos antes de comprometer presupuesto en sensores, sondeos y obra civil de instalación.

¿Hace falta instalar reflectores en el sitio?

No es imprescindible. En obras de hormigón, escollera o roca suele haber señal suficiente; en superficies lisas o cubiertas de vegetación, un reflector puede mejorar mucho la densidad de puntos, y esa decisión sale de la viabilidad.

¿Se puede integrar con un sistema de alertas existente?

Sí, como capa periódica. Con cadencia de días, no sustituye a un sistema de alarma continua.

Una red de instrumentos y un mapa satelital no compiten: uno explica el mecanismo y el otro dice dónde mirar y desde cuándo. Qué parte de su obra puede cubrirse con medida satelital se comprueba antes de cotizar, en el monitoreo InSAR de presas y embalses.


Fuentes

  1. Federal Energy Regulatory Commission. Engineering Guidelines for the Evaluation of Hydropower Projects, capítulo IX: Instrumentation and Monitoring.
  2. Bock, Y. y Melgar, D. (2016). Physical applications of GPS geodesy: a review. Reports on Progress in Physics, 79(10), 106801.
  3. Crosetto, M., Monserrat, O., Cuevas-González, M., Devanthéry, N. y Crippa, B. (2016). Persistent Scatterer Interferometry: A review. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 115, 78–89.
  4. ESA. Sentinel-1 SAR User Guide: Interferometric Wide Swath.
  5. Global Tailings Review. Global Industry Standard on Tailings Management, agosto de 2020.
  6. Berardino, P., Fornaro, G., Lanari, R. y Sansosti, E. (2002). A new algorithm for surface deformation monitoring based on small baseline differential SAR interferograms. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 40(11), 2375–2383.

Imagen de portada: James St. John, Oso Landslide (dominio público), recortada y tratada.

Autor

M.Sc. Héctor A. Fdez Hdez

Ingeniero geofísico. Maestro en Ciencias del Mar y Limnología por la UNAM.

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