diaz nunez marcos
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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA
MODELO DE PROCESAMIENTO DE DATOS TOPOGRAFICOS APLICADO EN INGENIERIA HIDRAULICA
MARCOS ANTONIO DIAZ NUÑEZ 2002
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA
MODELO DE PROCESAMIENTO DE DATOS TOPOGRAFICOS APLICADO EN INGENIERIA HIDRAULICA
“TRABAJO DE TITULACIÓN PRESENTADO EN CONFORMIDAD A LOS
REQUISITOS PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO DE EJECUCIÓN EN
GEOMENSURA”
PROF. GUIA: VÍCTOR PANTOJA MAZZINI
MARCOS ANTONIO DIAZ NUÑEZ 2002
AGRADECIMIENTO
Quiero partir agradeciendo a mi familia por su apoyo incondicional,
especialmente a mis padres y hermanos, que estuvieron en todo momento junto
a mi, los quiero mucho.
Quisiera agradecer a mis amigos de la Universidad, que hicieron que el
paso por ella fuera una de las mejores experiencias de mi vida, y que los
momentos difíciles, fueran tomados como desafíos y no como problemas.
Finalmente agradezco a todas las personas que trabajan en el Instituto
Nacional de Hidráulica, por haberme permitido desarrollarme como persona y
como profesional, especialmente al señor Juan Carlos Vergara, quien me brindó
su apoyo en todo momento.
ÍNDICE RESUMEN 1
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 2
1.1 ANÁLISIS HIDRÁULICO DE LA CONFLUENCIA DEL ESTERO LAMPA CON EL RÍO MAPOCHO
1.1.1 Generalidades 5
1.2 MARINA Y PUERTO DE CRUCEROS EN CALETA EL MORRO” IQUIQUE – I REGION
1.2.1 Generalidades 9
CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO 12
2.1 FUNDAMENTO TEÓRICO 12
2.1.1 CAMPAÑAS TOPOBATIMÉTRICAS 12
2.1.1.1 Hidrografía 12
2.1.1.2 Campañas batimétricas 13
2.1.1.3 Levantamientos topobatimétricos en playas 14
2.1.1.4 Medición de la marea 17
2.1.2 TÉCNICAS DE POSICIONAMIENTO 19
2.1.2.1 TÉCNICAS VISUALES Y MANUALES DE POSICIÓN 20
2.1.2.1.a métodos visuales de posición 20
2.1.2.1.b posición mediante línea de etiqueta 21
2.1.2.1.c intersección o trisección 21
2.1.3 TÉCNICAS DE MEDIDA DE LA PROFUNDIDAD 24
2.1.3.1 MÉTODOS MANUALES 24
2.1.3.1.a escandallo 24
2.1.3.1.b la barra de sondeo (plancha) 25
2.1.3.2 MÉTODOS ACÚSTICOS (ECOSONDAS) 26
2.1.3.2.a acústica básica en hidrografía 27
2.1.3.2.b ecosonda de haz simple 30
2.1.3.2.c compensador de oleaje 37
2.1.3.2.d calibración del ecosonda 38
2.1.4 MÉTODOS DE MEDICIÓN DE CAUDALES 2.1.4.1 Tipos de aforadores 42
2.1.4.2 Características de un aforador 43
2.1.4.3 Medición de aforo 44
2.1.4.4 Sección de aforo 46
2.1.4.5 Medición mediante molinete 48
2.1.5 MODELOS A ESCALA 50
2.1.6 NORMAS Y ESTÁNDARES DE INFORMACIÓN 52
TERRITORIAL, UNA VISIÓN ACTUAL
CÁPITULO 3 DESCRIPCIÓN DE LA TOMA DE DATOS, FORMAS DE OBTENCIÓN E INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA 60
3.1 Recopilación de antecedentes 60
3.1.1 Fotografías aéreas 60
3.2 Medición topográfica 61
3.2.1 Planteamiento del problema 61
3.2.2 Definición del problema 62
3.3 Trabajos de terreno 63
3.3.1 Levantamiento Topobatimétrico 64
3.3.2 Medición de caudales 67
3.4 MARINA Y PUERTO DE CRUCEROS EN CALETA EL MORRO” IQUIQUE – I REGION 69
3.4.1 Recopilación de antecedentes 69
3.4.2 Medición topográfica 70
3.4.2.1 Planteamiento del problema 70
3.4.2.2 Definición del problema 71
3.4.2.3 Medición de la red de apoyo 71
3.4.2.4 Medición de costa y batimetría 74
3.4.2.5 Toma de muestras superficiales playa y fondo marino 75
3.4.2.6 Medición de mareas 76
CAPÍTULO 4 DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE CÁLCULO Y DIBUJO 84
4.1 ANÁLISIS HIDRÁULICO DE LA CONFLUENCIA DEL ESTERO LAMPA CON EL RÍO MAPOCHO 84 4.1.1 Control 86
4.1.1.1 Río Mapocho 86
4.1.1.2 Estero Lampa 89
4.1.2 Evaluación 90
4.1.2.1 Pendiente del cauce 91
4.1.2.2 Problemas hidráulicos en los puentes 92
4.1.2.3 Problemas con la densificación del cauce 95
4.1.3 Generación de la superficie tridimensional 96
4.1.4 Representación fotorrealista 98
CAPÍTULO 5 RESULTADOS 5.1 GENERACIÓN DE LA GRILLA DE PUNTOS PARA MIKE 21 106
5.2 GENERACIÓN DE PERFILES TRANSVERSALES 108
5.3 CONSTRUCCIÓN PLANOS DE ZONAS DE INUNDACIÓN 110
5.4 CÁLCULO DE AFOROS 111
CAPÍTULO 6 ANÁLISIS Y CONCLUSIONES 6.1 RESUMEN DEL MODELO PROPUESTO 112
6.1.1 Estructura básica del modelo 113
6.2 RECOMENDACIONES PARA LLEVAR A CABO EL MODELO 114
6.3 CONCLUSIONES 123
ANEXOS FOTOGRAFÍAS AÉREAS 126
EJE HIDRÁULICO 131
AFOROS 136
CARTA GANT 145
PLANOS 147
RESUMEN
Este trabajo tiene como objetivo demostrar que, es posible que a través de un
modelo de trabajo, se puede agilizar cada estudio, y así llevar un mayor control y
orden de los datos, además de disminuir los tiempos requeridos para cada estudio.
Se abordan en esta presentación las etapas necesarias, que bien planificadas
permiten llegar al producto final deseado, que es entregar la información
topográfica necesaria para realizar trabajos de ingeniería hidráulica.
Mediante el modelo propuesto, se espera optimizar los procesos tendientes a la
elaboración de planos, tablas, e información de distintos ámbitos de la ingeniería,
como hidrología, hidrografía, hidrometría, etc., relacionados de una u otra manera
con el quehacer de la ingeniería hidráulica. También constituye un factor importante
responder a la entrega de estos resultados dentro de cánones de confiabilidad en
cada estudio realizado por el Instituto Nacional de Hidráulica.
Por todo lo mencionado, se requiere de personal preparado, que sea capaz de
enfrentar el terreno, su posterior proceso y presentación de la información
topográfica afín necesaria para los objetivos de un estudio.
CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN
El instituto nacional de hidráulica (INH), es una entidad autónoma del estado,
incorporada al Ministerio de obras Públicas (MOP).
Sirve al país en los campos de la ingeniería hidráulica fluvial y marítima, calibración
de instrumentos y maquinarias hidráulicas docencia e investigación científica y
aplicada. Para el desarrollo de su labor utiliza, mediciones de terreno, técnicas
experimentales modernas de laboratorio y modelos numéricos de última
generación.
En esta institución se han desarrollado estudios como el mejoramiento de los track
de navegación en Valdivia, mejoramiento de la estructura física de los puertos de
San Antonio, Valparaíso, San Vicente, etc., en el área marítima; y en el área fluvial
estudios de defensas y obras ribereñas para distintos tramos de los ríos Mapocho,
Maipo, Cachapoal, etc.
En la actualidad el INH se encuentra desarrollando varios proyectos, que requieren
como antecedente base, de la información proporcionada por la topografía del
lugar.
Esta información recopilada en terreno, sumada a otras anexas o complementarias,
se procesa, dando como producto final planos de información general, de detalle de
obras, de batimetría, de redes, de muestras granulométricas o sedimentológicas,
etc.
Estos procesos requieren actualizarse permanentemente de acuerdo a la
implementación de nuevas tecnologías instrumentales, computacionales o de otro
tipo.
En este contexto y considerando que las empresas del Estado hoy se encuentran
en proceso de modernización, proces o al cual el INH se ha incorporado dada su
condición natural y su rol en el país, se plantea reestructurar y replantear los
sistemas de manejo, control, evaluación, proceso y resultados de las funciones
específicas de la empresa.
De esta forma, se genera la necesidad de redefinir entre otras, la estructura de
procesamiento de la información topográfica y la entrega de sus resultados. Esta
nueva estructura, debe ajustarse a la necesidad de optimizar y sistematizar los
actuales procesos utilizando el recurs o y la tecnología actual.
Dicha estructura implementada de acuerdo a las necesidades de la empresa y los
continuos cambios tecnológicos, puede obedecer a un modelo. Este, ha sido
propuesto de acuerdo a lo planteado y pensado para ser un aporte a los futuros
estudios, teniendo como objetivo principal dar agilidad a los procesos, tener mayor
control y orden, disminuyendo y optimizando los tiempos hasta ahora utilizados en
este tipo de procesos.
El modelo propuesto se realizará a partir del trabajo realizado en dos estudios, uno
fluvial y otro marítimo. De estos dos estudios hidráulicos, ahora se hace una
introducción para la interiorización de ellos.
1.1 “ANÁLISIS HIDRÁULICO DE LA CONFLUENCIA DEL ESTERO LAMPA CON EL RÍO MAP OCHO” 1.1.1 GENERALIDADES
En Enero de 2001, la Dirección de Obras Hidráulicas del Ministerio de Obras
Públicas, en adelante DOH, encargó al Instituto Nacional de Hidráulica, INH, el
desarrollo del estudio denominado "Análisis Hidráulico de la Confluencia del estero
Lampa con el río Mapocho".
Este estudio tiene por objetivo determinar las intervenciones que permitan mejorar
el funcionamiento hidráulico de la confluencia del estero Lampa con el río
Mapocho, dado que este último actúa como condición restrictiva a la evacuación
del estero, represándolo e incrementando sus niveles, inundando sus áreas
ribereñas.
La zona inicial del estudio se encuentra emplazada en el sector de Lo Aguirre,
Región metropolitana, en el kilómetro 18 de la ruta 68, que une Santiago con
Valparaíso. Este estudio abarca desde 600 metros aguas abajo de la confluencia y
se extiende 1000 metros aguas arriba por el río Mapocho y 1300 metros por el
estero Lampa.
El estudio de la confluencia del río mapocho y el estero Lampa, o estudio original,
comprendía la zona mencionada, pero durante el transcurso del trabajo de la zona
de la confluencia, la DOH pidió unir al mismo estudio la zona inmediatamente
aguas abajo, o estudio complementario, de una extensión aproximada a los 2300
m., entonces para referirse a la zona de la confluencia se hablará de zona 1 y para
referirse a la zona inmediatamente aguas abajo se hablará de zona 2 o estudio
complementario.
La nueva zona de estudio quedó definida entonces como se ve en la figura nº1
Es importante señalar que en la unión de ambas zonas se produce un traslape, que
debió ser analizado y comparado minuciosamente, pues el que hubiese una
perfecta coordinación o enlace entre las zonas 1 y 2, fue fundamental para que el
estudio pudiera cumplir con sus objetivos.
1.2 “ ESTUDIO MARINA Y PUERTO DE CRUCEROS EN CALETA EL MORRO” IQUIQUE – I REGION 1.2.1 GENERALIDADES
La Ilustre Municipalidad de Iquique solicitó al Instituto Nacional de Hidráulica un
estudio de ingeniería avanzada, que considera aspectos teóricos y experimentales
de un Proyecto de Marina Deportiva y Puerto para Cruceros en el sector de Caleta
El Morro en Iquique.
Para cumplir con los objetivos planteados para este estudio, se realizó una
modelación numérica y una modelación física, tanto bidimensional como
tridimensional. Para que esto sea posible, se realizó una campaña de terreno para
recabar la información topográfica e hidrográfica, como así también un muestreo
superficial de playa y de fondo marino en el sector a estudiar.
La siguiente fotografía y esquema, muestra la ubicación del proyecto en una vista
aérea de Iquique y un detalle de la zona en estudio
CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO
En este capítulo se especifican y enuncian los métodos y normas a seguir en la
actividad normal y más cotidiana de esta institución (INH) relacionada con la
ingeniería hidráulica.
Para ello, se fundamentan desde el punto de vista teórico y legal los diferentes
métodos y técnicas utilizadas hoy en día, así como también la normativa vigente
que regula este ámbito de la ingeniería.
2.1 FUNDAMENTO TEÓRICO
Existen variados métodos para enfrentar una medición topográfica. La
conformación de redes a través de triangulaciones, poligonales, cuadriláteros o
cualquier otra forma que permita conocer, compensar o ajustar los valores
medidos. Los métodos de levantamiento terrestre como intersección angular,
radiación o taquimetría que permiten la configuración de un relieve a través de un
plano o figura tridimensional.
Los métodos combinados como la aerofotogrametría, que a través de fotografías
aéreas y levantamientos de apoyo terrestre permiten conocer la topografía o
conformación del relieve en un área de interés.
Se tiene dentro de estos últimos los levantamientos hidrográficos que utilizando
técnicas de apoyo terrestre, visual o de imágenes, en combinación con técnicas
marinas y el uso de embarcaciones, permiten conocer la estructura de los fondos
marinos.
2.1.1 LAS CAMPAÑAS TOPO-BATIMÉTRICAS 2.1.1.1 Hidrografía
Se puede definir Hidrografía como la descripción y el estudio de los mares, lagos,
ríos y cualquier otra extensión de agua con respecto a:
a) La medida del flujo y la investigación de la conducta de las corrientes,
especialmente con referencia al control o la utilización de sus aguas.
b) El estudio de la variación de las propiedades físicas del agua, como
salinidad, temperatura y oxígeno disuelto.
c) La medida de mareas y c orrientes sobre todo como ayuda a la navegación.
d) Analizar y trazar planos de la superficie terrestre bajo las extensiones de
agua.
Dentro de la definición del punto d, se encuentran los trabajos batimétricos, que
contienen todos los aspectos relacionados con la medida y definición de la
configuración del fondo bajo la superficie del agua y en algunos casos las áreas
adyacentes o contiguas de tierra.
2.1.1.2 Campañas batimétricas
Con lo expuesto anteriormente , se puede decir que una campaña batimétrica
consiste en la toma de datos en la naturaleza, que permita reproducir en un plano
la superficie de tierra que se encuentra bajo la capa de agua, para lo que es
necesario obtener las tres coordenadas (x, y, z) de una malla de puntos. Esta
información sirve de soporte para una gran variedad de actividades: construcción y
control de proyectos de ingeniería marítima, conservación y dragado de puertos,
ingeniería costera (estudios de erosión y realimentación de playas), planificación,
mantenimiento y regulación de la navegación civil, construcción de tuberías y
hasta, en determinadas ocasiones, la definición de la naturaleza de los fondos
marinos (arena, fango, roca, algas, etc.).
En un levantamiento batimétrico se obtienen por un lado, las coordenadas de
posición “x e y" y por otro la coordenada "z" correspondiente a la profundidad.
Mientras se realizan estos trabajos el nivel de agua generalmente no permanece
constante, y por tanto es de suma importancia obtener los valores de estas
variaciones, de tal manera que se puedan corregir en tiempo real o en posproceso
las medidas obtenidas de la profundidad. Además, el volumen de datos recogidos
con la mayoría de los métodos actuales es tan amplio, que se hace necesario
almacenarlos en un computador, dotado del software adecuado para la gestión de
los diversos sensores del sistema que se usan en cualquier tipo de inspección
hidrográfica.
A continuación se nombran y explican algunos de los métodos que se han usado, o
se usan en la actualidad para la obtención de las coordenadas de posición.
2.1.1.3 Levantamientos topo-batimétricos en playas
En determinados trabajos de ingeniería de costas los datos de la zona sumergida
se deben complementar con datos topográficos de la zona emergida. Algunas
veces se realiza un levantamiento topográfico y uno batimétrico por separado, que
representa una imagen instantánea de la situación de una playa, para realizar un
proyecto de regeneración o protección de la costa, por ejemplo, mientras que en
otras ocasiones, es necesario realizar inspecciones sistemáticas para determinar la
tendencia a largo plazo de la estabilidad o inestabilidad de un playa, las variaciones
del perfil de la misma, un balance de sedimentos, el diseño y posterior seguimiento
de obras,etc.
En este tipo de reconocimientos suelen planificarse perfiles perpendiculares a la
costa (perfiles transversales), a lo largo de toda la playa y referidos a una línea
base establecida en la trasplaya o en el paseo marítimo. Estos perfiles, que
combinan la topografía convencional en tierra con perfiles hidrográficos en la zona
sumergida, pueden ser alineados desde sus propias cabeceras Con un acimut de
referencia. Si la playa es rectilínea y uniforme, los perfiles se diseñarán paralelos y
equidistantes, mientras que si es curvilínea se mantendrá la perpendicularidad a la
costa y en función de la curvatura de ésta tenderán a cortarse mar adentro o en la
trasplaya. En formaciones singulares de la playa seca, como pueden ser las dunas,
el levantamiento se efectúa por radiación en los puntos más significativos.
El espaciado entre perfiles depende en gran manera del proyecto. Para estudios
costeros generales de erosión, la distancia entre perfiles puede ser de 100 o 150
metros en función de la regularidad de la costa. En cambio, si se trata de calcular el
volumen para el pago de una alimentación artificial es necesario ampliar el número
de perfiles separándolos entre 35 y 70 metros. En playas con obras, la distancia
entre perfiles debe ser más reducida (50 m) al menos en la cercanía de las
mismas, ya que las variaciones (en las diversas secciones transversales) suelen
ser mayores y una mayor densidad facilitará que la evaluación volumétrica sea más
correcta.
El punto crítico en estos reconocimientos es precisamente la zona de traslape entre
trabajos topográficos y batimétricos. La topografía de la playa emergida debe
realizarse en marea baja, mientras que la playa sumergida ha de ser inspeccionada
en marea alta.
La estación de referencia será la misma, tanto para la línea base en tierra como
para el nivel del mar, condición indispensable para que exista continuidad entre la
playa emergida y sumergida. Al mismo tiempo las zonas de traslape, resueltas
topográfico e hidrográficamente, servirán de comprobación.
En el levantamiento de la playa emergida los métodos empleados son los de la
topografía convencional (estaciones totales, o teodolito más distanciómetro) y, ya
en la actualidad, el GPS diferencial con correcciones de fase, con el que se han
alcanzado precisiones centimétricas en la definición de las tres coordenadas. La
playa sumergida puede ser realizada con cualquiera de los métodos ya citados, en
función de las características del proyecto.
En determinadas ocasiones se ha planteado la necesidad de prescindir de la masa
de agua, por ser la causante de muchos errores que se cometen en este tipo de
trabajos, recurriéndose a la medida directa de la diferencia de cota entre un punto y
el origen. Los métodos empleados, prolongación del sistema convencional o
utilización de vehículos anfibios, están limitados a profundidades muy pequeñas.
2.1.1.4 Medición de la marea
Para efecto de corregir la marea al momento de la medición en los valores
registrados en el ecograma de los puntos medidos, se realiza una medición de la
marea del lugar.
Existen distintos métodos hidrográficos para conocer la marea de un lugar en
cualquier instante del año. Estos métodos se traducen en un conocimiento
anticipado o pronóstico de la marea para todo un año, a través de la publicación
anual del SHOA “tablas de marea” para todos los puertos principales y secundarios
del país, y además algunos puertos de importancia para el resto del mundo.
Estos pronósticos se apoyan básicamente en observaciones o registros del
servicio, utilizando reglas de mareas, mareógrafos de inscripción análoga o digital,
instalados a lo largo de todo el litoral y especialmente en puertos, caletas y pasos
de importancia para la navegación.
Una muestra de estas tablas se aprecia en la figura 2.1
FIGURA 2.1 MUESTRA TABLA DE MAREAS PUERTO DE IQUIQUE
AÑO 2002
Dada la brevedad del tiempo disponible para realizar una campaña de terreno para
los fines usualmente requeridos, los días de sondaje batimétrico no sobrepasan la
semana. Para períodos inferiores a un mes es conveniente, recomendado y
aceptado por el SHOA utilizar reglas de marea.
Las reglas de marea se instalan en muelles o estructuras existentes, mientras sea
posible, en caso contrario, se trinca un madero o fierro guía sujeto con vientos
anclados y a él se fija una regla de marea de largo consecuente con la variación de
marea del lugar. La regla de marea es muy similar a la mira topográfica y
normalmente requiere de adiestrar en el terreno a una persona que actúe como
lector de mareas. Las lecturas se realizan por lo general durante el día (salvo casos
especiales) aprovechando la luz solar y considera 2 a 5 antes del sondaje e igual
período después de este.
2.1.2 TÉCNICAS DE POSICIONAMIENTO
Como es sabido no se necesita el mismo nivel de precisión para todos los trabajos
que se realizan en el medio acuático. Durante la planificación de cada uno de ellos,
será imprescindible establecer la calidad de los datos a recoger y en función de
estos, escoger los métodos de trabajo más adecuados para conseguir esa
precisión. Para la determinación de las coordenadas (x, y) existen varios métodos
que se pueden separar en dos grandes grupos: las técnicas visuales y manuales
de posición, y las técnicas electrónicas.
2.1.2.1 Técnicas visuales y manuales de posición
Se abordarán en esta sección los métodos visuales, la línea de etiqueta, el
sextante y la bisección o trisección. Aunque la mayoría de éstas técnicas ya no son
muy utilizadas, su conocimiento es conveniente pues pueden tener aplicación
ocasional en zonas donde los medios electrónicos o las técnicas GPS no sean
posibles de realizar, así como en trabajos pequeños, donde no se cuenta con un
presupuesto que permita utilizar técnicas más modernas.
2.1.2.1.a Métodos visuales de posición
Consiste en determinar la posición por medio de la intersección de visuales, con
respecto a objetos identificables situados en tierra. Por medio de jalones, banderas
etc., situadas sobre líneas base con distancias prefijadas, se crea una cuadrícula.
Se asume una velocidad constante para la embarcación (generalmente un bote) y
se interpolan las sondas entre puntos definidos de la malla. La exactitud es muy
escasa por lo que los datos obtenidos son aproximados y no deben ser usados ni
para diseño ni para construcción. El error promedio es de unos cien metros y sólo
se usa para determinados tipos de dragado.
2.1.2.1.b Posición mediante línea de etiqueta
Conocida una alineación determinada (marcada por banderas, sextantes,
teodolitos), la posición queda fijada mediante un cabo o cable etiquetado. Es un
procedimiento exacto en distancias limitadas y con la ejecución apropiada, ya que
su precisión depende sobremanera de la tensión del cable y del mantenimiento de
la alineación de la nave frente a las corrientes o el oleaje.
2.1.2.1.c Intersección o trisección
Consiste en dos o más observadores con teodolitos, situados en puntos conocidos
de tierra, que lanzan visuales hacia el móvil determinando los ángulos (respecto a
un origen) que ocupa en cada una de las posiciones. El punto de cruce de estas
líneas fijará la situación de la embarcación en cada uno de los puntos donde se ha
efectuado un sondeo. Para obtener simultaneidad entre toma de posición y sonda,
debe existir una buena comunicación entre los operadores situados en tierra y el
que maneja el equipo de sondeo en la embarcación. Los datos pueden ser
anotados o pasar directamente a libretas electrónicas aunque, como en el caso
anterior, se pueden transmitir los ángulos si se pretende trabajar en tiempo real, lo
que no es frecuente. Los resultados obtenidos son más precisos si el número de
instrumentos se amplía a tres, permitiendo además que uno de ellos se use para
marcar la alineación del perfil, desplazándose por las cabeceras de los mismos.
Este método es aceptable para todo tipo de trabajos batimétricos. Tiene la
limitación de que es útil únicamente en aquellos casos en los que existe una
perfecta visibilidad desde tierra de la embarcación a posicionar, por lo que sí es
conveniente para trabajos de ingeniería de costas.
La exactitud de la posición es de evaluación compleja ya que depende no sólo de
la precisión de los instrumentos, sino de la destreza de los operadores, de la
simultaneidad de las lecturas y también del área de proyecto.
Las figuras 2.2 y 2.3 muestran esquemas de los métodos de intersección angular.
2.1.3 TÉCNICAS DE MEDIDA DE LA PROFUNDIDAD
En esta sección se verán algunos de los métodos existentes para la determinación
de la profundidad, estos métodos se dividen en dos grupos: las técnicas manuales
y las técnicas electrónicas.
2.1.3.1 Métodos manuales
Las dos técnicas más usadas son, el escandallo y la barra de sondeo.
2.1.3.1.a Escandallo
Consiste en una línea de plomo, cadena de acero o cualquier variedad de materia
metálica flexible, de expansión mínima, de la que se suspende una plancha o disco
pesado. Las líneas van etiquetadas a intervalos, que son más o menos densos en
función de la precisión requerida. Las etiquetas serán fácilmente legibles y se
pueden sujetar a la línea de diversas maneras en función del material, siempre
tratando de que no sufran ningún tipo de desplazamiento. El disco o plancha es
conveniente que vaya taladrado de forma simétrica y gire libremente sobre la línea.
Con escandallo no es recomendable superar profundidades de 15 ó 20 metros
aunque la precisión disminuye en gran manera en cuanto se superan los 6 ó 7
metros.
La medida se efectúa mediante caída libre sobre la vertical, teniendo cuidado en
evitar el ángulo sobre la misma que se produce en caso de flujo de marea,
corrientes u oleaje. Las medidas con este aparato es conveniente que no sean
excéntricas con respecto a la referencia del sistema de posicionamiento, debiendo
ser aplicadas las correcciones oportunas en caso contrario. Las profundidades
observadas se registran en hojas de campo y serán corregidas posteriormente con
las variaciones resultantes de los datos de marea o de las calibraciones periódicas.
Estas líneas serán calibradas mediante la comparación de los intervalos marcados
con una cinta de acero, obteniendo los valores que se deben computar como
diferencia entre intervalos verdaderos y marcados. Los errores máximos no
excederán de los admisibles al uso y en caso contrario las marcas mal situadas
han de ser repuestas en el lugar adecuado.
2.1.3.1.b La barra de sondeo (plancha)
Consiste en una barra plana uniforme y ligera, de no más de 6 metros de longitud,
dotada de un plato circular o cuadrado de aluminio en la base, marcada con pintura
a intervalos regulares en función de la precisión requerida. Son especialmente
recomendables en áreas con vegetación espesa en el fondo donde las señales
electrónicas pueden dar respuestas falsas y es necesario sondar a mano. Es el
método de medición de profundidad más exacto en aguas superficiales,
especialmente adecuado para la piedra sumergida. Su uso queda restringido a
profundidades inferiores a 5 metros. La barra será calibrada con una cinta de
acero, siendo comprobada a intervalos de tiempo periódicos y si las diferencias
exceden el máximo admisible, las marcas han de ser repintadas.
Las lecturas serán directas y es conveniente no ejercer ninguna presión en su
manejo, sobre todo si existen sedimentos blandos en el fondo. La barra debe ser
mantenida vertical, pudiendo llevar un nivel, especialmente en caso de corrientes
fuertes. Las observaciones al ser referidas al nivel del agua deben ser anotadas y
corregidas posteriormente, tanto por variación de marea como por calibración o
excentricidad horizontal.
La barra de sondeo o plancha, de acuerdo a las normas del SHOA debe utilizarse
para calibrar el ecosonda con mediciones a distintas profundidades, al inicio y final
de cada batimetría.
2.1.3.2 Métodos acústicos (ecosondas)
Ya en 1822, Daniel Colloden hizo una tentativa para calcular la velocidad de
transmisión del sonido en el agua, mediante la técnica de golpear una campana
sumergida cuyo sonido era recogido por un hidrófono rudimentario, obteniendo
resultados notablemente cercanos a los actuales. En el año 1900, midiendo lo que
tardaba un sonido por el aire y otro por el agua, generados al mismo tiempo que
una onda radio entre dos embarcaciones alejadas, se obtuvo una medida más
precisa.
Sin embargo, no fue hasta la primera mitad del siglo XX, cuando se comprobó que
el sonido se comporta de forma diferente en diversas partes del océano, ya que la
temperatura y la salinidad pueden cambiar la velocidad y dirección del mismo
cuando se transmite por el agua.
Como en la actualidad las técnicas acústicas (ecosondas) son las más usadas para
la determinación de la profundidad, se muestran a continuación conceptos de
acústica básica.
2.1.3.2.a Acústica básica en hidrografía
Para medir una distancia en el agua por medio de ondas sonoras, sólo hay que
conocer el tiempo transcurrido entre la emisión y su posterior recepción tras rebotar
en un obstáculo y la velocidad del sonido en el medio. Veamos a continuación
algunos de los principios básicos de la Acústica que pueden servir de apoyo para el
apartado siguiente.
a) Las ondas de sonido en el agua no siempre viajan en línea recta, sino que
siguen el camino de menor resistencia. Sus rayos se pueden flexionar de acuerdo
con las propiedades físicas del agua (densidad, velocidad del sonido).
Supongamos que disponemos de un sistema de emisión de ondas sonoras
apuntado perpendicularmente al fondo de una columna de agua y de otro sistema
que lo hace con un determinado ángulo a través de la misma. Si existen capas con
diferente velocidad del sonido, el haz que viaja perpendicularmente a estas capas
no sufrirá refracción alguna. Sin embargo, el rayo que lo hace de forma inclinada,
trazará un camino real que no será una recta, sino que sufrirá unas ciertas
desviaciones (cada vez que atraviese una capa de agua con diferente velocidad de
transmisión) que lo hará incidir en una zona del fondo difícilmente predecible.
Conforme las ondas sonoras viajan a través de capas con distinta velocidad del
sonido se retractan en ángulos pequeños, produciendo el efecto de "flexión del
rayo". Si los hidrógrafos disponen de una medición precisa del perfil de la velocidad
del sonido, existen fórmulas para determinar la magnitud de las retracciones del
rayo y se puede predecir con mayor precisión la posición real en la que la onda
sonora golpea el fondo.
b) Las ondas sonoras siguen las leyes básicas de las ondas electromagnéticas.
c) Conforme aumenta la frecuencia de las ondas, así lo hace la precisión de las
mediciones, basadas en ellas.
d) Cuanto mayor es la frecuencia de la onda, mayor es la disipación de energía, ya
que conforme las ondas sonoras viajan a través del agua, su energía se disipa a
causa de las partículas en suspensión, burbujas de aire, etc. Las ondas sonoras
de alta frecuencia disipan rápidamente su energía y no pueden ser utilizadas en
aguas profundas.
e) Cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la reflectividad. Uno de los
inconvenientes de las emisiones de alta frecuencia (más de 200 kHz) es que sus
ondas se reflejan en casi todo: vegetación, burbujas de aire, escamas de los peces
y sedimentos en suspensión. Para obtener ecos en aguas profundas (superiores a
1.000 metros), se usan generalmente frecuencias muy bajas (entre 3 y 12 kHz) que
pueden producir ondas sonoras que alcanzan el fondo y vuelven sin disiparse.
f) El tamaño físico de los emisores de ondas de sonido (llamados transductores en
las ecosondas) ha sido ciertamente reducido en las últimas décadas. Sin embargo,
cuanto más baja es la frecuencia, más grande es el transductor. Los transductores
de menor frecuencia son más pesados y más grandes que los transductores de
mayor frecuencia y a veces complican el procedimiento de montaje.
A continuación damos un repaso a los diversos métodos existentes de sondeo por
eco: Sonar de haz sencillo (frecuencia simple y doble) y el sonar de barrido
(Multitransductor y multihaz).
2.1.3.2.b Ecosonda de haz simple
Un ecosonda es un aparato que se usa para la medida de la profundidad y se basa
en la emisión y recepción de ondas de sonido. Generalmente constan de un
transceptor, acompañado de un grabador analógico y/o un digitalizador que suelen
formar un bloque, unidos a un transductor que se sumerge en el agua. Al principio
de la fase de mediciones, el transceptor de la ecosonda envía energía eléctrica al
transductor. El transductor convierte esta energía en ondas de sonido y se envía un
"impulso de salida" a través de la columna de agua. La ecosonda o sonda acústica,
calcula la profundidad midiendo el tiempo transcurrido entre la emisión de ese
impulso sónico y la recepción del mismo, después de haber sido reflejado por el
fondo. Conociendo la velocidad de propagación del sonido en el agua, este tiempo
se traduce en distancia.
Una parte crucial de la instalación de cualquier ecosonda hidrográfica es el montaje
apropiado del transductor. Puede ser colocado de diversas maneras, veamos a
continuación tres de las configuraciones más comunes:
a) A través del casco. De esta forma la parte superior del transductor es accesible
desde el interior de la embarcación, mientras que su cara inferior queda
directamente expuesta al agua. Mediante la instalación de un voladizo con una
visera se obtiene un doble efecto: el de minimizar el posible daño ocasionado por
un golpe y al mismo tiempo el suavizado del flujo de agua sobre la superficie del
transductor.
b) Cofre marino. En esta configuración se adosa al casco exterior de la
embarcación un compartimento lleno de fluido, de tamaño suficiente para contener
el transductor. El casco exterior se retira en la zona del cofre y se sustituye por una
ventana acústicamente transparente, que se monta enrasada con el casco que
rodea al cofre.
c) En un costado. Suele ser un montaje temporal u obligado por otras
circunstancias (cambio de embarcación, forma de introducción en el agua etc.). El
transductor se coloca en el costado de la nave mediante un soporte fijado de forma
firme al barco. El dispositivo debe tener el tamaño necesario para poder colocar el
transductor bastante por debajo de la línea de flotación de tal forma que no se
salga del agua por efecto de los movimientos del barco.
En todos los casos, debe tenerse especial cuidado en asegurar que la cara de
emisión permanezca lo más paralela posible a la superficie del agua "entras el
barco efectúa sondeos. Debe colocarse lo suficientemente retrasado de la proa,
como para que las burbujas generadas por las olas del morro no pasen por debajo
de la cara de la unidad, evitando asimismo las fuentes de turbulencia y burbujas de
cavilación, tales como hélices, resaltes del casco, etc.
El transductor debe ser montado, en lo posible, directamente bajo el sistema de
posicionamiento, ya que es la solución más cómoda, aunque en la actualidad
muchos de los sistemas lógicos de navegación y toma de datos, corrigen la
excentricidad existente entre ambos puntos de medida.
Los transductores de los ecosondas producen haces de distintas formas, algunos
haces son estrechos y otros son anchos. La mayoría de las ecosondas utilizadas
en trabajos hidrográficos, tienen un haz principal que se dirige perpendicularmente
desde la placa facial del transductor y dos "lóbulos laterales" que forman un ángulo
respecto al haz principal. El "ángulo del haz" de un transductor se determina
midiendo el campo del nivel de 6 dB.
El transceptor dispone de varios controles analógicos. El de potencia de
transmisión sirve para ajustar el nivel de energía de transmisión. El control de
sensibilidad ajusta la magnitud de la atenuación o amplificación del receptor. El
control automático de ganancia (CAG) determina la amplitud de la ganancia
variable aplicada al circuito preamplificador. El de umbral determina la amplitud con
la que las señales del receptor serán capturadas por el digitalizador.
Cuando la onda sonora llega al fondo, la energía es reflejada por el mismo y
redirigida al transductor. Éste la convierte de nuevo en señales eléctricas y las
devuelve al transceptor para su análisis. La amplitud de la energía reflejada
depende de la potencia del impulso de salida y de la reflectividad del fondo. Cuanta
más energía emita el transductor, más energía será reflejada hasta el mismo.
Para el mismo impulso de salida, el fondo más duro (más reflectante) devuelve más
energía al transductor en un intervalo de tiempo más corto. Sin embargo, la arena
"difumina" la energía, absorbiendo parte de ella. La mayoría de las ecosondas
utilizan un control analógico para determinar el nivel de energía de la señal de
retorno, y se puede influir en la profundidad ajustando esos niveles. Ya que
obtenemos distinta profundidad de sondeo, según el tipo de fondo, utilizando el
mismo impulso de salida, si se calibra la ecosonda sobre roca dura y luego se
realiza un levantamiento sobre fondo arenoso, se pueden introducir errores en las
mediciones de sondas.
La velocidad del sonido en el agua varía con la densidad y las propiedades
elásticas del agua representadas básicamente por la temperatura y la salinidad.
Todas ellas varían con la profundidad lo que se traduce en cambios de velocidad
cuando el sonido se desplaza entre la embarcación y el fondo. Para un trabajo
práctico de sondeo con ecosonda, se asume generalmente una velocidad
promedio, obtenida mediante la calibración, ya que corregir esta velocidad para los
diferentes intervalos de profun didad es difícil. Esta velocidad promedio se debe
determinar en o cerca de las profundidades de sondeo de proyecto y no sobre toda
la columna de agua. La velocidad del sonido puede ser medida directamente por
medio de sondas de medida o de forma indirecta mediante una calibración por
chequeo de barra como veremos posteriormente. La utilización de una velocidad
incorrecta produce un error del mismo signo (y por lo tanto no compensable), en la
determinación de la profundidad de cada punto y crece con la misma.
Hemos dicho que el transductor es la parte de la ecosonda que se encarga de
transformar la energía eléctrica en pulsos acústicos y viceversa. El tipo de
transductor usado es un factor determinante en la obtención de una medida
adecuada de la profundidad. La respuesta del mismo es dependiente de la
frecuencia. Estas frecuencias van desde 20 a 1000 kHz y cada una de ellas se
acomoda particularmente a un tipo de trabajo.
Los transductores de más alta frecuencia, entre 100 y 1000 kHz, proporcionarán
una medida más precisa de la profundidad, debido tanto a las características de la
frecuencia como a la mayor estrechez del rayo. El ecosonda de haz simple
tradicional emplea frecuencias alrededor de los 200 kHz.
Los emisores de baja frecuencia, inferior a 40 kHz, al tener anchuras superiores del
haz, pueden causar la deformación y suavizado en fondos irregulares o en
pendientes fuertes. Un transductor de baja frecuencia, aunque estrictamente es
menos preciso, hace posible que las ondas pasen a través de algunos materiales
(fango, arena, cieno) hasta alcanzar un fondo más estable.
Las frecuencias más bajas tienen menor atenuación del rayo, lo que se traduce en
una mayor penetración en el sedimento y un mayor alcance de profundidad. Sobre
un fondo blando, un transductor de baja frecuencia proporciona generalmente
sondas más profundas que un transductor de alta frecuencia. Sobre un fondo duro
(roca), los dos transductores producen casi la misma sonda. Las condiciones
locales y los requisitos del proyecto marcarán el sistema óptimo de sondeo y la
frecuencia a la que debe ser utilizado.
Una combinación de transductores de alta y baja frecuencia, lo que se conoce
como doble frecuencia, puede reportar información sobre el espesor y la naturaleza
de las distintas capas de sedimento hasta llegar a un fondo duro o rocoso.
Muchos ecosondas son capaces, en la actualidad de registrar hasta 10 sondas por
segundo. Generalmente no se requiere una densidad tan alta de sondas y se suele
adaptar el número de registros al de posiciones grabadas, que suele ser de una por
segundo. En ese caso, se puede tomar como única sonda la que se mide más
cercana a la definición de la posición, o un promedio de todas ellas, o el máximo o
mínimo de las profundidades registradas en una serie. Registrar el máximo o
mínimo requiere un software adecuado y utilizar la profundidad promedio puede
suavizar excesivamente el fondo lo que puede ser o no deseable.
La precisión de cualquier levantamiento batimétrico depende de que los
movimientos de la nave sean mínimos, por tanto efectuar el sondeo en buenas
condiciones de oleaje es lo más apropiado. Sin embargo, la existencia de impactos
económicos significativos pueden obligar a efectuar sondeos en condiciones no
muy deseables de mar. En cualquier caso, el oleaje admisible dependerá tanto del
tamaño de la nave como de su estabilidad, y no existe una norma que dicte un
criterio sencillo sobre la máxima altura de ola en que se pueden efectuar sondeos,
ya que pequeñas alturas pueden ser el límite máximo tolerable para un sondeo final
de aceptación de una excavación en piedra con un precio unitario alto y, sin
embargo, olas mucho mayores pueden ser tolerables para el sondeo de
anteproyecto.
2.1.3.2.c Compensador de oleaje
El movimiento de una embarcación es un movimiento que puede descomponerse
en tres desplazamientos y tres giros alrededor de los ejes de la embarcación. Los
tres giros se denominan cabeceo, balance y guiñada ("pitch, roll and yaw" en la
literatura anglosajona) y arfada (alteada), deriva y vaivén o largada ("heave, sway
and surge"), los tres desplazamientos.
Los movimientos que más afectan al calado del buque, y por añadidura a la medida
de la sonda, son la arfada, el balanceo y el cabeceo. El primero es una traslación
sobre el eje "z", el movimiento de cabeceo es un giro sobre el eje que atraviesa la
embarcación de babor a estribor por su centro de gravedad y produce la máxima
oscilación en la proa y en la popa, mientras que el balanceo afecta a los costados
de la embarcación al ser un giro sobre el eje situado de proa a popa.
Corregir las profundidades medidas por la sonda con los efectos sobrepuestos de
la arfada, el cabeceo y el balanceo es quizá el aspecto más difícil de solucionar en
un sondeo hidrográfico, pues las tres condiciones pueden ocurrir simultáneamente
o en periodos diferentes. Estos tres movimientos introducen un error que arroja
como resultado una profundidad distinta a la existente, que se amplifica para el
cabeceo y el balanceo en los transductores montados en el costado o en
transductores de haz muy estrecho.
La interpretación de los efectos de los tres movimientos potenciales en un registro
analógico requiere una gran habilidad y experiencia, pues la ondulación aparente
no tiene por qué ser necesariamente la correcta, ya que depende del tamaño y
características de la nave y más si el fondo es irregular. Si el registro es digital, las
profundidades no son susceptibles de ninguna interpretación humana. En esas
situaciones es conveniente el uso de los compensadores de oleaje (MRU, Motion
Reference Unit), diseñados específicamente para la medida de estos movimientos
y que son el único método práctico para aminorar sus efectos negativos.
2.1.3.2.d Calibración del ecosonda
Como se ha dicho, la precisión de la medición de la profundidad depende de la
velocidad del sonido en el agua, por tanto es importante determinar un valor
ajustado a la realidad para este parámetro. Como la velocidad del sonido es
función de la temperatura, la salinidad y la presión locales, puede variar
ampliamente, lo que conduce a la necesidad de calibrar cualquier tipo de
instrumento para medición de sondas a fin de obtener los valores más precisos
para una localización dada. Ésta calibración debe realizarse al comienzo y final de
cada jornada de trabajo.
La técnica de calibración más común para una ecosonda es el método de
comprobación de barra. Adecuadamente empleado, tiene la ventaja de que corrige
las variaciones de velocidad, las variaciones de distancia a la superficie del
transductor (draft) y los errores de índice del sistema. Cuando se calibra mediante
este método, los retornos acústicos son generados por un blanco o una barra
sumergido en posición horizontal, que se hace descender a una profundidad
conocida entre el transductor y el fondo. En esta circunstancia, es deseable
disponer de un sistema por el cual el transductor sólo pueda ver la barra y se le
impida conectar con los ecos procedentes del fondo real. Dado que muchas sondas
utilizan una puerta o ventana de seguimiento dinámico por la que el digitalizador
detecta los ecos del fondo, disponen de la opción de mantener una puerta fija que
permite al operador controlar la profundidad y anchura de la misma, de tal forma
que sólo busque en la columna de agua en que se encuentra suspendida la barra.
Este dispositivo inhibe la lectura de sondas erróneas procedentes del fondo o de
otros retornos indeseables como los de la cadena o cable de suspensión de la
barra.
La calibración debe efectuarse para una columna de agua semejante a la que va a
ser objeto del sondeo y en una zona de características similares a la zona de
trabajo.
En forma resumida, el procedimiiento de calibración es el siguiente:
Primero, se baja una barra o disco directamente debajo del transductor a una
profundidad de 4 metros o menos. Se fija la puerta para una anchura y profundidad
que coincida con la de la barra, para impedir que retornos procedentes de otras
fuentes sean tenidos en cuenta por el transductor. Se introduce en el apartado
"valor del parámetro distancia a la superficie del transductor ("draft" o "deriva") de la
ecosonda, la diferencia entre lo que marca la carta de papel o el digitalizador y la
sonda conocida de la barra. Este paso corrige tanto la desviación de la "deriva" del
transductor com o la desviación debida al índice del sistema generada por el
transductor y los componentes electrónicos de la sonda.
A continuación se hace descender la barra a la mayor profundidad y se ajusta de
nuevo el parámetro de la profundidad y anchura de puerta para que coincida con la
profundidad de la barra. Luego seleccionamos el parámetro velocidad del sonido y
deslizamos arriba o abajo su valor, hasta conseguir que la sonda de la carta o del
digitalizador coincida con la profundidad conocida de la barra.
Se deben repetir ambos pasos de este proceso tantas veces como sea necesario
para que las lecturas en ambos niveles sean correctas.
2.1.4 METODOS DE MEDICION DE CAUDALES - DEFINICIÓN
En general todos los métodos de medición de corrientes de agua pueden
clasificarse en:
Método de Area - Velocidad
Método de Gasto o Caudal Directo
En el método de Area - Velocidad es necesario conocer el valor real de la velocidad
media del agua. En esta clasificación tenemos los siguientes métodos
El Aforador o Molinete
Los Flotadores
El Tubo de Pitot
Método del Color
Los métodos de gasto o caudal directo no comprenden mediciones directas de
velocidad, son métodos generalmente usados en laboratorio, aunque destacan
algunas obras de vertederos de significativa importancia en Centrales
Hidroeléctricas, obras de regadío, etc.,
Para fines Hidráulicos e Hidrológicos, en Chile se usa el aforo con Molinete.
Utilizándose los otros métodos para casos particulares.
2.1.4.1 tipos de aforadores
En general hay dos tipos de aforadores o medidores de corriente:
- El diferencial, de copas o de cazoletas, que consiste en un eje vertical con una
serie de cazoletas o copas que giran por el exceso de presión de su parte cóncava
sobre la convexa.
- El de hélice, que es de tipo directo, donde las aspas están dispuestas sobre un
eje horizontal que giran por la acción de la corriente.
2.1.4.2 caracteristicas de un aforador Ser tan pequeño como sea posible
El roce de la rueda debe ser mínimo
No deben influir en él las corrientes verticales
funciona básicamente por la componente dinámica que ejerce el flujo en el
sentido principal de la corriente.
2.1.4.3 medicion de aforo
La realización de aforos directos es el fundamento del buen funcionamiento de las
estaciones de aforo de redes fluviométricas de ríos o canales.
Estas mediciones se realizan para obtener los puntos necesarios para construir
Curvas de Descarga que permiten conocer directamente el valor de un caudal
instantáneo, en un momento determinado.
Se denomina aforo a la medición del volumen de agua o Caudal, que pasa por una
sección transversal de un río en una unidad de tiempo.
Para la medición con molinete es necesario que la sección de medición sea
dividida en pequeñas áreas parciales [Ai] mediante franjas verticales y horizontales,
circunscribiendo los puntos de medición, determina las velocidades medias [Vi] de
las áreas respectivas en m/s.
Al conocer el área de influencia de medición o de la sección en m2 se determina el
caudal medio instantáneo de la sección.
Finalmente, el caudal total se determina por la expresión:
Q [m3/s] = A [m2] / v [m/s]
Con varios caudales medidos en la misma sección, es posible correlacionar el nivel
o altura de agua (h) expresado en metros [m], con el caudal o gasto (Q) expresado
en metros cúbicos por segundo [m3/s] a través de una curva h v/s Q, llamada:
Curva de Descarga o de Calibración. [ Q = f (h) ]
Para esto es necesario controlar el nivel de agua al momento de la medición
(inicio/final o cada cierto rango de tiempo) a través de un limnímetro o por cota
topográfica.
2.1.4.4 SECCION DE AFORO
La sección de aforo debe elegirse cuidadosamente, esta debe ser de
comportamiento estable al momento de la medición, esto quiere decir que no se
produzcan embanques, socavaciones o se divida en brazos.
No tener turbulencias ni contracorrientes y no estar cubierta de vegetación. Se
recomienda que el tramo de medición sea recto tenga a lo menos tres veces el
ancho de la sección, tanto aguas arriba como aguas abajo y la corriente debe ser
paralela al canal o río medido y que sea lo más cercano a un movimiento uniforme.
En lugares donde las secciones no establecen buenas condiciones de medición, es
posible mejorar estas utilizando vertederos y/o secciones del tipo venturi.
Las secciones del tipo venturi, se basan en la ecuación de Bernouilli, que establece
: si en un lugar cualquiera de una tubería o canalización, se altera su sección, se
altera también la velocidad del fluido; al disminuir la sección, aumenta la velocidad.
Por consiguiente, en toda estrangulación o contracción, hay una pérdida de carga
que proviene de la transformación de energía de presión en energía de velocidad.
La secciones tipo venturi conocidas como parshall, son de gran uso, y consisten en
una contracción gradual que conduce a una sección reducida para volver a otra
parte de ensanchamiento gradual.
La contracción permite que el flujo llegue a la profundidad crítica. Existe una
relación definida entre la profundidad y el caudal, cuando existe flujo crítico. El
caudal depende del ancho de la sección de la garganta [L] y de la altura [H] el que
se mide en un lugar específico.
Su condición geométrica preestablecida permite conocer el caudal a través de
fórmulas.
Sin embargo es conveniente verificar su comportamiento a través de aforos
ejecutados cada cierto tiempo.
La otra opción es utilizarlas como secciones de aforo permanente, sabiendo de la
bondad de mejoramiento de las condiciones de escurrimiento de un caudal en un
punto dado.
Las mediciones con un aforador pueden hacerse desde un puente, un carro
suspendido de un cable aéreo, un bote o por vadeo si son caudales pequeños.
2.1.4.5 Medicion mediante molinetes
Se marcan en el puente o cable aéreo, las distancias en que se medirán las
verticales de aforo. Estas consideran un punto de referencia inicial permanente y
otras distancias a separación regular, se acostumbra a medir además un par
cercano a cada orilla.
La velocidad media de una vertical se obtiene por:
Medición de la velocidad superficial, reducida a velocidad media al multiplicarla por
un factor promedio de 0.85 (0.80 a 0.95). (Mediciones efectuadas en ríos por R.
Casanueva y citadas en el libro de Hidráulica de F. J. Domnguez)
Velocidad a 0.6 de la profundidad
El promedio de las Velocidades a 0.2 y 0.8 de la profundidad
El promedio de las Velocidades a 0.2 , 0.6 y 0.8 de la profundidad
El promedio de las Velocidades en la superficie, a 0.2 , 0.6 y 0.8 de la
profundidad y apegado al fondo.
Curvas con mediciones en varios puntos de una vertical, suficientes para definir
el perfil de velocidad.
Integración (se mueve el aforador lentamente desde la superficie al fondo por
la vertical, observando tiempo y número de revoluciones). No se aconseja realizar
este método a observadores sin experiencia.
Cada medida debe durar a lo menos 60 segundos por punto, manteniendo el
molinete siempre orientado normalmente a la sección de aforo. Usando barra esta
debe tocar el fondo y por esta desplazar el molinete a cada vertical establecida.
En el caso de usar carro se usa un torno especial que permite desplazar el
instrumento según la horizontal y luego según la vertical. Para evitar el arrastre del
molinete por la corriente se acopla bajo este un escandallo o peso lastre que haga
contacto con el fondo del lecho.
Se debe recordar que Al momento de realizar el aforo se debe medir el nivel de
agua a través de un limnímetro o también por cota topográfica. Para esto, es
necesario fijar un PR en la cercanía de la sección, con cota arbitraria o nivel medio
del mar, según sea necesario.
2.1.5 MODELOS A ESCALA
El término modelo físico y sus sinónimos modelo hidráulico, modelo a escala o
modelo reducido, se emplea en ingeniería hidráulica para describir la réplica física
reducida o ampliada de un ente físico (elemento, dispositivo, estructura o sistema)
cuyo comportamiento desea estudiarse y describirse, usualmente en términos
cuantitativos o semicualitativos.
El uso de los modelos físicos ha contribuido en forma significativa a mejorar y
optimizar los diseños en ingeniería, constituyéndose en una herramienta técnica a
la cual se recurre hoy en día habitualmente para verificar o perfeccionar diseños
propuestos, en especial cuando éstos involucran fenómenos hidráulicos complejos
o desconocidos.
En términos generales, el modelo conlleva la idea de una herramienta técnica
(física, analógica o matemática) mediante la cual la información de entrada acerca
de un fenómeno, se transforma o sintetiza en un resultado de salida, lo que permite
adquirir cierto tipo de conocimiento de éste y tomar las decisiones que sean
pertinentes. En el caso de los modelos físicos se persigue normalmente tomar
decisiones para optimizar técnica y económicamente diseños propuestos.
Al emplear un modelo físico se subentiende que los fenómenos que ocurren en la
versión original o a escala natural del ente físico, denominado prototipo, están
relacionados con aquellos que ocurren en el modelo en forma mutua y única. De
este modo, las observaciones y mediciones realizadas en uno (usualmente el
modelo) constituyen la información necesaria y suficiente para comprender la
naturaleza y desarrollo de los fenómenos de interés en el otro (usualmente el
prototipo).
La adecuada reproducción de las situaciones en el modelo depende de la
formulación precisa del problema a estudiar y de la correcta identificación de los
parámetros característicos del fenómeno, para lo cual se requiere no sólo
comprender cabalmente los principios de la moderación sino también tener los
conocimientos básicos suficientes acerca de los fenómenos que intervienen.
Especial mención merecen los llamados “efectos de escala” que se originan al
cobrar una importancia desproporcionadamente grande ciertas fuerzas o
influencias en el modelo, que a la luz de experiencias previas, se consideran poco
significativas o despreciables en el prototipo. Si estos efectos de escala han de
minimizarse o eliminarse, es preciso considerar cuidadosamente y en su real
dimensión, las leyes o reglas de semejanza y sus límites de validez dadas por el
conocimiento del problema físico que se pretende representar y estudiar en el
modelo.
2.1.6 NORMAS Y ESTÁNDARES DE INFORMACIÓN TERRITORIAL, UNA VISIÓN ACTUAL
Se quiere mencionar como un tema que comienza a cobrar relevancia la creación
de un Sistema Nacional de Información Territorial (SNIT).
En la actualidad y obedeciendo al instructivo presidencial N° 14 del 25 de
septiembre de 2001, que fija pautas precisas para la creación de un sistema
nacional de información territorial, se encuentran trabajando más de 70
instituciones del ámbito privado y estatal.
Se han definido siete áreas temáticas coordinadas por distintos entes o
instituciones, a saber las siguientes:
Infraestructura: MOPTT
Información territorial básica: MINISTERIO DE DEFENSA – IGM
Recursos naturales: ECONOMÍA – CIREN
Social: MIDEPLAN
Propiedad: HACIENDA (a través de SII)
Patrimonio: Educación (a través de DIBAM-CNCR)
Regiones: Interior (a través de la SUBDERE)
Dentro de lo que es el manejo de la información territorial básica, se encuentran
trabajando en conjunto, instituciones que tienen que ver con la cartografía y el
posicionamiento geodésico nacional,
− Instituto geográfico militar (IGM)
− Servicio hidrográfico y oceanográfico de la armada (SHOA)
− Servicio aerofotogramétrico de la fuerza aérea (SAF)
− Centro de investigación y recursos naturales de la corfo (CIREN)
Hasta hoy estos servicios se encontraban operando con las siguientes referencias
geodésicas:
- En el control horizontal:
El datum provisorio sud-americano PSAD-56 La Canoa, Venezuela. Elipsoide
internacional de 1924, entre las latitudes 17º 30` a 45º 30`.
El datum sudamericano SAD-69 de Chua, Brasil. De la latitud 45º 30` al sur.
- En el control vertical
Referencia al nivel medio del mar, control por red de mareógrafos
Modelo geoidal de elevación EGM 96
Referente a la cartografía, el IGM basa sus normas y especificaciones en lo
recomendado por el instituto panamericano de historia y geografía (IPGH) y la
agencia nacional de cartografía e imágenes de los Estados Unidos (NIMA).
El SHOA se basa en las especificaciones de la organización hidrográfica
internacional.
El SAF sigue los parámetros técnicos de las empresas proveedoras de materia
prima y maquinaria.
El CIREN trabaja en conjunto con el SAF e IGM y sigue sus lineamientos. En lo que
respecta a suelos, adopta al norma americana, y en su catastro frutícola trabaja su
propia normativa.
El SNIT se entiende como un instrumento fundamental de apoyo para la adecuada,
eficiente y eficaz toma de decisiones políticas de impacto territorial.
El instructivo presidencial Nº 14 señala que se debe avanzar en principio en:
a) generar un inventario de la información territorial existente en el país.
b) Proponer un plan de normalización y estandarización para la adquisición,
generación y transferencia de datos territoriales.
c) Elaborar un plan de captura y estandarización de la información territorial.
El servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada (SHOA), por su
responsabilidad en el ámbito de la seguridad de la navegación, debe basarse en
las especificaciones de la “Organización Hidrográfica Internacional”. La carta
electrónica utilizada por los navíos de los distintos países tienen sistemas que
deben ser compatibles, por tanto existe una obligatoriedad de cumplir con
estándares que dicen relación con contenido, normas de funcionamiento de los
sistemas de información, transferencia de datos hidrográficos (datum, proyección,
unidades de medida, unidades de coordenadas, celdas, propósito, etc.). El SHOA
también dispone de instrucciones hidrográficas que permiten difundir los
procedimientos para realizar correctamente algunos tipos de trabajos: la realización
de sondajes de precisión para la elaboración de planos marinos, contenidas en las
instrucciones hidrográficas Nº 5 y 10, en orden a obtener productos de buena
calidad.
Se espera que en el futuro y de acuerdo a los objetivos del nuevo sistema de
información territorial, se adoptarán nuevas normas y estándares que guiarán la
actividad geodésica, hidrográfica y cartográfica en el ámbito nacional, guiada por
estas instituciones. Entre otras se enuncian las siguientes:
- Modernización del sistema de referencia geodésica con un sistema geodésico de
referencia a nivel continental del grupo SIRGAS, datum SIRGAS 2000.
- Adoptar estándares internacionales para la cartografía nacional.
- Centro distribuidor de datos o catálogo cartográfico, llamado CLEARING HOUSE,
que actuará como una base de datos dinámica, esto significa que puede ser
ampliada o modificada.
El INH ha adoptado los valores establecidos por las instituciones mencionadas para
cada operación topográfica en terreno, como referencia inicial geográfica e
hidrográfica.
2.2 FUNDAMENTOS LEGALES INTRODUCCiÓN
Conforme se establece en el Decreto Supremo N2 192 publicado en el diario oficial
N2 27.320 de¡ 16 de abril de 1969, modificado por el Decreto Supremo N2 784 del
14 de agosto de 1985, al Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada le
corresponde:
"Controlar, revisar y aprobar todo trabajo de levantamiento hidrográfico o de
cartografía marítima, fluvial o lacustre, que para fines de obras portuarias,
concesiones marítimas u otros objetivos, sean ejecutados en circunstancias
especiales -previa autorización del SHOA por entidades fiscales, semifiscales,
autónomas, municipales o particulares. El Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de
la Armada podrá destacar un supervisor con el fin de que fiscalice el fiel
cumplimiento de los procedimientos, instrucciones y requisitos básicos de precisión
establecidos; debiendo absorber la entidad o particulares que ejecuten dicho
trabajo, todos los gastos que originen el envío de este funcionario".
Consecuente entonces con el espíritu de la legislación vigente ya citada, es que el
SHOA emite estas Instrucciones Hidrográficas NI' 5, "Especificaciones Técnicas
para la realización de sondajes de precisión", cuyo principal objetivo es el de
establecer las normas que deberán regir las actividades hidrográficas que realicen
las entidades y empresas, en cualquiera de las áreas antes indicadas, orientadas a
la representación batimétrica de un sector para proyectos de obras civiles,
determinación de calados máximos, dragados y otras aplicaciones.
Con el fin de acotar en mejor forma el término "Sondaje de precisión", a
continuación se entrega lo que el SHOA define como tal:
De acuerdo a las definiciones que entrega la OHI en sus publicaciones oficiales, se
entiende como sondaje de precisión "el conjunto de medidas o registros de las
profundidades del agua, que son efectuadas para obtener la configuración general
del fondo marino, con un grado de aproximación superior al utilizado en los
sondajes cuyo propósito esencial lo constituye la navegación."
"En este contexto, los sondajes de precisión están circunscritos a áreas muy
específicas, donde el espacio que a los buques les queda bajo sus quillas pasa a
ser un factor de principal importancia, además de ser zonas potencialmente
riesgosas para la navegación, considerando sus características geomorfológicas y,
principalmente, el uso que el mandante desee darle al área en cuestión".
"En este tipo de sondajes todos los posibles errores deben ser minimizados y en lo
posible eliminados. Para conseguir esto, lo recomendable es que el sondaje sea
ejecutado con el mínimo de espaciamiento entre las corridas, incluyendo además el
us o de sonar de rebusca lateral, para discernir con claridad sobre la existencia de
posibles objetos depositados sobre el fondo marino. En caso de que se disponga,
el sondaje con ecosonda de muitihaz, es el método ideal que asegura obtener el
100% de cobertura del lecho marino".
Caben dentro de esta definición todos los levantamientos hidrográficos que se
desarrollen en terminales portuarios, fondeaderos, canales artificiales, dársenas
naturales o artificiales, áreas de acuicultura y en general todo lugar donde existan
obras artificiales sumergidas, sea que ellas se encuentren a media agua o
asentadas sobre el fondo marino y que parte de su estructura sobresalga o no del
agua (se incluyen en esto los cables y cañerías submarinas para cualquier
propósito, muelles, dIques de alba, pilotes hincados, plataformas petroleras y
otros).
Cabe hacer presente, finalmente, que el SHOA sólo certificará planos batimétricos
realizados conforme a sus Instrucciones Hidrográficas.
CAPÍTULO 3. DESCRIPCIÓN DE LA TOMA DE DATOS, FORMAS DE OBTENCIÓN E INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA.
En este capítulo se incluyen los mecanismos de recopilación y estudio de
antecedentes, obtenidos tanto en terreno como los ya existentes.
3.1 RECOPILACION DE ANTECEDENTES ESTUDIO “ANÁLISIS HIDRÁULICO DE LA CONFLUENCIA DEL ESTERO LAMPA CON EL RÍO MAPOCHO” 3.1.1 FOTOGRAFÍAS AÉREAS
Se dispuso de fotografías aéreas del área de estudio, obtenidas en el Servicio
Aerofotogramétrico de la Fuerza Aérea de Chile (SAF), de acuerdo al siguiente
detalle:
Foto Aérea Nº1: Mosaico no controlado, Crecida del 16/07/87,
Fotos Nº 202045-202054, Esc. 1:4.000.
Foto Aérea Nº2: SAF 94, Nº 258287-258293, Esc. 1:5.000.-
Foto Aérea Nº3: CH30, Nº 21293, 1980, Esc. 1:25.000.-
Foto Aérea Nº4: SAF S09, Nº 25172, 1994, Esc. 1:20.000.-
Las escalas de estas fotografías se deben solamente a la disponibilidad de ellas en
el SAF.
Las fotografías mencionadas se encuentran en el anexo de fotografías aéreas.
3.2 MEDICIÓN TOPOGRÁFICA 3.2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
Los ríos presentan complicaciones para su medición, y cada uno tiene sus propias
particularidades. En el caso del río Mapocho, este presenta en la zona de estudio,
abundante vegetación en sus zonas ribereñas, principalmente cañaverales, bosque
nativo, maleza, etc. El estero Lampa, además de las condiciones ya mencionadas,
se presenta con viviendas en algunas zonas de sus riberas y su fondo se encuentra
embancado.
Como ayuda natural se dispone en la ribera occidental del río, desde aguas arriba
hacia aguas abajo (siguiendo el curso del agua), de una cadena de cerros, lo que
permite acotar bien las crecidas, motivo del estudio, delimitar mejor el área de
estudio, y además apoyar en estos cerros la red topográfica principal.
3.2.2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
La estrategia de medición de la topografía del fondo del cauce, relieve de sus
riberas, detalles de obras, caminos, etc., se definió de acuerdo al siguiente
esquema:
- Base de confiabilidad: vértice IGM, que se adquirió para poder ligar el
trabajo a la red nacional.
- Control de referencia: Estaciones topográficas INH del estudio Mapocho
rural.
- Red principal de medición: nuevos vértices en posiciones estratégicas,
definidas en el mismo terreno.
- Red secundaria: vértices de apoyo, definidos de acuerdo al momento de la
medición
- Estaciones por perfil: en cada perfil transversal se materializó una o más
estaciones que permitan medir en la línea del perfil deseado. Esto fue
debido a la densa vegetación que se produce en las riberas y que en
algunos casos alcanzó un ancho considerable.
- Medición de perfiles transversales: se realizó en forma perpendicular al eje
del cauce, tomando puntos del fondo, pelos de agua (líneas de agua en la
orilla), riberas superiores, y taquimetría del entorno hasta una cota
claramente alta, lo que permita asegurar que los niveles de agua no
sobrepasarán aquella altura.
- Medición de obras y puentes en detalle, inc luso con huincha si fuese
necesario.
3.3 TRABAJOS DE TERRENO
En la obtención de antecedentes se ejecutaron las siguientes tareas:
Taquimetría
Hidrografía
Sedimentología
Mediciones de caudal
Para cumplir con los trabajos topográficos, sedimentológicos e hidrográficos, se
emplearon los siguientes equipos e implementos:
GPS Geodésico marca Trimble
Estaciones Totales Distanciometros
Teodolitos digitales y mecánicos
Niveles Ópticos
Prismas, jalones, miras, etc.
Rozones y otros elementos de apoyo.
Juego de tamices para análisis granulométricos
Saca muestras de mandíbula
Molinete A 0tt C2 Nº6529
Cuatro radios de comunicación marca Kenwood
Un Bote Zodiac con motor MKI Futura
3.3.1 LEVANTAMIENTO TOPOBATIMÉTRICO
La Red Topográfica, de apoyo de las mediciones se estableció planimétricamente
en metros, con Coordenadas UTM de referencia en el Datum PSAD-1956 para la
Zona 19 Sur y Meridiano Central 69°. Altimétricamente las cotas están expresadas
en metros y referidas al Nivel Medio del Mar (m.n.m.m.).
Como base de medición se utilizaron puntos o vértices geográficos del Instituto
Geográfico Militar (IGM), de la Empresa Geocom y del Levantamiento Topográfico
realizado por el INH para el Estudio anterior llamado Río Mapocho Rural.
Estos vértices, utilizados en este tramo constituyen la Base topográfica de medición
de perfiles y detalles de obras y relieve en el sector de estudio.
TABLA 3.1 Base topográfica de Medición
Estos puntos se encuentran materializados por un monolito de concreto, que tiene
en el centro de su cara superior un estacón de fierro de ¼” y una placa con el
nombre del vértice.
El posicionamiento de esta Red se realizó con GPS Geodésico marca Trimble, por
el método estático. La verificación y densificación de otros puntos se realizó con
instrumental topográfico convencional.
Este método consiste en determinar las coordenadas de un receptor móvil a partir
de otro instalado en un vértice de coordenadas conocidas (base). Ambos
receptores deben realizar un registro continuo de un mínimo de cuatro satélites. El
intervalo de grabación de ambos receptores debe ser necesariamente igual, en
este caso se optó por utilizar intervalos de tiempo de 6 segundos.
La taquimetría fue ejecutada en base a perfiles transversales. Para ello se
efectuaron perfiles cada 100 metros aproximadamente en toda la zona en estudio.
En la medición de perfiles transversales se utilizó una embarcación sujeta a una
cuerda fijada en cada ribera. Sobre ella un alarife iba dando puntos de la
configuración del fondo del lecho, además de los pelos de agua en ambas orillas.
En cada perfil transversal se hizo labor de despeje y roce, dada la tupida
vegetación y maleza en una franja de ancho importante, aledaña a las riberas.
Se tuvo el inconveniente de que el fondo del estero Lampa tenía una capa de
sedimento (barro) considerable, lo que hacía que la mira se hundiera, para ello fue
necesario poner una base plana y medir con ella, además de hundir la mira en el
sedimento hasta tocar fondo y obtener las cotas de ambos fondos. Para el estudio
fue usado el fondo que conformaba el sedimento, pues al ser un estudio hidráulico
interesa sólo la superficie donde existe agua; el fondo real sin embargo fue un
antecedente que ayudó a comprender el comportamiento de la sedimentología del
estero.
Los detalles de riberas, caminos, obras o puentes, se midieron por taquimetría
convencional o radiación electrónica.
De la misma forma que la taquimetría, la hidrografía fue ejecutada en base a
perfiles transversales en el lecho cada 50 metros, utilizando un bote zodiac.
Cada perfil fue discretizado en cuatro o cinco puntos, para lo cuál el bote se
posicionaba sobre el punto a medir, introduciéndose una mira topográfica con la
cuál se medía la profundidad del cauce. El Posicionamiento planimétrico del bote y
el pelo de agua de cada punto medido fue con GPS, con el método cinemático.
3.3.2 MEDICIÓN DE CAUDALES
Las mediciones de caudal en el río Mapocho se realizaron en dos secciones: aguas
abajo del puente Mapocho y a 100 metros aguas abajo de la confluencia. En el
estero Lampa la sección de medición se ubicó a 50 metros aguas arriba del Puente
Pudahuel.
Las mediciones de caudales consisten fundamentalmente en medir en una sección
determinada el perfil transversal del lecho. En la misma ubicación en que se colocó
la mira topográfica se mide la velocidad en varios puntos de la vertical,
dependiendo de la altura de escurrimiento.
El cálculo posterior se basa en dividir la sección en subsecciones asociándoles una
velocidad, con lo cuál se obtienen caudales por subsección, cuya suma total
representa el caudal total por unidad de tiempo que pasa por la sección.
3.4 ESTUDIO “MARINA Y PUERTO DE CRUCEROS EN CALETA EL MORRO”
IQUIQUE – I REGION 3.4.1 RECOPILACIÓN DE ANTECEDENTES
La recopilación de antecedentes se realizó en dos etepas, antecedentes existentes
y trabajos de terreno. Se comienza por la recopilación de antecedentes existentes.
Para generar los dominios físicos, necesarios para la modelación matemática, se
utilizaron dos cartas náuticas del Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la
Armada de Chile SHOA. Estas son las siguientes:
1) Carta Nº 1100 Rada de Arica a Bahía de Iquique, que fue utilizada para generar
el dominio regional. Dicho dominio se utiliza para estudiar el comportamiento del
oleaje desde aguas profundas, en donde no se ve afectado por el fondo, hasta una
zona cercana al puerto (aproximadamente hasta el veril –100m NRS).
2) Carta Nº 1211 Bahía de Iquique, que fue utilizada, complementada con los datos
topobatimétricos obtenidos en terreno, para generar el dominio local. Dicho dominio
se utiliza para estudiar el comportamiento del oleaje en la zona de estudio
(aproximadamente hasta el veril –100m NRS hasta la costa).
Una explicación más detallada de los dominios físicos se hace en el punto 4.2.
3.4.2 MEDICIÒN TOPOGRÁFICA 3.4.2.1 planteamiento del problema
La zona del estudio comprende aproximadamente 2000 metros de costa, y se
requirió obtener medidas hasta el veril –50 metros de profundidad para efectos de
modelación, lo que quiere decir, que se debió realizar una batimetría de
aproximadamente 1500 metros mar adentro. El sector de la caleta natural
(dársena) debió ser más densificado, dado que es el lugar donde se proyectará
construir las obras. El sector a levantar se aprecia en la figura 3.1
3.4.2.2 Definición del problema
La estrategia de medición de este sector costero comprende los siguientes
aspectos:
Base de confiabilidad: vértice SHOA con coordenadas UTM y cota en
metros referidos al NRS, para ligar el trabajo a la red nacional.
Red principal de medición: nuevos vértices de acuerdo a la medición
Red secundaria: estaciones auxiliares, si es necesario para complementar la
medición.
Taquimetría: levantar todo el borde costero, muros, playas, obras, etc.
Batimetría: sondaje del fondo marino, controlado por regla de marea
instantánea.
3.4.2.3 Medición de la red de apoyo
La Red Topográfica de apoyo de las mediciones se estableció planimétricamente
en metros, con Coordenadas UTM de referencia en el Datum WGS 1984 para la
Zona 19 Sur con Meridiano Central 69°. Altimétricamente, las cotas o sondas están
expresadas en metros y referidas al Nivel de Reducción de Sondas del lugar
(NRS).
Como base de medición se utilizó el punto geográfico y de Cota Fija de Marea del
Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada (SHOA):
Vértice CF-11 : N = 7.765.415,949 E = 380.107,375 Cota m [NRS]= 3.710
La materialización de puntos topográficos que establecen la Red de estaciones de
medición, consideró el estacado de vértices, la utilización de puntos existentes en
el sector, y especialmente el uso de monolitos de propiedad municipal. Una vista de
la ubicación de cada estación y su entorno, se aprecia en el Anexo Fotográfico del
presente informe.
El posicionamiento de esta Red se realizó con GPS Geodésico marca Trimble, por
el método estático. La verificación y densificación de otros puntos se realizó con
instrumental topográfico convencional.
Los valores se expresan en Coordenadas Geográficas planas UTM y Cotas en
metros referida al Nivel de Reducción de Sondas del lugar.
El listado de Vértices o Estaciones y el sistema coordenado con su
posicionamiento, se presenta a continuación:
3.4.2.4 medicion de costa y batimetría
La topografía de playa y los detalles de obras de interés, se midieron por radiación
electrónica desde las estaciones de Red en cada sector. La batimetría se realizó
por trisección angular.
La zona medida es de aproximadamente 2000 m. en línea recta por la costa y 1500
m. perpendicular a esta, llegando hasta el veril
-50 de profundidad .
El instrumental de medición utilizado fue el siguiente:
Ecosondas Elac,
Distanciometro Pentax PM 81
Teodolito Electrónico Pentax TH-E100
Estación Total Pentax PCS-1
Estación Total Sokkia Set 600
Teodolitos Zeiss Theo 020 A
además de embarcación, Prismas, jalones, miras y Equipos de
Comunicación.
3.4.2.5 toma de muestras superficiales de playa y fondo marino
Durante la campaña de terreno se tomaron muestras superficiales de playa, al sur
de caleta El Morro, y de fondo marino, en la caleta.
Se tomaron 4 muestras de playa y 4 de fondo marino. La posición de los puntos en
que fueron extraídas las muestras, y su denominación, se puede observar en el
plano INH 3794, que se encuentra en el anexo planos. La denominación de las
muestras de playa indica la estación topográfica desde donde fue posicionado el
punto de extracción y el número de la muestra. Las muestras de fondo marino
fueron posicionadas mediante trisección angular y se marcaron con la letra B
(buzo).
Para extraer las muestras de playa se usó una paleta de mano. Para las muestras
de fondo marino fue necesario el arriendo de una embarcación y de un buzo. Las
muestras fueron posicionadas por intersección angular.
Todas las muestras se guardaron en bolsas plásticas clasificadas en terreno. El
análisis de aquellas se realizó en el laboratorio sedimentológico del INH.
3.4.2.6 Medición de Mareas
Se instaló una regla de marea en el muelle de pasajeros , durante los días 06 a 10
de julio de 2002. El proceso utilizado consiste en, poner en el agua una regla, que
generalmente es una mira topográfica, teniendo cuidado de que en todo momento
la regla se encuentre sumergida en el agua. Finalmente se debe nivelar la regla
con respecto al punto de cota fija de marea, como se indica en la figura 3.5. En
esta oportunidad se obtuvo una cota de –0.42m respecto al cero de la regla de
marea, es decir 0.42 m bajo el cero de la regla de mareas.
Midiendo la marea, con lecturas cada 10 minutos, y utilizando la Tabla de Marea de
la Costa de Chile, del Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada, SHOA,
con los valores en hora y altura del Puerto de Iquique, se confirmó el NRS del
lugar.
En La figura 3.3 , se presentan las gráficas de las lecturas de marea, realizadas
durante la campaña, referidas al NRS del lugar.
A continuación se hace referencia a aspectos muy importantes en cuanto a las mareas. Estos aspectos pueden caer dentro del marco teórico, pero se incluyeron en este capítulo debido a la importancia de tenerlos presentes al momento de la toma de datos. 3.4.2.6.a nivel de reducción de sondas
Es el plano al cual están referidas las sondas o profundidades de una localidad.
Las necesidades de navegación requieren que la carta náutica en la cual se
insertan las sondas muestre la mínima profundidad que se puede encontrar en un
punto, por lo tanto, usualmente se adopta como dátum de la carta algún nivel
relacionado con las bajamares.
Al no existir uniformidad en cuanto a la elección de este plano, se reconoció
internacionalmente que “el dátum de marea de la carta náutica debería ser un
plano tan bajo que la marea rara vez descendería bajo éste”. Normalmente, el
dátum de la carta náutica es también el dátum utilizado en las predicciones de
marea que se incluyen en las tablas de marea.
Cada país adopta el N.R.S. de acuerdo a las características del régimen de marea
de sus costas. Dado que el tipo de marea que predomina en el litoral chileno
corresponde al de “marea semidiurna mixta”, se adoptó como nivel de reducción de
sondas el plano determinado por la mayor bajamar de sicigias estando la luna en
perigeo.
Al igual que otros planos mareales, la exactitud que se obtenga en la determinación
del N.R.S. dependerá de lo extenso del período en que se observó la marea.
De acuerdo a este criterio, al disponerse de un período corto de observación de la
marea, una buena aproximación en la determinación del N.R.S. la entrega el nivel
que alcanza la mayor bajamar registrada en el período.
3.4.2.6.b cotas de marea y control del nivel cero
Al realizar observaciones de la marea, es imprescindible instalar un sistema de
cotas a las cuales se puedan referir los planos de marea. Como cota se utiliza
normalmente un disco de bronce debidamente identificado, el cual se instala en
una superficie estable tal como una roca expuesta, el muro de un malecón o una
construcción notable. Estas cotas, distribuidas en un número de 5 en las estaciones
primarias de marea (observaciones de largo período) y 2 en las estaciones
secundarias de marea (observación de corto período), representan puntos
supuestamente invariables que se utilizan como referencia para las elevaciones.
Mediante una nivelación diferencial se establece la diferencia entre el cero del
registro instrumental de la marea y estas marcas terrestres, transformándose estas
marcas en “cotas fijas de marea”, las cuales deben ser verificadas periódicamente
cuando se trate de observaciones de largo período. De esta manera, si las
observaciones llegan a su término habiéndose retirado la regla de marea o el nivel
cero del registro es alterado durante el transcurso de la observación, siempre será
posible recuperar el nivel cero original o determinar la diferencia entre diferentes
niveles cero de medida a partir de nivelaciones efectuadas oportunamente.
La figura 3.4 esquematiza los planos de marea más utilizados, obtenidos de un
mes de observaciones del nivel del mar efectuados en Antofagasta y referidos a la
cota fija de marea Nº 8. La nivelación efectuada el día 1 de noviembre de 1997
entregó como diferencia de altura entre le cota fija Nº 8 y el cero de la regla de
marea un valor de 6,899 metros.
La figura 3.5 muestra un procedimiento sencillo de la nivelación diferencial utilizada
como metodología para vincular y obtener la diferencia de altura entre la cota fija
de marea y el cero de la regla de marea.
Este es el procedimiento a utilizar por el INH en cada trabajo de estas
características, y no se podrá dar valores de cotas NRS a ni un punto sin que se
haya realizado este procedimiento.
L : Largo de la regla de marea
a, c : lecturas atrás en la mira topográfica
b, d : lecturas adelante en la mira topográfica
A : altura de cota fija sobre el cero de la regla de marea.
Se puede determinar la altura de la cota fija sobre el cero de la regla de marea
como:
A = L + (a – b) + ( c- d )
En ocasiones la cota se encuentra distante de la regla de marea por lo que será
necesario ejecutar varios tramos de nivelación utilizando puntos intermedios
debidamente señalados, y es recomendable realizarla por doble posición
instrumental.
CAPÍTULO 4. DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE CÁLCULO Y DIBUJO.
Para comenzar este capítulo se debe decir, que es fundamental saber que es lo
que se requiere de la información obtenida, que en la mayoría de los casos es
tener una malla de puntos en tres dimensiones modelo, el que permitirá tener la
herramienta necesaria para poder realizar un análisis hidráulico óptimo, mediante
programas computacionales, los que serán comentados más adelante.
4.1 ESTUDIO “ANÁLISIS HIDRÁULICO DE LA CONFLIUENCIA DEL ESTERO LAMPA CON EL RÍO MAPOCHO”
Para comenzar este estudio, se dibujaron en el programa Autocad Land
Development, opción Civil, todos los puntos con sus respectivas coordenadas(Este,
Norte y Cota) y su descripción, y con las libretas de terreno, que también tienen las
descripciones de cada punto, más los antecedentes ya existentes, como cartas ,
planos anteriores, y fotografías o videos tomados en la campaña de terreno, se
procedió al armado del plano, en su parte gruesa, es decir, unir caminos, senderos,
cercos, y todo lo que es representativo de un terreno; además se dibujaron los
detalles ribereños de ambos cauces, como los pretiles, detalle de puentes, etc.
Cabe mencionar que este proceso no estuvo exento de problemas, ya que la zona
es de una topografía muy compleja, además cada vez que se produce una crecida,
como por ejemplo la del invierno del año 2002, los sectores ribereños, son
modificados drásticamente. Un ejemplo de lo expuesto anteriormente es la
comparación realizada entre una fotografía aérea y el levantamiento realizado por
el instituto nacional de hidráulica, que se muestra en la figura 4.1
4.1.1 CONTROL
Se hace a continuación una descripción de la zona de estudio, indicando los
aspectos más relevantes de ella. Se tomarán en cuenta los factores que se estiman
importantes para efectos del comportamiento hidráulico, y que podrían ser un factor
influyente para este y cualquier otro estudio hidráulico fluvial.
4.1.1.1 Río mapocho
Presenta una pendiente suave y un lecho conformado principalmente por arenas y
ripios.
Se observa que aguas arriba de la confluencia existen en ambas riberas amplias
planicies fácilmente inundables, además la planicie derecha es compartida con el
estero Lampa. Aguas abajo el perfil transversal típico del cauce cambia, siendo
como el que se presenta en el Fig. Nº 4.2 . La ribera derecha tiene aproximadam
ente 10m de altura debido a la presencia del cordón Lomas de Lo Aguirre. En la
ribera izquierda se presenta un nivel de terrenos bajos que actúan como planicie de
inundación en eventuales crecidas, limitada por un talud bien definido de
aproximadamente 3m de altura formando un nivel de terrazas utilizado para
actividades agrícolas.
Los aspectos relevantes a tomar en consideración son:
- A 200m aguas arriba de la Ruta 68 el nacimiento de una protección ribereña
de enrocado de 180 metros de largo, que enlaza con el puente vial.
- El puente mapocho que es una estructura de la Ruta 68 y que tiene sus
estribos dentro del cauce, lo que limita el ancho de la sección.
- A 70 metros aguas abajo del puente existe un muro guardarradier de roca
con un espesor de entre 10 y 15m. La diferencia de cota entre el nivel
superior e inferior del muro es de 1,10m.
- A 870m de la Ruta 68 se encuentra la confluencia con el estero Lampa. En
ese sector, por la ribera izquierda, se observa el nacimiento de varios
pretiles, presentando el más importante un largo de 230m, que según las
fotos aéreas de la crecida de 1987, sirven al encauzamiento de las crecidas.
Además se observa el nacimiento de un desnivel de terrazas que se
extiende hacia aguas abajo, que separa los terrenos de cultivos de los del
cauce.
- A 3450m se produce un estrechamiento del cauce, producto de la presencia
del Cerro Chico en la ribera derecha (Foto Nº4) y por la existencia de un
quiebre natural del terreno en la ribera izquierda. En ese mismo lugar, se
ubica el Puente Colgante, utilizado para el paso aéreo de tuberías de
regadío, la cota superior es de 454,6m NMM.
4.1.1.2 Estero Lampa
Analizando el estero Lampa se aprecia que el cauce en toda su extensión se
presenta bien definido, con taludes de pendientes variables y vegetación en sus
riberas, siendo el perfil típico el mostrado en la Figura 4.3. Las diferencias a lo largo
del cauce se deben esencialmente a variaciones de las cotas de las riberas y a
algunas modificaciones en la forma del perfil transversal.
Aguas arriba de la Ruta 68 la ribera izquierda presenta alturas de 8m. Delimita una
amplia planicie de inundación esencialmente agrícola y en menor grado industrial
que es compartida con el Río Mapocho.
Por su parte la ribera derecha es delimitada por la presencia del Cerro Amapola, en
el sector de Laguna Carén, cuyo faldeo es aprovechado por un pequeño caserío.
Inmediatamente aguas abajo del Puente Pudahuel, la ribera izquierda presenta
alturas de aproximadamente 8m y la ribera derecha de 12 m. Esta mayor altura se
debe a la presencia en tal sector del cordón montañoso Lomas de Lo Aguirre.
Las principales singularidades que presenta son:
El puente Pudahuel en la ruta 68, y los restos de dos pilas metálicas pertenecientes
a un antiguo puente, 300 metros aguas abajo de la ruta 68.
4.1.2 EVALUACIÓN
A continuación se detalla la forma en que afectó o se espera pudieran afectar , las
características mencionadas anteriormente en la representación del terreno y por
consiguiente en el estudio hidráulico.
Se comienza con los puentes debido a que se presentan en ambos cauces, y
además son obras que se encuentran regularmente en cualquier río o estero.
4.1.2.1 Pendiente del Cauce
El análisis del perfil longitudinal del lecho del río muestra tres secciones con
pendientes medias diferentes, Figura 4.4 , las cuáles se presentan a continuación,
desde aguas arriba hacia aguas abajo:
Sección 1. Corresponde al tramo ubicado entre el inicio de la zona en
estudio hasta la confluencia, con una longitud de aproximadamente
1,6km., la pendiente media es de 2 ‰.
Sección 2. Corresponde al tramo ubicado entre la confluencia y el Cerro
Chico, con una longitud de aproximadamente 2,7km., la pendiente media
es de 1 ‰.
Sección 3. Corresponde al tramo ubicado entre el Cerro Chico y el final
de la zona en estudio, con una longitud de aproximadamente 1,1km., la
pendiente media es de 0,2 ‰.
4.1.2.2 problemas hidráulicos en los puentes
En la medición de perfiles en las zonas: inmediatamente aguas arriba de los
puentes, en los puentes, e inmediatamente aguas debajo de los puentes, se
encontraron diferencias de cotas, que llamaron la atención por lo disímiles de ellas,
entregando pendientes muy distintas en ese tramo, ello se puede explicar debido a
que al restar anchura al cauce (moderadamente), se resta capacidad de
evacuación al puente. En régimen lento el agua se acelera para pasar por la parte
más estrecha, presentándose primero una depresión de la superficie libre y luego
su recuperación, cuando se ensancha el cauce, hasta el nivel determinado por las
condiciones de contorno de aguas abajo. El efecto global es una sobreelevación
del nivel antes del puente ∆H (llamada también remanso producido por el puente)
que afecta una cierta longitud aguas arriba, y que equivale a la pérdida de carga
local de la sucesión de estrechamiento y ensanchamiento. El caudal de agua pasa
por igual bajo el puente, pero con un nivel mayor aguas arriba y en segundo lugar
con una velocidad media mayor a través del vano. Además del efecto de
sobreelevación, el aumento de velocidad ( o reducción de anchura ) produce una
erosión del lecho en el área del puente (lo que modifica la superficie libre ).
La situación que se muestra en la figura 4.5 , representa lo encontrado en terreno
para las mediciones de los puentes Lampa y Mapocho.
4.1.2.3 problemas con la densificación del cauce
El problema principal de esta parte del trabajo fue que como los perfiles medidos
en terreno no coinciden siempre con los perfiles trazados para realizar el estudio
hidráulico, ya sea porque no es posible medir todos los perfiles del estudio o
porque luego de la campaña de terreno los perfiles son modificados o redefinidos,
se tuvo el problema de que en ciertos perfiles calculados por el programa, al no
haber puntos medidos se obtenían perfiles cuya cota más baja correspondía a la
curva de nivel de menor valor, obteniendo res ultados distintos a la realidad, pues
estos perfiles en su parte más baja entregaban una línea recta que unía una
distancia que casi comprendía todo el ancho del cauce. En la figura 4.6 se aprecia
un ejemplo de lo expuesto anteriormente.
Esto no permite un análisis correcto de un río, por lo tanto lo que se debió hacer, es
que antes de generar la superficie se debe seguir la línea del cauce a través de los
puntos donde si fueron tomados los perfiles, con líneas de quiebre y generar
puntos cada cierta distancia, en este caso fue cada 20 metros, con lo que se
obtuvo una densificación del cauce lo bastante buena como para poder obtener un
perfil bien representado en cualquier lugar donde fuera requerido.
Una vez terminado este proceso se generaron curvas de nivel cada un metro, con
el programa Civil, las que sirvieron como guía para el trazado de las curvas finales,
ya que las curvas generadas por el programa algunas veces no pasan por el lugar
correcto y es ahí donde se debe aplicar un criterio profesional que permita
discriminar la verdadera forma del terreno.
Este fue el proceso más largo de todo el trabajo realizado en el estudio Lampa-
Mapocho. El resultado final de este proceso se está en el plano Nº 1, que se
encuentra en el anexo de planos.
4.1.3 GENERACIÓN DE LA SUPERFICIE TRIDIMENSIONAL
Lo requerido en primera instancia para este estudio, luego de la depuración y
corrección de los datos de topografía, tanto de terreno como de antecedentes
existentes, es generar una superficie tridimensional, mediante el programa Autocad
Land Development y su menú Civil Design. La superficie obtenida es utilizada para
generar una grilla de puntos, cada cierta distancia, que en este caso fue cada 5
metros. Lo que permite tener una densificación de puntos del terreno; cabe
mencionar que si se quisiera, se podría obtener una representación casi real de
una superficie, por ejemplo haciendo una grilla de puntos cada 5 o 10 centímetros.
Para crear la superficie, se deben definir previamente los puntos, líneas de
contorno (curvas de nivel ) y líneas de quiebre (caminos, taludes, pretiles, etc.),
además se debe comprobar que las líneas y puntos estén con las cotas que les
fueron asignadas, porque es posible que alguna línea o trazo de línea quede por
algún descuido o línea doble con cota cero , que es la asignada por defecto; esto
se debe hacer obteniendo una vista en tercera dimensión (3D).
Luego, con esto se generará una superficie mediante una malla de triángulos
irregulares en tercera dimensión (3D), cuyos vértices representan los puntos
topográficos o los vértices de las curvas de nivel digitalizadas, una vez más se
debe obtener una vista tridimensional para verificar nuevamente que no haya líneas
disparadas, recorriendo toda la superficie, haciendo paneos a ras de piso, o
recorrer los cauces, por ejemplo. verificar que no haya líneas por lo que luego se
debe depurar la superficie en el menú de edición de ésta, borrando las líneas que
se crea van a dar una mala representación de la topografía del lugar.
4.1.4 REPRESENTACIÓN FOTORREALISTA
Finalmente se recurrió a la representación fotorrealista de modelos
tridimensionales, también conocido como renderizado, en Autocad Land
Development.
El renderizado consiste en generar representaciones o modelaciones, es decir,
imágenes tridimensionales de los objetos, con caras opacas y graduación de
colores. Con esto es posible determinar la calidad de la representación, pues cada
representación se acerca mucho a la realidad, lo que permite corregir errores a
tiempo.
La representación fotorealista es un proceso que no estaba considerado y que
resultó de gran ayuda para despejar dudas que se tuvieran acerca del terreno;
además estas representaciones, son y serán una valiosa ayuda para los estudios
que requieran la construcción de un modelo físico a escala.
A continuación se muestra la comparación entre una superficie de malla de
triángulos y la misma superficie renderizada:
Otra forma de obtener imágenes tridimensionales, es a través del programa MIKE
21, pero esto se puede lograr una vez obtenido el archivo final de puntos, por lo
que no es posible detectar errores ni evaluar información. Este tipo de imágenes
puede ser muy útil para la entrega de informes topográficos finales y
presentaciones formales. La figura 4.9 muestra una representación que indica
claramente hasta que sector fue levantado el terreno y el resto es graficado como
una superficie a un mismo nivel.
4.1.5 CÁLCULO DE AFOROS
Para realizar el cálculo de caudales, se utiliza la fórmula Q = V * A
,donde :
Q = caudal medido
V = velocidad del agua
A = área de la sección medida
Entonces se tiene que obtener la velocidad con la fórmula de calibración del
molinete utilizado, que es calibrado por el mismo Instituto Nacional de Hidráulica,
en el canal de calibración de que dispone entre sus instalaciones. En dicho
certificado se entregan los datos del instrumento, además de la ecuación de
calibración de éste, mediante la cual, ingresando previamente el número de vueltas
del molinete, es posible calcular la velocidad. Un certificado de calibración de
molinetes emitido por el INH, pero de un molinete distinto al utilizado para la
medición de aforo realizada en este trabajo se entrega en el anexo aforos.
El área de la sección a medir es calculado en forma tradicional, dependiendo de la f
forma que este tenga, y dividiéndolo en zonas.
4.2 ESTUDIO “MARINA Y PUERTO DE CRUCEROS EN CALETA EL MORRO” IQUIQUE – I REGION
El procesamiento de datos de sondajes o batimetrías se realiza de la siguiente
manera:
Se requiere conocer por topografía las distancias entre las bases. Por tiempos
coordinados entre los operadores de los instrumentos y embarcación se conocen
los ángulos horizontales con calaje en estas líneas de base. Cada línea observada
responde a una medida calculada, si el error estándar está por debajo de 0,5
metros el punto o sonda batimétrica es bueno. Este obedece a la siguiente fórmula:
Donde, x: representa la coordenada este calculada de un punto
y: representa la coordenada norte calculada de un punto
e: error medido (ds) por punto medido
Se utiliza un programa especialmente diseñado para tal efecto.
Los puntos obtenidos en la batimetría se ingresaron a una planilla excel, para luego
ser importados por el programa Autocad Land Development. En excel se hizo un
gráfico de estos puntos, que sirve para tener una vista e idea preliminar de la
conformación del plano que deberá ser elaborado, además se pueden detectar lo
errores más gruesos. La figura 4.10 corresponde a la batimetría de Iquique
graficada en excel.
La batimetría enseñada corresponde en el sector de modelamiento hidráulico, al
llamado dominio local, que es la parte que necesita del máximo detalle para dicho
efecto, existe además el dominio regional, que es el que permite propagar
adecuadamente la información de oleaje de aguas profundas, es decir, los
parámetros de período (tiempo en que tarda en pasar una ola por el mismo punto),
dirección y altura de ola, hasta la zona cercana a la costa.
Como se explicó, el levantamiento topográfico considera solamente unos 1500
metros desde la costa hacia el mar. Esta es la razón por la cual fue necesario
complementar la batimetría en gabinete, utilizando las cartas náuticas disponibles.
Estas fueron digitalizadas mediante la plataforma Autocad y compatibilizadas tanto
con las cartas náuticas como con los planos generados por el levantamiento
topográfico realizado por el INH.
CAPÍTULO 5 RESULTADOS
En este capítulo se presentan los procedimientos a utilizar para entregar la
información necesaria y requerida para poder realizar el estudio de la confluencia
del estero Lampa con el río Mapocho, en su parte hidráulica pura.
5.1 GENERACIÓN DE LA GRILLA DE PUNTOS PARA MIKE 21
Antes de comenzar, es preciso señalar, que MIKE 21 es un programa de
simulación hidráulica creado por el DANISH HYDRAULIC INSTITUTE, el que
permite hacer una representación de las corrientes, velocidades, transporte de
sedimentos, etc.
Terminada la depuración de la superficie se está en condiciones de poder interpolar
los puntos requeridos. Es preciso mencionar que la interpolación se realizó por
zonas, ya que al interpolar todos los puntos de una vez, el programa sufre una
recarga y puede provocar errores, o bien tardar mucho más tiempo que el que
demora interpolando los puntos en forma parcelada.
A modo de comprobación se puede insertar puntos en la esquina superior derecha
de cada zona, ya que Civil realiza la interpolación desde abajo hacia arriba y de
izquierda a derecha, por lo tanto, si los puntos de la esquina superior derecha se
encuentran y están correctos, el proceso se realizó con éxito. La forma en que se
dividió la zona de estudio se muestra en la figura 5.1.
Los puntos mencionados se exportan en un archivo con formato .xyz, que es un
formato reconocido por MIKE21, referenciando estos puntos en coordenada Este
Norte y Cota, es decir, esta información se entrega en una planilla con formato
magnético o directamente a través de red de conexión local o internet. La finalidad
de este proceso es poder introducir los puntos a MIKE-21.
5.2 GENERACIÓN DE PERFILES TRANSVERSALES
La segunda parte de este proyecto consistió en generar perfiles, previamente
determinados, a través de la superficie generada en Civil. Estos perfiles deben ser
llevados a planillas de cálculo Excel, para luego ser revisados y comparados con el
terreno, ya sea mediante planos o fotografías.
En general, en toda su extensión el cauce se presenta bien definido con riberas
bastante altas y en varios casos erosionadas por las últimas crecidas. Además se
aprecia en el plano gran cantidad de árboles y arbus tos en las riberas que
afectarán la rugosidad del cauce.
Una vez terminado el proceso de obtención de perfiles, estos se deben ingresar al
programa HEC- RAS ( Hydrologic Eengineering Center - River Analysis system) de
US Army corps of Engineers, que es un programa especialmente diseñado para
análisis hidráulico fluvial. Este programa luego de ingresar algunos parámetros y
características del río en cuestión, entregará los ejes hidráulicos y por consiguiente
se tendrán las zonas de inundación, que deben ser graficadas en detalle. Esta
parte del proceso fue incorporada, ya que antes sólo se entregaban los datos, lo
que se busca es que el Ingeniero Geomensor participe del proyecto hasta
instancias lo más avanzadas posible. En esta oportunidad se obtuvo 9
combinaciones de cotas de eje hidráulico (estero Lampa y río Mapocho), estas
cotas se especifican para cada perfil. Lógicamente se obtuvo 9 planos de zonas de
inundación.
El cálculo del eje hidráulico requiere conocer las fuerzas de resistencia del cauce
que reducen la energía del escurrimiento. Estas pérdidas generalmente son
evaluadas con la ecuación de Manning.
Las resistencias se expresan en dicha ecuación mediante un coeficiente de
rugosidad, que involucra diversas resistencias parciales del cauce, provenientes del
fondo y laderas, de la geometría del curso, de la forma de las secciones, las
obstrucciones existentes, etc.
Las cotas de los ejes hidráulicos se encuentran en el anexo del mismo nombre.
5.3 CONSTRUCCIÓN PLANOS DE ZONAS DE INUNDACIÓN
Para construir los planos de zonas de inundación se ideó un método más rápido y
con la misma o mejor calidad que el utilizado en ocasiones anteriores. El método
existente anteriormente consistía en tomar cada perfil transversal y determinar una
cota de referencia, y mediante el comando offset de autocad llegar a la cota del eje
hidráulico y con ello intersectar la recta resultante con el eje del río, lo que
entregaría una distancia desde el eje del río hacia cada lado de éste.
El método usado esta vez consistió en utilizar la superficie ya obtenida, y en cada
perfil pedirle al programa la curva de nivel que indica el eje hidráulico en cada perfil,
con esto se hace una marca sobre el perfil a cada lado del río, y se avanza hacia el
perfil siguiente, una vez terminado este proceso se procede a unir las marcas de
cada perfil, cuidando de seguir las tendencias del terreno, a través de curvas de
nivel, espigones, fallas, etc. Con esto se obtiene una figura que se cierra y se
achura con un color de tonalidad clara, para luego insertarse sobre el plano base
de topografía. La forma de entregar y presentar esta información es a través de
planos ploteados y en formato digital, cuando sea requerido. El plano nº 3793 del
anexo planos muestra un ejemplo de una de las zonas de inundación.
El método utilizado dio muy buenos resultados y significó un gran ahorro de tiempo,
sin que esto signifique una calidad de resultados inferior.
5.4 CÁLCULO DE AFOROS
Los resultados de las secciones aforadas para el estudio de la confluencia del
estero Lampa con el río Mapocho, son los siguientes:
QAb,M = Lampa, aguas arriba de confluencia = 3,93 m3/s
QAr,L = Mapocho, aguas arriba de confluencia = 10,65 m3/s
QAb,M = Mapocho, aguas abajo de confluencia = 14,64 m3/s
El detalle del cálculo de estos caudales se encuentra en el anexo aforos.
CAPÍTULO 6 ANÁLISIS Y RESULTADOS 6.1 RESUMEN DEL MODELO PROPUESTO
Los capítulos anteriores expresan una forma o modelo de procesamiento de
información topográfica, o relacionada con esta, en estudios de Ingeniería
Hidráulica.
Se establece una clasificación del tipo de información y un ordenamiento y
optimización desde la toma del dato, su proceso y la forma de entrega final de este
, dependiendo del objetivo requerido.
Si se resume este ordenamiento para ser utilizado en la planificación de futuros
estudios como modelo de procesamiento, fin que persigue este trabajo, se tiene
que este actúa de acuerdo al siguiente diagrama:
6.1.1 ESTRUCTURA BÁSICA DEL MODELO
6.2 RECOMENDACIONES PARA LLEVAR A CABO EL MODELO 6.2.1 INFORMACIÓN INICIAL
Esta puede ser de terreno u otro tipo de documentación, como por ejemplo
fotografías aéreas, imágenes satelitales, cartas, informes de estudios anteriores,
etc. Esta información es trabajada y analizada sólo en gabinete.
Esta información puede ser una gran ayuda para la planificación de una campaña
de terreno, puesto que de ellas se puede obtener información valiosa, aunque no
sea precisa cuantitativamente. También cobra un valor altísimo al unir esta
información con la información recogida en terreno, por ejemplo lo mostrado en la
figura 4.1, que permite apreciar claramente una tendencia de cambio de un cauce
en distintas épocas.
Otro punto que se puede realizar con imágenes es el calcular de manera
aproximada áreas, extensiones, etc, y por ejemplo en una batimetría marina poder
determinar el número de perfiles a realizar.
6.2.2 RECOPILACIÓN DE ANTECEDENTES
En esta sección es importante señalar que los aspectos más importantes para
poder mejorar o aportar a la estructura diseñada, hace alusión al material
disponible para la captura de datos en terreno, comenzando por realizar los
levantamientos utilizando estaciones totales, que permiten disminuir los tiempos de
medición, pues no es necesario anotar las mediciones en libretas, lo que significa
además una reducción en el tiempo de preproceso e ingreso de la información,
logrando con esto poder invertir el tiempo restante en medir más detalladamente
cada sector, o bien reducir el tiempo de mediciones si es que los presupuestos así
lo requieren. Esto sin mencionar que los instrumentos modernos entregan precisión
de 1” o 2” si se quiere, comparado con los 10 ó 20” que entregan los instrumentos
más antiguos, existentes en el INH.
Se estima que el ahorro de tiempo en terreno es de entre un 30 a 40%. Esto se
pudo comprobar en una campañas de terreno posterior a las abordadas en este
trabajo, en la cual se utilizó estación total y se redujo el tiempo de medición,
permitiendo tener más tiempo para realizar otras labores, y además llegar a
gabinete con los datos ya en formato magnético (disquete o cd).
Otro factor que es fundamental para trabajos de este tipo, especialmente
batimetrías es el disponer de un buen equipo de comunicación, ya que teniendo el
material adecuado se minimizan errores y se gana tiempo.
Factor importante a considerar también es el relacionado con los boyerines
utilizados para las mediciones de corrientes, teniendo a disposición unos muy
buenos, con un tamaño y color fácilmente identificables a distancia, pero hay otros
que son demasiado pequeños, lo que al aumentar la distancia o haber condiciones
de oleaje medianamente considerables, hace que los operadores desde tierra, y en
ocasiones, los operadores desde la embarcación las pierdan, significando esto una
calidad de trabajo inferior.
Los boyerines utilizados para las mediciones de corrientes, son arrojados al agua,
siguiendo sus trayectorias por intersección angular. Es un proceso similar a la
batimetría, salvo que aquí no se mide profundidad, sino que se trazan trayectorias y
calculan velocidades utilizando el tiempo y distancia de desplazamiento de los
boyerines.
Lo mismo ocurre con una batimetría realizada con GPS, aunque para trabajos de
alta precisión, es recomendable realizarla por trisección angular. Cabe mencionar
que la diferencia entre un método y otro radica solo en la posición planimétrica, ya
que el ecosonda usado sería el mismo.
6.2.3 REVISIÓN DE LA INFORMACIÓN
En esta etapa se hará verificaciones de datos y se deberá además dejar constancia
de datos que merezcan alguna clase de duda, para que en el siguiente punto se
aclaren, y sea evaluado si el dato es correcto o se produjo un error (detectando la
fuente del error), y así poder mejorar la calidad del trabajo pres ente y los futuros
también.
6.2.4 PRE PROCESO E INGRESO DE LA INFORMACIÓN
Con el uso de instrumental moderno, este ítem será uno de los que se verá más
reducido, tanto en tiempo como en costos, puesto que no será necesario invertir
tantas horas hombre en traspasar datos al sistema digital. Este proceso llevaría
solo unos minutos, puesto que los nuevos instrumentos traen incorporados
software de traspaso de información que realizan esta labor en muy poco tiempo.
En cuanto al preproceso de la información, se recomienda realizar trazados de
curvas de nivel o veriles preliminares, mediante software computacional y luego
mediante criterio de profesionales, realizar un chequeo a estas y aprobar o corregir,
según sea el caso.
Las etapas siguientes, de una u otra forma han existido siempre, pero se propone
utilizar el orden indicado en el diagrama de flujo y en lo posible realizar todas las
recomendaciones que aquí se hacen.
6.2.5 CONTROL
En esta etapa se buscará depurar los datos existentes, buscar errores, cotejar
información y verificar que no falten datos relevantes para el estudio. Esta etapa es
fundamental, y debe ser realizada obligatoriamente para poder continuar con el
proceso, para luego poder comenzar la etapa de proceso definitivo. Este es el
llamado control de calidad, que debe ser lo más detallista posible, porque de el
depende directamente la calidad del resultado final.
6.2.6 EVALUACIÓN
Hacer una descripción de la zona de estudio, nombrando todas las obras y detalles
existentes, que sean importantes para la representación del terreno, y para el
comportamiento hidráulico propiamente tal.
Además describir en que manera afecta o se espera que afecten las obras
mencionadas. Además se deben indicar las características propias del terreno en
estudio, ya sea de cauces, por ejemplo las pendientes, como así también en zonas
marítimas.
6.2.6 PROCESO DEFINITIVO
Este proceso comienza una vez superados todos los pasos anteriores y consistirá
en dar forma de información final, a recibir por usuarios, de toda la información
necesaria para continuar con el estudio. En este punto cobran vital importancia los
dibujantes técnicos, y las personas encargadas de generar la grilla tridimensional
de puntos.
6.2.7 RESULTADOS
Es el punto más importante en cualquier tipo de trabajo, de esto depende el éxito
del estudio o proyecto, y por ende también el prestigio de la institución. Por esto
debe ser realizado tomando todas las medidas que aseguren eliminar por completo
los errores y faltas que puedan existir, es decir, hacer controles de calidad en todas
las etapas.
6.2.8 PRESENTACIÓN FINAL
La parte que más se destaca aquí, es la presentación de planos, a los que se les
hicieron algunas modific aciones en sus viñetas, colorido, etc., tratando de que el
encontrarse con un plano no resulte algo engorroso o poco aclarador, sino que
permita encontrar rápidamente la información requerida y no distraer con cosas sin
importancia, permitiendo además dar uniformidad a toda la información gráfica
entregada por el INH.
Se propone o recomienda además emitir un plano, o más que un plano un
esquema, con la ubicación de las estaciones utilizadas en las mediciones de
terreno, en lo posible sobre una carta del sector escaneada, lo que permita una
fácil ubicación de ellas. Esto resulta muy práctico y sirve además como
antecedente para un futuro trabajo en el mismo sector o cercano a el. Una muestra
reducida, es presentada en la figura 6.1, la que muestra las estaciones utilizadas
en la campaña de terreno realizada en Iquique. Se estima que un formato
adecuado para una información gráfica de este tipo es el A-3 de 0.42 por 0.27
metros, pues al ser sólo de referencia, con este tamaño es suficiente, además se
requiere que sea al menor costo posible.
Otro aspecto importante de mencionar es, el orden que se debe tener con los
planos, es decir, destinar directorios permanentes (bases de datos) donde
almacenar planos finales, planos en ejecución, planos de empresas externas que
sirvan como apoyo para los estudios, etc., debido a que en ocasiones se ha
perdido tiempo tratando de buscar esta información. Se propone tener una carpeta
de archivos con el nombre del estudio, y dentro de ella dos carpetas más, una que
lleve por nombre PLANOS EN EJECUCIÓN y otra con el nombre PLANOS
FINALES. De más está decir que todas las carpetas se deben encontrar en el
mismo lugar de la red del INH. De la misma forma se deben ordenar todas las
tablas de datos finales en un mismo directorio, idealmente la junto a los archivos de
dibujo, dentro de la carpeta con el nombre del estudio. Una Vez terminado el
proceso de los datos y sólo cuando ya se encuentre entregado el resultado final, se
dejarán en la Intranet local, la carpeta del estudio y en su interior los directorios
planos finales y tablas finales.
Como fue visto anteriormente las imágenes tridimensionales son un gran aporte en
la entrega de resultados, y es muy bueno anexar en informes imágenes que
permitan apreciar el trabajo realizado.
La estructura básica a propuesta es la presentada, pero cada estudio tiene sus
propias singularidades, las que deberán ser abordadas y estudiadas para cada
caso.
Finalmente se diseñó una carta gant, la que se encuentra en el anexo carta Gant,
que debiese ser utilizada en cada proyecto con el fin de ordenar el trabajo y dar
cumplimiento a la estructura propuesta.
6.3 CONCLUSIONES
Como análisis se puede destacar que un ordenamiento de la información que un
equipo topográfico debe abarcar y responder en forma satisfactoria, es significativo
e importante dentro de un estudio.
Conforma la base de credibilidad de los estudios y/o proyectos confiados y requiere
de una muy buena planificación y coordinación en todas sus etapas.
El paso de los años, conlleva a replantear cada cierto tiempo modelos en forma
natural, esto debido a las modificaciones que obligan las nuevas técnicas y
tecnologías, especialmente computacionales. Requiere de capacitar
permanentemente al personal comprometido en estas labores y de estar alerta a
las nuevas formas de medición, proceso y exposición de sus resultados.
Los computadores, impresoras plotter y scanner, amplian sus capacidades día a
día, lo que si se sabe aprovechar puede ser una ayuda enorme para el desarrollo
de cualquier trabajo.
Los software y programas adquieren nuevas modalidades, formas y diseños año
tras año , con una dinámica tal que requiere que tanto profesionales como personal
de apoyo en estas labores o funciones, se actualicen y mantengan su conocimiento
vigente a través de cursos o programas laborales de capacitación. En este punto se
hace especial alusión, debido a que muchas veces se dispone de programas de los
cuales se conoce solamente una parte del potencial que ellos tienen, lo que limita
ciertas labores, tanto en tiempo como eventualmente en dinero que puede ser
utilizado en realizar procesos que pueden ser llevados a cabo con material
disponible, pero no explotado. El caso más claro de lo mencionado anteriormente,
para este trabajo, es el programa Autocad Land Development, el cual permitió
desarrollar la mayoría de las tareas requeridas para los estudios abordados, y aún
así se ha utilizado un pequeño porcentaje de sus capacidades.
El resultado de un proceso enmarcado por un modelo , garantiza una metodología
de planificación , de ordenamiento y de entrega de resultados confiables en
cualquier proyecto o estudio, es decir, cumpliría con procedimientos o estándares
de calidad fáciles de chequear o revisar.
Esto se debe a la estructura sencilla que permite una sistematización del modelo ,
en quienes deben operar en él, lo que en definitiva entrega resultados de calidad.
Esta razón es importante ya que genera una forma de trabajo orientada , lo que
conlleva a lo dicho anteriormente respecto a planificación y ordenamiento , pero por
sobre todo a optimización de los tiempos empleados y a seguridad respecto a la
información procesada.
REFERENCIAS
1. José Losada Méndez, primer master en Ingeniería de Puertos y Costas,
sección IV. “Técnicas avanzadas de estudios de ingeniería de puertos y
costas”, volumen 1, Centro de estudios y experimentación de obras públicas
(CEDEX), Madrid, 2000.
2. Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile. “Instrucciones
Oceoanográficas Nº 2, segunda edición, Valparaíso, 1999.
3. Juan P. Martin Vide, “Ingeniería Fluvial, Ediciones UPC (Universidad
politécnica de Cataluña), primera edición, Barcelona, 1997.
ANEXOS
- ANEXO Nº 1: FOTOGRAFIAS AEREAS
- ANEXO Nº 2: EJE HIDRÁULICO
- ANEXO Nº 3: AFOROS
- ANEXO Nº 4: CARTA GANTT
- ANEXO Nº 5: PLANOS
• Nº 1: PLANTA GENERAL LAMPA-MAPOCHO
• Nº 2: ZONA DE INUNDACION: CASO 3
• Nº 3: PLANTA TOPOGRÁFICA GENERAL: TAQUIMETRÍA,
BATIMETRÍA Y MUESTRAS
NOTA: “TODOS LOS ANEXOS MENCIONADOS,
SE ENCUENTRAN EN TESIS IMPRESA”