Auxiliares de ingeniería topográfica en el control de adecuación hidráulica del río Subachoque

Texto completo

(1)AUXILIARES DE INGENIERÍA TOPOGRÁFICA EN EL CONTROL DE ADECUACIÓN HIDRÁULICA DEL RÍO SUBACHOQUE. Laura Daniela Ortiz Peñaloza 20141032022 Karen Daniela Segura Cortés 20141032036. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales Proyecto Curricular Ingeniería Topográfica Bogotá, Colombia 2019.

(2) AUXILIARES DE INGENIERÍA TOPOGRÁFICA EN EL CONTROL DE ADECUACIÓN HIDRÁULICA DEL RÍO SUBACHOQUE. LAURA DANIELA ORTIZ PEÑALOZA 20141032022 KAREN DANIELA SEGURA CORTÉS 20141032036. Proyecto presentado como requisito para optar al grado de Ingeniera Topográfica en la modalidad de Pasantía bajo la dirección de: Ing. Zamir Maturana Córdoba MsC. en Ingeniería de Transporte. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales Proyecto Curricular Ingeniería Topográfica Bogotá, Colombia 2019. 2.

(3) TABLA DE CONTENIDO Tabla de tablas ................................................................................................................................ 4 Tabla de ilustraciones...................................................................................................................... 4 Introducción .................................................................................................................................... 5 Resumen Ejecutivo ......................................................................................................................... 6 Objetivos ......................................................................................................................................... 8 Objetivo General ......................................................................................................................... 8 Objetivos Específicos .................................................................................................................. 8 Metodología .................................................................................................................................... 9 Actividad A – Vuelo Dron y Ortofoto......................................................................................... 9 Actividad B – Post Procesos ..................................................................................................... 10 Actividad C – Generación de TIN ............................................................................................. 11 Descripción de Resultados ............................................................................................................ 14 Análisis de Resultados .................................................................................................................. 20 Evaluación y Cumplimiento de Los Objetivos de la Pasantía ...................................................... 22 Conclusiones ................................................................................................................................. 23 Bibliografía ................................................................................................................................... 24. 3.

(4) Tabla de tablas Tabla 1. Evaluación y Cumplimiento de los Objetivos de la pasantía.......................................... 22. Tabla de ilustraciones 1. Localización del proyecto. .......................................................................................................... 6 2. Vehículo aéreo no tripulado Phantom 4 Pro. ............................................................................ 14 3. Cámara Phantom 4 Pro. ............................................................................................................ 14 4. Especificaciones técnicas del vehículo aéreo no tripulado Phantom 4 pro. .............................. 15 5. Especificaciones técnicas cámara Phantom . ............................................................................ 16 6. Ortofoto sección media área de estudio. ................................................................................... 17 7. Convenciones temáticas para planos finales. ............................................................................ 18 8. Muestra de sección transversal. ................................................................................................ 18 9. Muestra de plano final Planta Perfil.......................................................................................... 19. 4.

(5) Introducción La empresa Servicios en Geomática E Ingeniería S.A.S está a cargo del dragado en el río Subachoque desde la abscisa K0+000 hasta la K36+078 que abarca el casco urbano del municipio de Madrid Cundinamarca. La ejecución de obras en la adecuación hidráulica para la recuperación de la capacidad hidráulica del río Subachoque tiene como alcance el retiro de material de sedimentos del fondo, remoción de maleza acuática y disposición adecuada a orillas y/o en lugar autorizado, optimizando así la capacidad hidráulica y mitigando el riesgo de inundación. Una de las primeras actividades que se desprenden de este Proyecto corresponde a los estudios hidrológicos e hidráulicos del río Subachoque; El objetivo de los estudios hidrológicos es la determinación de los caudales máximos del río en un tramo de treinta y seis (36) kilómetros ubicado aguas arriba de la confluencia con el río Balsillas. La primera modelación corresponde a la situación actual del río en lo que respecta a la geometría de su sección transversal, pero considerando limpio el cauce principal, es decir, sin vegetación en las orillas y sin vegetación flotante. La segunda modelación contempla una adecuación hidráulica, con un dragado adicional a la limpieza de vegetación flotante y de orillas, cuya magnitud será proporcional al déficit de su capacidad, considerando un borde libre con un factor de seguridad adecuado, siempre que sea posible.. 5.

(6) Resumen Ejecutivo 1. Localización del proyecto.. Fuente: Google Earth.. Para el desarrollo de este proyecto se realizó una serie de actividades obteniendo así la metodología del mismo. En la primera actividad, las pasantes vinculadas a la empresa Servicios en Geomática e Ingeniería, estudiantes de la universidad Distrital Francisco José de Caldas, establecen los puntos de control para realizar el vuelo de dron y obtener la ortofoto de la localización del proyecto. En la segunda actividad las pasantes hacen el post proceso de los puntos base para el levantamiento realizado en campo por los topógrafos y comisiones encargadas de enviar información a oficina para que las alumnas realicen el procesamiento de los puntos levantados. Como última actividad en oficina realizada por las pasantes para el desarrollo del proyecto a cargo de la empresa. 6.

(7) presentada se tiene la generación, ejecución y análisis de un TIN que comprende toda la información de diseño y de dragado ejecutado para el presente proyecto, Para recolectar los datos y realizar su debido procesamiento y análisis a cargo de las pasantes, el topógrafo y su comisión, localizan y materializan la abscisa inicial del dragado, Una vez se excava, se hace el chequeo con un nivel de precisión, para comparar con las cotas de diseño, de igual manera medir el fondo del río, comparando con la distancia de diseño. Dicho dragado está a un constante chequeo para cumplir con el diseño propuesto por el ingeniero hidráulico, verificando los avances con levantamientos topográficos realizados con receptores GNSS en modo RTK, lo anterior en compañía de la interventoría para la conciliación de los datos obtenidos de campo, además de un segundo filtro de revisión en oficina donde se visualizará nuestro trabajo anteriormente descrito.. 7.

(8) Objetivos Objetivo General Realizar trabajo con aeronave no tripulada y verificación oportuna de la información brindada por la comisión de topografía a la empresa Servicios en Geomática e Ingeniería para el cumplimiento del diseño propuesto por el ingeniero hidráulico en la adecuación hidráulica del Rio Subachoque.. Objetivos Específicos •. Realizar la programación de vuelo con aeronave no tripulada para la obtención de una ortofoto para la zona del Rio Subachoque a la altura del casco urbano del municipio de Madrid Cundinamarca para realizar modelaciones hidráulicas a partir del modelo de superficie.. •. Comprobar mediante el estudio de secciones transversales diseñadas en el Software Civil 3D Metric el cumplimiento del diseño propuesto por el ingeniero hidráulico de la empresa encargada de la adecuación hidráulica del Rio Subachoque.. •. Generar el modelo de superficie de la zona objeto de estudio mediante el uso del Software ArcGIS que sirve como insumo para el estudio del área hidráulica.. 8.

(9) Metodología Apoyar las labores de levantamientos topográficos y postproceso de la información obtenida en campo, llevando a cabo procesos para cumplir con el diseño propuesto por el ingeniero hidráulico y verificando los avances con levantamientos topográficos realizados con receptores GNSS en modo RTK. La ejecución de obras para la adecuación hidráulica y recuperación de la capacidad hidráulica de la fuente hídrica denominada río Subachoque con el objetivo de efectuar el retiro de material de sedimentos del fondo, remoción de maleza acuática, disposición adecuada a orillas y/o en lugar autorizado, y dragado cumpliendo el diseño asignado optimizando la capacidad hidráulica y mitigando riesgos de inundación. A continuación, se describen las actividades a desarrollar durante la pasantía en la empresa SERVICIOS EN GEOMÁTICA E INGENIERÍA S.A.S. Actividad A – Vuelo Dron y Ortofoto 1) Reconocimiento en Campo. 2) Puntos de Control. •. Establecer puntos de control cada 250 metros.. •. Generar KMZ de los puntos de control.. 3) Vuelo con vehículo aéreo no tripulado (Dron). •. Generación de fotos.. •. Verificación de puntos de control en las fotografías.. 4) Post Proceso. •. Cargar imágenes en el software Pix4D.. 9.

(10) •. Procesar fotografías en el software Pix4D teniendo en cuenta calibración y especificaciones de la cámara.. •. Subir y verificar puntos de control.. •. Realizar foto control de los GCP (Ground Control Points) en las fotografías.. 5) Obtención de Ortofoto.. Actividad B – Post Procesos 1) Post Proceso puntos de la base GPS. 2) Procesamiento datos RTK. 3) Procesamiento de datos en el Software Civil 3D Metric. Se debe contar previamente con el alineamiento y su respectivo abscisado, al igual que con el diseño del dragado. •. Cargar nube de puntos al software Civil 3D Metric (tanto del terreno natural antes del dragado, como después del dragado para generar la superficie antes de la intervención y la superficie de salida).. •. Generar Breaklines para pata, corona, niveles y terreno natural.. •. Construcción de superficie del dragado ejecutado con base a los puntos suministrados por la comisión encargada del levantamiento en campo.. •. Crear Secciones transversales, perfil con base a la superficie de diseño, terreno natural y superficie generada con los puntos del dragado ejecutado.. •. Chequeo en las secciones transversales del dragado para verificar que cumpla con el diseño propuesto por el ingeniero hidráulico.. 10.

(11) •. Elaborar planos de planta perfil y secciones transversales donde se incluyen: ✓ Superficie diseño del dragado. ✓ Superficie dragado ejecutado. ✓ Superficie terreno natural. ✓ Alineamiento con su respectivo abscisado. ✓ Achurado Corte/Volumen. ✓ Sample lines (Ajustadas para que no se cruce). ✓ Curvas de nivel. ✓ Grilla.. Actividad C – Generación de TIN 1) Obtención de parámetros en ArcGis. •. La nube de puntos (coordenadas XYZ), las breaklines y el alineamiento se cargan en ArcGis. Se crea un buffer del alineamiento de 30 metros que es el área de influencia. 2) Generación de TIN •. Se genera un TIN con los parámetros (nodos, líneas de quiebre y contorno). Se realiza en ArcGis porque es para hacer un estudio hidráulico, análisis histórico o análisis multitemporal para calcular la proyección del caudal para que éste no se desborde con un tiempo de retorno de 100 años. 3) Análisis de TIN •. Se realiza un análisis del TIN puesto que como es un método de interpolación estadístico puede presentar alguna irregularidad, se editan los puntos con el módulo de. 11.

(12) edición de TIN del software ArcGis se arreglan los puntos correspondientes para que la superficie quedé cercana a la realidad. 4) SIG •. Se tiene un SIG del río con información de eje, bancas (coronas), áreas de inundación, XS Cutline (Secciones transversales), estructuras sobre el cauce (puentes) y estructuras que están dentro del área de inundación. •. Con la GDB se corre una topología sobre la superficie y se edita en caso que sea necesario. 5) Salidas gráficas. •. Se exporta un archivo RAS (módulo GeoRas de ArcGis) se debe descargara parte el módulo de uso libre generado por la armada de estados unidos. •. se exporta una GDB compatible con el software Hec Ras para el modelamiento del profesional competente (Hidráulico) en el software.. 12.

(13) RECONOCIMIENTO EN CAMPO. ESTABLECER PUNTOS DE CONTROL. GENERAR KMZ. VUELO CON VEHIVULO AEREO NO TRIPULADO. POST PROCESAMIENTO EN PIX4D. CARGAR IMÁGENES AL SOFTWARE. CALIBRACION Y ESPECIFICACIONES DE LA CAMARA.. SUBIR Y VERIFICAR PUNTOS DE CONTROL. REALIZAR FOTO CONTROL. 2. Flujograma procesamiento de información. OBTENCION DE ORTOFOTO. Fuente: Elaboración propia POST PROCESO PUNTOS DE LA BASE GPS. PROCESAMIENTO DATOS RTK. PROCESAMIENTO EN Civil 3D Metric CONSTRUCCION DE LA SUPERFICIE DEL DRAGADO. CREACION DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES. VERIFICACION DEL CUMPLIMIENTO DEL DISEÑO DEL DRAGADO PROPUESTO ELABORACION PLANOS PLANTA PERFIL Y SECCIONES TRANSVERSALES. PROCESAMIENTO EN ArcGIS. MODELO TIN. VERIFICACION DE LA SUPERFICIE. GENERACION TOPOLOGIA EXPORTA UN ARCHIVO RAS MODULO GEO RAS. 13.

(14) Descripción de Resultados. Teniendo en cuenta las actividades desde la captación de información, hasta las salidas y análisis de las mismas, hemos de obtener los diferentes resultados. En la siguiente imagen se puede observar como primer resultado, la ortofoto generada a partir de un vuelo con aeronave no tripulada con las siguientes especificaciones: 3. Vehículo aéreo no tripulado Phantom 4 Pro.. Fuente: Página oficial DJI. 4. Cámara Phantom 4 Pro.. Fuente: Página oficial DJI. 14.

(15) 5. Especificaciones técnicas del vehículo aéreo no tripulado Phantom 4 pro.. Fuente: Página oficial DJI.. 15.

(16) 6. Especificaciones técnicas cámara Phantom .. Fuente: Página oficial DJI.. (DJI, 2019). Esta ortofoto es útil para la debida georreferenciación y conocimiento total del área de estudio de una forma actualizada permitiendo obtener información de las diferentes zonas de fácil y difícil acceso, aunque una de sus desventajas es la dependencia de la resolución para la clasificación de algunos de sus elementos, en este proyecto no fue necesaria una alta resolución puesto que el uso principal de la ortofoto fue una visualización más rápida del eje del río y el terreno natural.. 16.

(17) 7. Ortofoto sección media área de estudio.. Fuente: Servicios en Geomática e Ingeniería SAS.. A partir de las 3 diferentes superficies generadas mediante los puntos GPS tomados en campo, se logró obtener una comparación entre el terreno antes y después del dragado con el diseño propuesto por el ingeniero hidráulico, mediante secciones transversales realizadas cada 10 metros en los 36 Kilómetros intervenidos.. 17.

(18) 8. Convenciones temáticas para planos finales.. Fuente: Servicios en Geomática e Ingeniería SAS. 9. Muestra de sección transversal.. Fuente: Servicios en Geomática e Ingeniería SAS.. 18.

(19) 10. Muestra de plano final Planta Perfil.. Fuente: Servicios en Geomática e Ingeniería SAS.. Finalmente se Obtuvo un TIN producto de diferentes algoritmos realizados en el software ArcGis, apoyados en el Software Civil 3D Metric. El TIN basa su forma y geometría en datos digítales basados en vectores que construyen una triangulación entre sí. Una de las principales ventajas de generar el TIN es la alta resolución en zonas independientemente de su variación de altura. (ESRI, 2016) Finalmente se exporta un archivo RAS (módulo GeoRas de ArcGis) se debe descargar aparte el módulo de uso libre generado por la armada de Estados Unidos, También se exporta una GDB compatible con el software Hec Ras para el modelamiento del profesional competente (Hidráulico) en el software.. 19.

(20) Análisis de Resultados Una vez finalizadas las actividades planteadas al inicio de la pasantía y de obtener resultados descritos y presentados, se realiza el siguiente análisis. En la “Actividad A – Vuelo de Dron y Ortofoto” realizó un reconocimiento en campo para la adecuada localización de puntos de control que más adelante servirían para el adecuado foto control de los Ground Control Points en las fotografías aéreas tomadas por el vehículo aéreo no tripulado. Cabe resaltar que la correcta generación de fotos es necesario tener en cuenta los puntos de control con sus respectivas características (Coordenadas XYZ), al igual que las especificaciones de la cámara y la calibración de la misma. Al finalizar la primera actividad se obtiene la Ortofoto a la cual se le crea un boundary para que corresponda únicamente al área de trabajo o área de intervención. La Ortofoto es útil para revisar la geolocalización de las imágenes. Si este gráfico no se corresponde con el plan de vuelo, puede haber problemas con el emparejamiento, la orientación, la escala y / o la geolocalización de los resultados. En el siguiente paso, la “Actividad B – Post Procesos” se realizaron diferentes procedimientos para la identificación de la red de “mojones” o “Placas geodésicas” con su respectiva precisión y coordenadas XYZ. Luego, se generaron superficies diferentes para el diseño, para el terreno natural antes del tragado y una superficie generada después del dragado con la cual se crearon secciones transversales para calcular las diferentes áreas y volúmenes de corte y relleno que se ejecutaron para el cumplimiento del diseño planteado por el ingeniero hidráulica. Se ha de tener en cuenta que se permitió una sobre excavación de máximo 30 centímetros en el vaso cumpliendo con la geometría del mismo, se debe tener en cuenta que el tener una buena comunicación y unas pautas claras entre la comisión de campo y las pasantes, hacen del trabajo para ambas partes mucho más eficiente puesto que dependen entre sí. Finalmente, en la “Actividad C – Generación de TIN” se tuvieron en cuenta los. 20.

(21) parámetros de nodos, líneas de quiebre y contornos. Al igual se respetan las diferentes geometrías del TIN como el alineamiento del eje, bancas o coronas, áreas de inundación, Cutlines o secciones transversales, estructuras sobre el cauce como puentes y demás estructuras que están dentro del área de inundación o ronda hidráulica del Río Subachoque para que la superficie resultante respete la realidad. Del TIN se produce un análisis ya que como es un método de interpolación estadístico puede presentar alguna irregularidad. Al final de las actividades se exportan las salidas gráficas y de cálculos en archivos PDF, HecRas, XLS y ACAD en versiones 2010 para que sea compatible con los demás computadores y se pueda tener visibilidad de ellos desde cualquier equipo.. 21.

(22) Evaluación y Cumplimiento de Los Objetivos de la Pasantía Tabla 1. Evaluación y Cumplimiento de los Objetivos de la pasantía. OBJETIVO. ACTIVIDAD. CUMPLIMIENTO. Aplicar los conocimientos adquiridos en el pregrado relacionados con la práctica de Topo batimetrías y vuelos con aeronaves no tripuladas.. ACTIVIDAD A. 100%. Realiza la programación del vuelo con anticipación y las características requeridas en este.. ACTIVIDAD A. 100%. Interpretar adecuadamente la información brindada por las imágenes para la obtención de la ortofoto.. ACTIVIDAD A. 100%. ACTIVIDAD B. 100%. ACTIVIDAD C. 100%. Efectuar los debidos procesamientos software Civil 3D Metric para analizar la información de entrada y salida. Generar la superficie TIN del área de estudio en el software ArcGIS.. Fuente: Elaboración Propia. 22.

(23) Conclusiones En el desarrollo de la adecuación hidráulica del Rio Subachoque a lo largo de 36 kilómetros fue fundamental la obtención de una Ortofoto para la debida georreferenciación y el conocimiento total del área de estudio y poder así facilitar el trabajo de las pasantes facilidad de dibujo, esto posteriormente al filtrado y procesamiento de los puntos GPS ( terreno natural, pata y corona) dando mayor precisión a la representación gráfica del terreno antes y después del dragado, generando secciones transversales cada 10 metros donde se podía comparar el terreno sin y con dragado versus el diseño propuesto por el ingeniero hidráulico para el dragado, verificando de esta forma el cumplimiento del mismo. Es de resaltar que, el tener una buena comunicación y unas pautas claras entre la comisión de campo y las pasantes, hacen el trabajo para ambas partes es mucho más rápido puesto que dependen entre sí. Además, ha sido necesario realizar un proceso de interpolación en las zonas donde el equipo de campo había superado la distancia entre cada sección. En el proceso de dibujo para la generación de la superficie la interpretación y coherencia de las dibujantes permitió tener un resultado de excelente calidad, despreciando o arreglando puntos con homónimos intercambiados. En el proceso de la generación del modelo TIN del terreno final, es decir el terreno con el dragado, fue evidente la interdisciplinaridad de nuestro trabajo ya que este modelo fue entregado para que posteriormente en ésta generara una simulación del comportamiento hidráulico de la fuente hídrica y así poder tomar decisiones en cuanto a la prevención de posibles inundaciones en el casco urbano de Madrid, ya que el Rio Subachoque había perdido su capacidad hidráulica por agentes naturales y antrópicos.. 23.

(24) Bibliografía DJI.. (2019). Compañía DJI. https://www.dji.com/company?site=brandsite&from=footer. Obtenido. de. ESRI.. (2016). Arcgis For Desktop. Obtenido de ArcGIS Enterprise: http://desktop.arcgis.com/es/arcmap/10.3/manage-data/tin/fundamentals-of-tinsurfaces.htm. 24.

(25)