INTRODUCCIÓN

Frente a los riesgos que presenta un proyecto minero en sus diferentes etapas de implementación, entender la geología, composición y tipo de material, condición hidrogeológica y los distintos factores que inciden en el comportamiento del macizo a intervenir, es fundamental para el diseño y desarrollo de las operaciones. Sin embargo, esto no asegura que los riesgos latentes tanto en minería subterránea como a cielo abierto, finalmente terminen por afectar el normal avance de los procesos, por lo que siempre es recomendable contar con apoyo de instrumentos que ayuden a  la toma de decisiones oportunas que impacten positivamente en la gestión integral de riesgos geotécnicos, previniendo de esta manera, tener que presenciar accidentes fatales, daños a equipos y a la infraestructura, cortes de accesos e interrupciones no programados en la producción. Tal como se ha visto en el presente módulo, la instrumentación geotécnica está presente en todo el ciclo de vida de un yacimiento, desde la prefactibilidad hasta el cierre de minas, por lo que es muy necesario contar con equipos para realizar los correspondientes ensayos de investigación como para el monitoreo en las etapas de desarrollo, diseño y producción de la mina. En tal sentido, la siguiente investigación centra sus esfuerzos en conocer más sobre el ámbito del monitoreo a cielo abierto y la eficiencia y ventajas de materializarlo mediante el uso de un equipo radar de apertura sintética, clasificados como GB SAR (radares terrestres de apertura sintética), para lo cual, nos centraremos en uno que actualmente está siendo muy usado en la minería a cielo abierto en Chile, conocidos como IBIS ArcSAR, que consisten en una recogida de datos en tiempo real sobre inestabilidades o condiciones del macizo rocoso, con un alto grado de confiabilidad y calidad de data que permite evaluar de manera preventiva posibles colapsos en la operación.

INFORMACIÓN BASE

RADARES DE APERTURA SINTÉTICA

El Radar es un sistema que utiliza sus propias ondas de radio para recibir información de un objeto, al emitir su propia energía, es conocido como un sistema activo. El objetivo al recibir la energía emitida por el sensor, la absorbe, transmite o refleja en todas direcciones. Dependiendo de las propiedades y geometría del objetivo, una parte de la energía es reflejada de devuelta hasta el radar. El tiempo que tarda en regresar la energía hasta el radar es proporcional a la distancia del objetivo desde la antena. Por ende, un radar es un instrumento capaz de detectar un objeto distante, entre sí mismo y el objetivo. Ahora bien, existe una variada gama de radares, entre los cuales encontramos los Radares de Apertura Real (RAR) y los Radares de Apertura Sintética (SAR).

En el “radar de apertura real (RAR)”, el ancho del haz es inversamente proporcional a la longitud de la antena de emisión. Por ende, a mayor tamaño de la antena, el ancho del haz disminuirá y el sensor incrementará su capacidad de distinguir objetos en un espacio más pequeño. En este sentido, resulta ser su mayor limitante puesto que portar una antena de gran tamaño resulta poco práctico frente a condiciones adversas.

El “radar de apertura sintética (SAR)” utiliza algoritmos de procesamiento avanzados para aumentar la resolución azimutal del radar y poder recibir más información de los objetos en la superficie. Como su nombre lo indica, busca sintetizar el efecto de apertura que lograría una antena de mayor tamaño. Una de las grandes diferencias entre estos dos tipos de radares, es que en el SAR el haz se dirige hacia el objetivo por un mayor tiempo, aumentando los pulsos de radiofrecuencia y al sumar correctamente el total de la energía reflejada por el área objetivo resulta en una mejor resolución azimutal.

Para el desarrollo de este estudio, tomaremos como instrumento geotécnico de monitoreo el radar de 3ra. generación IBIS ArcSAR del año 2017, donde por sus siglas en inglés, Image By Interferometric Survey (IBIS) y Radar de Apertura Sintética (SAR). Este equipo puede observar la superficie de la Tierra tanto de día como de noche y bajo casi cualquier tipo de condición meteorológica, lo que lo hace un sensor ideal para apoyar una amplia gama de aplicaciones científicas. Además, “SAR puede penetrar a través de varios medios (como la vegetación, nieve, suelo), medir la deformación y pequeños movimientos en la superficie terrestre (del orden de centímetros), y la señal es sensible a la estructura y a la humedad en la superficie. Estas características son valiosas para monitorear la estructura de la vegetación y el uso del suelo, detectar deformaciones y movimientos en la superficie terrestre (p.ej., terremotos y deslizamientos de tierra) y en el hielo (p.ej., movimiento de glaciares), inundaciones y humedad del suelo, entre otros”. (NASA, 2024)

Evolución de este tipo de equipos en el tiempo, con información del nombre, año y alcance en kilómetros:

Figura 1

Las ventajas que proporciona el IBIS ArcSAR son que aumenta las opciones de detección de fallas, reduce los factores atmosféricos y tiene un amplio rango de tasa máxima de deformación medible. Además, su tiempo de adquisición es más efectiva que los otros modelos:

A continuación, se muestra un glosario de lenguaje requerido para el estudio:

Figura 2

Otros conceptos:

Interferometría:

Durante cada adquisición IBIS, el “eco” regresa al radar con información de cada pixel.  Este eco trae de vuelta a IBIS una información de amplitud de la señal |A(n)| y fase φ.  Amplitud:

Está relacionada a la potencia de retrodispersión del dato (Alta amplitud es buena reflexión).

Fase: Es un valor de ángulo que se mueve en el intervalo −π; +π.

Interferograma: Es un mapa de diferencia de fase entre dos adquisiciones (∆ φ). Un Interferograma es un mapa que proporciona información sobre la deformación de todos y cada pixel.

Figura 3

El análisis interferométrico proporciona datos de objetos que se desplazan, comparando la información de la fase adquiridos en diferentes periodos de tiempos, de ondas de reflexión desde el objeto:

Figura 4

Cuanto más grande sea la diferencia de fase, mayor será el desplazamiento.

Análisis comparativo de eficacia y eficiencia de los diferentes radares modelos ArcSAR:

Cuadro 1

Tomando en consideración los antecedentes antes señalados, es necesario explicar la velocidad máxima medible del radar, cuyo parámetro incide en cada una de las lecturas que realiza el radar ArcSAR y en las cuales se tiene ciertas limitaciones:

Figura 5

A fin de demostrar la eficiencia del radar ArcSAR respecto de los otros modelos de apertura sintética, tomaremos el siguiente enunciado; Si debemos cubrir una distancia de 6 km, con un tiempo de adquisición de datos de 20 segundos y con un máximo de cobertura, entonces obtendríamos lo siguiente:

ANÁLISIS

Como primera aseveración podríamos asegurar que la eficiencia del radar ArcSAR está claramente definida respecto de los otros modelos. Sin embargo, tal como se aclaró en el presente módulo, la selección del instrumento a utilizar, va a depender directamente del tipo de trabajo, diseño de la mina, tipo de material y otros factores que deseemos cubrir durante la operación, por tanto, nada está totalmente decidido a la hora de contratar o comprar un equipo de monitoreo. De igual modo, es importante conocer tanto las ventajas como las ventajas del equipo en estudio, ya que existen factores externos que dificultan su operación. Para ello, es necesario conocer su funcionalidad, con que otros equipos se integra, software con que opera, hardware y enlace requerido para la transmisión de datos.

Figura 6

La figura anterior, muestra los tipos de datos y formatos en que se procesan, por lo que es muy importante pasar a describir el diseño integral de equipos y enlaces. Desde la unidad de radar en terreno, se enlaza desde un computador de campo Toughbook CF-54 que funciona con IBIS controller SW conectado a la red de internet de la mina, donde posteriormente son transmitidos a una estación de monitoreo remota que recibe los datos y los procesa en un software llamado IBIS Guardian SW. Este último, se encarga de recibir los archivos PSV y los refleja en forma de isolíneas que representan el comportamiento del macizo rocoso, de las que se puede obtener información de su desplazamiento, velocidad, velocidad inversa, aceleración y amplitud. Con ello se puede evaluar y analizar la calidad de los datos obtenidos en el data quality, para posteriormente determinar si existe alguna condición que amerite generar una alerta temprana y evitar así colapsos que impliquen riesgo a la operación.

Figura 7

Las ventajas de contar con este instrumento de monitoreo son de altos estándares y de alta confiabilidad, siendo algunos la cobertura en 360º, fácil traslado y posicionamiento, no necesita ser reposicionado constantemente y la seguridad que brinda al estar lejos de la operación. Así también, su respaldo de energía al contar con paneles solares que abastecen su fuente principal (generador), permite un encendido automático de respaldo ante alguna contingencia, debiendo realizársele mantenciones programadas para que no presente inconvenientes ni fallas en su operación continua.

Por otra parte, las desventajas que presenta tienen relación con factores atmosféricos, ya que, frente a fuertes vientos, condiciones de nieve, lluvias, sismos e incluso las altas temperaturas, presenta interferencia en la adquisición de lecturas y no permite un buen análisis que lleve a determinar una condición con total seguridad. Otra desventaja, radica principalmente en las comunicaciones y enlaces, que, debido a cortes de energía tanto en la mina como en la estación, interrumpe la continuidad del monitoreo 24/7, siendo necesario contar con personal técnico en informática con frecuencia para brindar el soporte necesario.

Si bien es cierto, posee características muy ventajosas para cubrir posibles inestabilidades en pendientes y taludes, debe funcionar integrado con otros equipos de medición frente a fisuras y grietas con proyección perpendicular, ya que su principal función es la captura de datos de desplazamiento vertical y horizontal, por lo que evaluar una grieta con vectores de esfuerzo que no estén en dirección opuesta ni a favor del radar, será difícil su evaluación.

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

Abordando las desventajas que presenta el radar ArcSAR, se debe mantener un cabal programa de mantenimiento que permita su continuidad operacional, considerando el relleno de combustible en cada turno, revisión de generadores y paneles solares como también la conectividad y enlace correspondiente.

Frente a cortes no programados de energía, revisar que los equipos de respaldo se encuentran en óptimas condiciones para suplir el tiempo requerido, por lo que es necesario conocer el tiempo de operación sin estar conectado a la red de energía principal.

Ante un frente de mal tiempo, considerar que los equipos sean instalados en zonas que les permita un abrigo natural para evitar desbalances y arqueos en que se deba reconfigurar el equipo, ya que ello resultará en pérdida de tiempo y retraso en la operación segura.

En ocasiones existen comportamientos extraños que se muestran en el software de procesamiento de datos, como lo son las ambigüedades de fase, para lo cuales es muy importante contar con especialistas que brinden el soporte adecuado.

Finalmente, para una evaluación y análisis consistentes que permitan tomar decisiones oportunas, se recomienda considerar la recogida de datos integrando otros equipos, sobre todo ante grietas y fisuras que para el radar son de difícil captación por su dirección y buzamiento. En tal sentido, realizar una medición diaria de grietas con extensómetros sería una buena opción.

Para lo anterior, paso a complementar y confirma lo investigado con respuesta del consult académico, donde la respuesta del consultor dice: “Instalar extensómetros en puntos estratégicos del plano de debilidad sirve para evaluar deformaciones internas. Complementar con un radar de superficie para monitorear áreas más extensas y correlacionar movimientos superficiales con las deformaciones internas. En escenarios críticos, integrar ambos sistemas es ideal para generar un análisis robusto y confiable, especialmente en litologías como las mencionadas (Una grieta interbanco en roca insitu con litología de toba y sedimentario volcánica), que pueden tener comportamientos heterogéneos.

CONCLUSIONES

Este instrumento de 3ra. Generación permite reducir los riesgos y brindar la seguridad a las operaciones mineras a cielo abierto con los más altos estándares que requiere la industria respecto del monitoreo de superficie. Sin embargo, siempre se debe tomar la mejor decisión a la hora de adquirir un equipo de monitoreo geotécnico, evaluando la vida útil del equipo, la magnitud del trabajo que se desea estudiar v/s los costos asociados, ya que son equipos de alta gama y de costos muy elevados. En efecto, si de eficiencia y fiabilidad se trata, y además la operación lo requiere, el radar ArcSAR es una de las mejores opciones.

Es dable mencionar, que frente a las dificultades que presenta la operación de este equipo, deja claramente una brecha de investigación para seguir trabajando en la mejora continua tanto de software como de hardware. En este punto cito textual; “La adquisición de datos geotécnicos de minas puede conducir a la generación de volúmenes masivos de datos a partir de estudios in situ y operaciones mineras, haciendo que la gestión, almacenamiento y utilización de los datos sean difíciles. La mejora del rendimiento de las computadoras y los nuevos desarrollos de software están cambiando esta situación. Fácil de usar sistemas integrados de gestión de datos geotécnicos con 3-D. Se puede prever visualización e inmersión de datos, vinculando seguimiento, análisis, predicción y remediación. Estos intentos de “fusión” de datos están avanzando hacia la adopción de la tecnología de realidad virtual, donde la identificación de relaciones ocultas, el descubrimiento y explicación de interdependencias de datos complejas y los medios para comparar y resolver interpretaciones diferentes, puede facilitarse”, (Kaiser et al. 2022).

De acuerdo con lo anterior, cabe mencionar que actualmente el software Guardian versión 3.1 trabaja sin mayores inconvenientes con AiDA que es un programa de IA, siendo el motivo por lo que la línea de investigación no termina con el estudio realizado aquí, sino más bien, es un análisis previo a lo que se puede abordar. También mencionar y agradecer la respuesta del profesor en el camiper sonsult académico, la cual fue de mucha ayuda y una oportunidad de crecimiento en este módulo. Muchas gracias.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. NASA, (2024). EARTH SCIENSE APPLIED CSIENCE, ARSET - Introducción al Radar de Apertura Sintética (SAR) y sus Aplicaciones. Recopilado de: https://appliedsciences.nasa.gov/get-involved/training/spanish/arset-introduccion-al-radar-de-apertura-sintetica-sar-y-sus#:~:text=El%20Radar%20de%20Apertura%20Sint%C3%A9tica,amplia%20gama%20de%20aplicaciones%20cient%C3%ADficas.
2. Kaiser, P.K., Henning, J.G., Cotesta, L., and Dasys, A. 2002. Innovations in mine planning and design utilizing collaborative virtual reality (CIRV). In Proceedings of the 104th CIM Annual General Meeting.