Aplicación de técnicas de minería de datos a la predicción de las vibraciones del terreno producidas por voladuras de obra civil

Resumen

El objetivo de esta tesis es la obtención de un método de predicción real para las componentes principales de las vibraciones del terreno originadas por voladuras: Velocidad Partícula Pico y la Frecuencia Dominante. Para ello se han utilizado diferentes técnicas de Minería de Datos, empleando como plataforma de trabajo el programa WEKA. El registro de los datos geométricos, de carga, secuenciación, localización y determinación de las estructuras a proteger, es uno de los principales elementos a tener en cuenta. Tanto respecto a la elaboración de las distintas hipótesis de trabajo como de las series de datos para el entrenamiento de los algoritmos (training set) y de las series de datos para la predicción (set data set). En total se han recopilado los datos de 83 voladuras de producción realizadas entre Febrero de 2008 y Julio de 2009, empleando entre 1 y 3 sismógrafos en cada una de ellas, lo cual ha permitido el análisis de 176 pares de datos (velocidad partícula pico y frecuencia dominante). Se busca desarrollar un método que permita a los facultativos optimizar el diseño y ejecución de las voladuras mediante la aplicación de los datos registrados en voladuras previas. Al inicio de los trabajos, los parámetros de diseño de las voladuras serán determinados en base a normativas, proyectos constructivos y estudios previos. Dichos criterios no son variables y se mantienen constantes a lo largo del periodo de ejecución de la obra, a excepción de casos especiales, generalmente muy localizados, que requieran estudios concretos. Por otro lado, con cada voladura realizada se registra un elevado número de datos, los cuales permiten al ingeniero confirmar sus diseños previos, o bien modificar los mismos si fuera necesario a fin de no sobrepasar los límites del criterio de prevención de daños. Las técnicas de minería de datos permiten dar un paso más en dicha dirección. La Regresión Isotónica, Máquinas de vectores Soporte, Procesos Gaussianos, etc, proporcionan la opción de emplear los datos registrados, no para comprobar si los trabajos se han ejecutado correctamente, sino para predecir los resultados de futuras voladuras sin necesidad de acudir a los datos iniciales. Otra importante ventaja es el poder actualizar el modelo con los datos recabados en cada nueva voladura realizada. Se trata en definitiva de lograr que los datos obtenidos trabajen a un nuevo nivel, sirviendo no como un mero elemento pasivo de comprobación cuyo destino final es formar parte de un simple registro de datos, sino como un elemento activo en el desarrollo de un modelo predictivo que permita complementar las ya citadas normativas, proyectos constructivos y estudios previos, logrando de esta menra una mayor comprensión de los trabajos de voladura, y una minimización de uno de los resultados indeseables que conlleva toda voladura: las vibraciones del terreno.