Por: I. Reyna y O. Mendoza, Sample Solution y Stefan A. Vollgger, Rock Mapper Pty Ltd.

Presentado en el 8° Simposio Peruano de Geoingeniería.

Resumen

El mapeo geológico es esencial para la interpretación de estructuras geológicas en túneles y minería subterránea. Hasta la fecha, este proceso se realiza de manera manual, lo que resulta costoso, poco eficiente y muy subjetivo en un entorno actualmente digitalizado. 

Este trabajo técnico presenta la aplicación Rock Mapper, una innovadora aplicación móvil que, mediante tecnología Lidar, permite realizar mapeos geológicos digitales en 3D, mejorando la precisión y la eficiencia al momento de realizar este trabajo. Rock Mapper permite generar modelos tridimensionales detallados en tiempo real, optimizando la planificación y reduciendo los riesgos en las zonas que se tiene que realizar el mapeo geológico. 

Los resultados obtenidos incluyen imágenes 2D, escaneos Lidar 3D, informes y archivos georreferenciados, los cuales se integran fácilmente en diversos software de modelamiento geológico. El presente trabajo técnico concluye que Rock Mapper es una solución integral para la digitalización del mapeo geológico, transformando la manera en que los geólogos realizan su trabajo en entornos subterráneos siendo ahora más simplificado, consistente y rápido.

Palabras clave: mapeo geológico digital, Lidar 3D, túneles, minería subterránea

Introducción

El mapeo geológico es la representación gráfica precisa del tipo de roca/contacto litológico y las estructuras geológicas como fallas, juntas y pliegues. Estas estructuras se plasman en un plano topográfico con su ubicación exacta, así como su dirección y buzamiento, correspondientes. La importancia del mapeo geológico en entornos subterráneos, como minas y túneles, radica en la capacidad para interpretar el marco estructural y su continuidad, lo que resulta crucial para la toma de decisiones y la seguridad operativa.

Para llevar a cabo un mapeo geológico correcto, es necesario contar con todas las herramientas adecuadas que permitan realizar un trabajo preciso. Además, es fundamental asegurarse de que las condiciones en el área de trabajo, como la ventilación y el sostenimiento, sean óptimas. Entre los materiales utilizados en geología para realizar este tipo de trabajo se incluyen planos topográficos, tableros para mapeo, protractor a escala, lápices de colores, cintas métricas, brújulas, martillos geológicos, pintura, entre otros. Como se puede apreciar, el geólogo debe valerse de una variedad de herramientas para llevar a cabo un mapeo geológico subterráneo adecuado y preciso.

En el pasado, las estructuras geológicas y cuerpos mineralizados eran visualizados y procesados usando mapas y secciones geológicas dibujadas a mano, la recolección manual de datos en papel tenía sentido. Sin embargo, en la era digital actual, donde la planificación de recursos y producción minera se realiza de manera digital y en 3D, el uso de métodos manuales resulta costoso e ineficiente. En la búsqueda de comprender y cartografiar el mundo que nos rodea, la tecnología se ha convertido en una aliada invaluable. Es en este punto donde entra en juego el mapeo digital con Rock Mapper, una aplicación móvil para el iPad Pro que permite llevar a cabo el mapeo geológico digital, escaneo 3D Lidar, así como el seguimiento al muestreo y la obtención de los valores Q de Barton que se pueden obtener del mapeo geotécnico.

Esta aplicación, está desarrollada en base a la tecnología Lidar, la cual día a día sigue sorprendiendo al mundo por su increíble precisión en la captura de datos tridimensionales. Con Rock Mapper, se recopila lo datos en tiempo real y, en cuestión de minutos, se logra obtener un modelo 3D detallado de las labores en minas subterráneas como en túneles, sobre los cuales se puede iniciar el mapeo geológico.

Los beneficios de utilizar Rock Mapper en la minería subterránea y en los túneles son abundantes y significativos. En primer lugar, proporciona una visión detallada del entorno, ayudando a identificar las estructuras geológicas. Además, permite una planificación más precisa en las actividades del mapeo geológico, lo que aumenta la seguridad de los trabajadores y reduce los costos operativos.

Rock Mapper

En respuesta a las necesidades actuales del sector minero, en especial en minería subterránea y la construcción de túneles, Rock Mapper permite llevar a cabo el mapeo geológico digital tanto en 2D como en 3D de una labor en minería subterránea como también en los túneles. Una vez obtenida la imagen y/o el escaneo 3D, no es necesario que el profesional a cargo siga permaneciendo en el lugar de trabajo, pudiendo realizar el mapeo geológico desde una ubicación más segura.

Rock Mapper está diseñada para resolver los desafíos que pueden interferir con los procesos operativos mineros, tales como, sectores poco seguros, mapeo geológico manual y la recolección de datos subjetivos. Con Rock Mapper se busca generar accesibilidad, ofrecer análisis detallados de las estructuras geológicas de interés y permitir trabajos en un entorno más seguro, sin interferencias y con mayor rapidez en el procesamiento de la información.

Configuración de la aplicación

Al abrir Rock Mapper es necesario configurar la aplicación antes de ingresar al campo, siendo este un proceso rápido y sencillo:

ν Establecer la declinación magnética y la rotación de la red minera o del túnel.

ν Configurar capas de mapeo.

ν Configuración de los reportes.

ν Configuración de estaciones láser y puntos de referencia.

Herramientas de mapeo

Hay cuatro tipos principales de capas de dibujos / anotaciones disponibles en la opción de mapeo:

1. Contactos, los cuales se muestran como líneas continuas.

2. Estructuras, se muestran como las líneas discontinuas.

3. Puntos de interés (PDI), se muestran como puntos con texto informativo opcional.

4. Anotaciones, se muestran dibujos libres como líneas finas y sólidas.

Informes

Rock Mapper también genera reportes al finalizar el mapeo geológico, por eso se puede configurar los campos de información general, como los campos de informe para el mapeo geológico y geotécnico (Sistema Q). Se utilizan esencialmente para registrar cualquier otro dato que aún no está cubierto en las capas de anotaciones. Todos los campos del informe se pueden configurar libremente.

Georreferenciación

Rock Mapper para georreferenciar las fotografías, así como el escaneo 3D Lidar, utiliza dos métodos:

ν Estaciones láser – En función de la ubicación conocida (X/Y/Z) y la orientación (azimut e inmersión) de una estación láser en dirección al avance, así como de la distancia medida a al frente, pero antes, se determina la posición del punto láser proyectado en el frente de la roca. Se calcula automáticamente y luego se utiliza para posicionarlo en el espacio 3D.

ν Punto de referencia – Basado en la ubicación conocida (X/Y/Z) de un punto en la fotografía del frente, también se puede ubicar en el espacio 3D.

La información de la estación láser se muestra en la ventana “Laser Stations” y la información de los puntos de referencia en la ventana de “Points”.

Las estaciones láser y puntos de referencia creados pueden ser editados como eliminados en el proceso sin generar problemas o complicaciones más adelante en el proyecto, ya que se puede tener la fotografía del frente y/o el escaneo 3D Lidar mapeado y luego agregar la estación láser o el punto de referencia correcto.

Todas las estaciones láser y puntos de referencia creados están disponibles para ser seleccionados en la ventana de referencia luego de tocar el icono de cruz en la barra de herramientas de georreferenciación.

Realidad aumentada

Esta herramienta permite revisar el detalle del escaneo 3D Lidar a cualquier escala y en cualquier lugar. Asimismo, se logra visualizar el mapeo geológico realizado.

Esta herramienta es una función diseñada para la visualización y análisis de estructuras geológicas en tiempo real, combinando el mundo físico con modelos 3D digitales capturados por medio del escaneo Lidar.

Objetivos

ν Proporcionar una representación tridimensional de la zona que permita a los geólogos realizar el mapeo geológico digital en 3D, facilitando la visualización espacial de las diversas estructuras geológicas y cuerpos mineralizados.

ν Analizar en detalle, mediante la realidad aumentada, las estructuras geológicas de una zona en 3D, sin necesidad de estar presente en el lugar, evitando así riesgos innecesarios.

ν Realizar el mapeo geológico de manera simplificada, consistente y rápida, eliminando tiempos muertos asociados en el proceso de recolectar la información de manera manual como se hace actualmente en las minas subterráneas y túneles.

ν Obtener información de manera directa para generar una base de datos y, posteriormente, un modelo geológico 3D.

Metodología

Mapeo geológico

Para realizar el mapeo geológico con la aplicación Rock Mapper primero se debe configurar las opciones según los requisitos del proyecto:

1. Configurar las opciones de mapeo, ajustar las opciones de los contactos, estructuras, PDI y anotaciones, los cuales se utilizan al momento de realizar el mapeo geológico, estas opciones también pueden ir actualizándose de acuerdo con el avance del proyecto.

2. Capturar o importar fotografías, esta acción se realiza del frente de la labor minera o del túnel. Al momento de realizar la fotografía, uno se debe colocar en el centro del camino mirando perpendicularmente a la zona, ya que el valor del rumbo adquirido se utiliza para fines de georreferenciación. Alternativamente, se puede ingresar manualmente el valor del rumbo de la fotografía.

3. Escaneo Lidar, se utiliza el sensor Lidar integrado al iPad Pro para generar un escaneo 3D de la labor minera o del túnel, complementando la fotografía. El escaneo Li- DAR no está diseñado para reemplazar la fotografía, pero debe usarse como una fuente adicional de información que pueda recopilarse rápidamente.

4. La fotografía y el escaneo 3D comparten información de georreferenciación, como el rumbo del frente, la distancia al frente y la estación láser. Se debe elegir el punto de referencia compartido tanto en la fotografía como en el escaneo 3D. En caso de que no haya ningún punto estudiado o estación láser disponible en el momento del mapeo, luego se puede agregar esta información y actualizar el proyecto. La georreferenciación, se logra utilizando:

ν Una barra de escala, solo en el caso de las fotografías; los escaneos Lidar ya están escalados correctamente.

ν Orientar el frente de la labor minera o del túnel.

ν Determinar un punto topográfico o medir la distancia desde este a un punto establecido (estación láser). La posición y orientación de una estación láser o la ubicación de cualquier punto estudiado directamente en el frente.

5. Rock Mapper permite realizar anotaciones tanto en el frente como en el escaneo 3D para capturar datos geológicos. Se selecciona entre las capas de anotaciones (contactos, estructuras, PDI o garabatos) para luego graficar en la fotografía del frente y/o el escaneo 3D. Para las fotografías y escaneos 3D georreferenciados, las coordenadas 3D de todas la líneas y puntos graficados se calculan automáticamente en segundo plano y se almacena dentro del proyecto.

6. Exportar y compartir, todos los datos capturados en Rock Mapper se transfieren desde el dispositivo a través de una cuenta en la nube.

7. Descarga, Rock Mapper permite descargar toda la data obtenida en un archivo ZIP, desde la cuenta de la nube. Esta característica ayuda a agilizar la colaboración en un equipo de profesionales al permitirles compartir datos entre ellos.

Una vez obtenida la información, se puede generar una base, y posteriormente, un modelo geológico 3D, ya que los datos obtenidos de Rock Mapper son compatibles con diversos software de modelamiento 3D como Maptek Vulcan, Leapfrog Geo, Surpac, Micromine y otros.

Mapeo geotécnico

Para la evaluación del macizo rocoso, Rock Mapper incluye una herramienta dedicada para la evaluación geotécnica basada en el sistema Q de Barton (según Barton et al., 1974).

Rock Mapper permite configurar zonas individuales del macizo rocoso. Para cada zona, se calcula automáticamente un valor de Q en función de los valores seleccionados para RQD, Jr, Jw, Jn, Ja y SRF que se presentan al usuario en listas preconfiguradas.

Únicamente con la fotografía del frente Rock Mapper permite calcular el índice Q de Barton. Se ingresa los valores de cada parámetro geotécnico (RQD, Jn, Jr, Ja, Jw y SRF) apoyados de las listas preconfiguradas o de manera manual, y automáticamente, se obtienen los resultados del tamaño de los bloques (RQD/Jn), la resistencia al corte entre los bloques (Jr/Ja) y la influencia del estado tensional (Jw/SRF), para que finalmente Rock Mapper calcule el valor de Q.

Como resultado final, Rock Mapper muestra la calidad del macizo rocoso, así como un reporte en formato PDF y un archivo CSV con los datos brutos del sistema Q.

Muestreo y dominio 3D

Adicional al muestreo geológico y geotécnico (Sistema Q), Rock Mapper incluye dentro de sus funciones la realización del muestreo en 2D, y en su próxima versión se habilitará la función para generar muestreos en 3D. Para llevar a cabo este proceso, es fundamental la creación de dominios de muestreo, ya sean litológicos o categóricos, desde la etapa inicial de configuración. En esta fase, se debe establecer todos los dominios posibles que permitan realizar el muestreo adecuado.

Gracias a la interfaz gráfica intuitiva de Rock Mapper, es posible el reconocimiento de longitud de tramos de cada dominio, tanto en 2D como 3D, lo que optimiza la precisión y eficiencia en la adquisición de datos para su posterior análisis.

Resultados

Los resultados obtenidos de Rock Mapper incluyen:

ν Imágenes 2D - Capturadas para realizar el mapeo geológico del frente, hastiales y/o la corona de la labor minera o túnel.

ν Escaneos Lidar 3D - Modelos 3D fotorrealistas al momento de realizar el escaneo a lo largo de la labor minera o del túnel.

ν Extensiones del mapeo geológico - Archivos (polilínea y puntos) georreferenciados creados durante el mapeo geológico, que pueden cargarse de manera directa a diferentes software de modelamiento 3D.

ν Archivos CSV de datos - Archivos generados al registrar el rumbo y buzamiento, o dip/dip direction, de las estructuras geológicas, así como atributos estructurales como el relleno de juntas.

ν Archivos producidos al calcular el Q de Barton.

ν Archivos generados al momento de realizar anotaciones libres. (Informe de Mapeo y Geotécnico).

Estos resultados permiten una integración fluida con diversas herramientas de modelamiento y análisis, facilitando la creación de bases de datos y modelos geológicos 3D detallados.

Conclusiones

1. Antes de la llegada de Rock Mapper, realizar el mapeo geológico era una tarea ardua, con múltiples procesos y costos elevados. El mapeo geológico manual es limitado en términos de precisión y eficiencia, además de implicar riesgos humanos y económicos significativos. Ahora, con Rock Mapper, los geólogos e ingenieros pueden realizar el mapeo geológico y geotécnico directamente en modelos tridimensionales mientras estén en el campo.

2. Esta innovadora herramienta representa la solución definitiva al problema de realizar el mapeo geológico manualmente, al permitir un proceso completamente digital. Esta tecnología está abriendo nuevas oportunidades y desafiando los límites de lo que es posible en la minería moderna.

Bibliografía

NGI. 2022. Using the Q-system: Rock mass classification and support design. En Using the Q-system. https://www.ngi.no/en/research-and- consulting/infrastructure-container/tunnels- and-the-q-system/

Rock Mapper Knowledge Base - Getting started. (s. f.). https://rockmapper.zammad.com/help/en- us/6-getting-started

Rock Mapper Knowledge Base - Beginner. (s. f.).https://rockmapper.zammad.com/help/en- us/10-beginner