UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Fundada en 1551

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Fundada en 1551

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS

E.A.P. DE INGENIERÍA MECÁNICA DE FLUIDOS

LEVANTAMIENTO HIDROGRÁFICO AUTOMATIZADO, PARA LA

DETERMINACIÓN DE LA RUTA OPTIMA DE NAVEGACIÓN

EN EL RÍO UCAYALI

MONOGRAFÍA TÉCNICA

Para optar el Título Profesional de :

INGENIERO MECÁNICO DE FLUIDOS

AUTOR

EDY GODOY ORIUNDO

LIMA – PERÚ

2005

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TABLA DE CONTENIDO

Página

INTRODUCCIÓN 1

CAPITULO I : ASPECTOS GENERALES 3

1.1 Antecedentes de la navegabilidad 3

1.2 Justificación 4

1.3 Objetivos 6

1.3.1 Generales 6

1.3.2 Específicos 6

1.4 Ubicación del área de estudio 6

1.5 Descripción general del río Ucayali 8

1.6 Definiciones de términos utilizados en hidrografía 12

CAPITULO II: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS 14

2.1 Posicionamiento geodésico 14

2.1.1 Gestión de puntos geodésicos 14

2.1.2 Clasificación de los levantamientos geodésicos 16

2.2 Levantamiento topográfico 18

2.2.1 Tipos de levantamientos topográficos 19

2.2.2 Fuentes de Error 19

2.3 Control vertical 19

2.3.1 Clasificación de los controles verticales 20

2.4 Levantamiento hidrográfico 21

2.4.1 Clasificación de levantamientos 23

2.4.2 Sistema de posicionamiento 26

2.4.3 Medición de la profundidad 28

2.4.3.1 Frecuencia del transductor 32

2.4.3.2 Equipo de sondeo mono haz 35

2.4.3.3 Calibración de la ecosonda 36

2.4.4 Planificación de líneas hidrográficas 40

2.4.4.1 Espaciamiento entre líneas planificadas 40

2.4.4.2 Patrón de desplazamientos para líneas planificadas 40

2.4.5 Fuentes de error y estimación 43

2.4.5.1 Velocidad del sonido y refracción de rayos 44

2.4.5.2 Geometría del haz 45

2.4.5.3 Prueba de latencia 50

2.4.5.4 Prueba de calibración por squat y settlement 53

2.5 Especificaciones técnicas usadas para el levantamiento hidrográfico en el río Ucayali

54

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Página CAPITULO III: METODOLOGÍA DE TRABAJO 55

3.1.1 Procesamiento de la información almacenada en ambas estaciones 56

3.1.2 Control vertical 56

3.2.1 Nivelación diferencial 58

3.3 Levantamiento batimétrico 58

3.3.1 Medición y registro de profundidades 59

3.3.2 Posicionamiento de la embarcación 62

3.3.3 Reducción de sondajes 65

i .- Por inmersión del transducer de ecosonda 65 ii .- Por variación del nivel del río durante el día del levantamiento 65

iii.- Por Pendiente Hidráulica 65

iv.- Por el Régimen Hidrológico 65

3.3.4 Separación entre líneas de sondaje 65

3.3.5 Nivel de reducción 67

3.4 Levantamiento de las riberas del cauce del río 67

3.4.1 Sistema de posicionamiento satelital 67

3.4.2 Software de levantamiento de riberas 67

3.5 Nivel del agua 68

3.5.1 Medidor de niveles de agua (limnímetro) 68

3.6 Hidrología e hidráulica fluvial 71

3.6.1 Niveles históricos del río Ucayali 73

3.6.2 Pendiente hidráulica Sh 75

3.7 Información hidrográfica que se presenta en una carta de practicaje 76 3.8 Trabajos de gabinete y presentación de resultados 76

CAPITULO IV: RESULTADOS DE LOS TRABAJOS 77

4.2 Registro del nivel de río 79

4.3 Pendiente hidráulica Sh 80

4.4 Definición del nivel mínimo histórico 82

4.6 Levantamiento batimétrico 84

4.7 Determinación de la línea de navegación 84

CAPITULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 86

5.1 Conclusiones 86

5.2 Recomendaciones 88

Bibliografía 89

RELACION DE ANEXOS 90

ANEXO I : Registro de las estaciones limnimétricas ANEXO II : Descripción de estaciones

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LISTA DE FIGURAS Y FOTOGRAFÌAS

Página

Figura 1.1 Ubicación del área de estudio 7

Figura 1.2 Diagrama fluvial del río Ucayali 10

Figura 1.3 Diagrama fluvial del río Ucayali 11

Figura 2.1 Estaciones de la red geodésica nacional GPS- Sirgas 15 Figura 2.2 Sistema acústicos multihaz y láser aerotransportados 22 Figura 2.3 Esquema de trabajo para posicionamiento con DGPS en

tiempo real

27

Figura 2.4 Medida de la profundidad acústica 28

Figura 2.5 Correcciones observadas por el sondaje acústico 31

Figura 2.6 Ancho del haz del transductor 33

Figura 2.7 Típicas ecosondas monohaz y multihaz 36

Figura 2.8 Metodología para realizar pruebas de barra 37

Figura 2.9 Esquema de la plancha y sus dimensiones 38

Figura 2.10 Ejemplo de la barra de calibración proyectado en el ecograma

39 Figura 2.11 Efectos del balanceo/cabeceo en un sistema monohaz 48 Figura 2.12 Corrección de profundidad debido al balanceo 50

Figura 2.13 Resultados de ajuste prueba de latencia 51

Figura 2.14 Valor de latencia 51

Figura 2.15 Corrección de la posición por latencia 52

Figura 2.16 Efectos debido al error de la latencia 52

Figura 2.17 Efectos en el calado de la embarcación debido al squat 53 Figura 3.1 Esquema de integración de equipos para levantamientos

hidrográficos

60 Figura 3.2 Embarcación hidrográfica utilizada para los trabajos de

campo

61 Figura 3.3 Método empleado para el posicionamiento de la

embarcación

63 Figura 3.4 Procesamiento en campo en la embarcación madre

(Mónica Jimena)

64 Figura 3.5 Método para determinar profundidad del río 66

Figura 3.6 Instalación de reglas limnimétricas 68

Figura 3.7 Ubicación de las estaciones limnimétricas 70

Figura 3.8 Niveles del río en la estación la hoyada para el periodo 1980-2004

74

Figura 3.9 Caudal vs. pendiente hidráulica 75

Figura 4.1 Ubicación de los puntos de control geodésico 78 Figura 4.2 Esquema de la variación de la pendiente hidráulica a lo

largo del tramo en estudio

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Página

Figura 4.3 Histograma diario multianual río Ucayali-Pucallpa 83 Figura 4.4 Vista en planta de la línea de navegación (Talweg) 85 Figura 4.5 Vista en 3D de un tramo de río, modelada en Hec Ras 85 Fotografía 3.1 Posicionamiento geodésico de las estaciones de apoyo 56 Fotografía 3.2 Personal realizando levantamiento topográfico 57 Fotografía 3.3 Personal realizando trabajos de nivelación diferencial 58

LISTA DE CUADROS

Página

Cuadro 2.1 Clasificación de los levantamientos geodésico 16 Cuadro 2.2 Lineamientos para levantamientos GPS de acuerdo a su

clasificación

17 Cuadro 2.3 Clasificación de los controles verticales 20 Cuadro 2.4 Resumen de normas mínimas para levantamientos

hidrográficos

25 Cuadro 3.1 Velocidad del sonido en función de la salinidad y la

temperatura

59

Cuadro 4.1 Estaciones Geodésicas 77

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Levantamiento Hidrográfico Automatizado, para la Determinación de la Ruta Optima de Navegación en el Río Ucayali . Godoy Oriundo, Edy

INTRODUCCIÓN

Las grandes extensiones de nuestro país son, en su mayoría, difícilmente penetrables, como lo son los Andes, por ejemplo, y/o están sujetas a inundaciones estacionales como la zona Amazónica. Esta realidad geográfica ha hecho que el desarrollo de las comunicaciones terrestres, particularmente en la Amazonía del Perú, sean bastante limitadas y para fines comerciales el transporte aéreo de carga no es de ninguna manera una posibilidad.

La comunicación con la amazonía desde la costa no es buena, la única vía que conecta Lima con una ciudad importante es la que lleva a Pucallpa, y esta en pésimo estado, las otras como la carretera Tarapoto - Yurimaguas, este último pueblo ubicado en la ribera derecha del río Huallaga, es a la fecha intransitable, y la de Corral Quemado, que esta incompleta, además de que no existe un puente sobre el río Nieva que permita la comunicación con Zaramiriza, pueblo ubicado a la ribera derecha del río Marañón. En resumen no existen adecuadas vías de comunicación entre la costa y la amazonía, además que no existen puertos en condiciones adecuadas de operación que faciliten el transporte de la carga y/o pasajeros que pudiera existir entre las diferentes zonas de producción de la amazonía y la costa.

La iniciativa de los gobiernos y las instituciones financieras internacionales para la Integración de la Infraestructura Regional de Suramérica (IIRSA), ha planteado la construcción de los Ejes de Integración y Desarrollo, que son franjas geográficas multinacionales que concentran flujos de comercio actuales y potenciales, en las cuales se busca optimizar la provisión de los servicios de infraestructura física (transporte, energía y telecomunicaciones) entre otros, con el fin de apoyar la conformación de cadenas productivas y de esta forma estimular el desarrollo regional. Este plan de integración y desarrollo con los estados de Brasil y Bolivia es el denominado Eje Amazónico del Sur (IIRSA Sur) y el Eje Amazónico del Norte (IIRSA Norte), el mismo que involucra a Colombia, Ecuador, Perú y Brasil. Se habla de un Eje IIRSA Centro que

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uniría la ciudad de Lima con la de Pucallpa donde se utilizaría la vía navegable del río Ucayali, sin embargo el desarrollo de este es incierto, aun cuando es tan o más importante que los otros Ejes.

Estos proyectos de integración requieren la utilización de unos 2,500 km de ríos navegables en la Amazonía del Perú, pero estos ríos: Amazonas, Ucayali y Huallaga, requieren de una importante inversión para dotarlos de lo mínimo indispensable para facilitar la navegación y dar seguridad a la misma.

Debido a esta inadecuada red de transportes, el desarrollo de las distintas regiones del Perú, sobre todo la Amazónica, presenta marcadas diferencias, los intercambios económicos se mantienen a niveles muy por debajo de las posibilidades y el mismo proceso de integración física está retardado. Así en esta región el Transporte Fluvial se convierte en el principal medio para su desarrollo, urge entonces contar con Cartas de Navegación que permitan un mejor reconocimiento de los ríos amazónicos. Uno de los grandes problemas que se tiene para elaborar una adecuada Carta de Navegación, es la poca información hidrológica que se encuentra disponible a lo largo del río, y no sólo del río Ucayali sino también inclusive del río Amazonas y Marañón . Esta información, es necesaria para determinar la máxima vaciante histórica registrada.

La presente Monografía Técnica corresponde al Levantamiento Hidrográfico en el río Ucayali mediante métodos de automatización, para la determinación de la ruta optima de navegación; el estudio involucra el tramo comprendido entre el puerto de Pucallpa y la confluencia con el río Marañón, que constituyen 1,200 km, aproximadamente de recorrido del cauce fluvial principal en la llanura amazónica. Este estudio ha sido desarrollado utilizando modernos equipos de posicionamiento satelital y de medición de la profundidad y uno de los programas más utilizados en el mundo para los Levantamientos Hidrográficos Automatizados. Este estudio permitirá comunicar las zonas de la costa peruana hacia la selva, así mismo la comunicación hacia otros países sudamericanos especialmente con Brasil, Colombia y Ecuador.

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CAPITULO I

ASPECTOS GENERALES

1.1 ANTECEDENTES DE LA NAVEGABILIDAD

Antes de la llegada de los europeos, esta zona constituía el dominio de diversos pueblos originarios de la Amazonía. Destacaban entre ellos los Yameos, en el sector del río Itaya y en la parte media y baja del río Nanay; y los Iquitos que habitaban la parte alta del río Nanay1. En tiempos de la colonia, la zona era parte del interior de un triángulo formado por tres reducciones creadas por los jesuitas: una en el Marañón y dos en el Amazonas.

Iquitos, siendo reducción jesuita, inicialmente estuvo ubicada en el río Nanay, donde llevó el nombre de San Pablo de Napeanos y estaba conformada por Yameos e Iquitos. En 1759 fue trasladada al río Amazonas, en la boca del río Nanay. En 1769 los jesuitas se retiraron y en 1788 dejo de ser reducción y comenzó a denominarse Iquitos. En 1830 se fundo la ciudad de Nauta por indígenas cocamas.

Sin embargo, a comienzos del Siglo XIX la Amazonía era una región desconocida para la mayoría de los peruanos. Mientras que Brasil exploraba y ocupaba esas tierras con facilidad, aprovechando la comunicación marítima de ese país con los afluentes del río Amazonas, los países andinos debían vencer las dificultades derivadas de la difícil topografía de los Andes, para poder explorar y desarrollar las tierras de su Amazonía. A comienzos del Siglo XX era más fácil la comunicación de Iquitos a Europa que de Iquitos a Lima.

1

Espinoza P. Contribuciones lingüísticas y etnográficas sobre algunos pueblos indígenas del Amazonas peruano Tomo I. Madrid. 1995.

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La comunicación marítima fluvial hacia el Callao era posible sólo a través del Estrecho de Magallanes, bordeando casi toda Sudamérica en un viaje de poco más de

9,000 millas entre Callao e Iquitos; pero no había ningún interés económico que propiciara esa ruta.

Recién en 1914, al inaugurarse el Canal de Panamá, el viaje por esa vía redujo la navegación entre ambos puertos a 5,521 millas. La carretera de Callao/Lima a Pucallpa, en el río Ucayali, en la Selva Baja, recién se puso en servicio en 1944.

Aún hoy, la máxima navegación de buques oceánicos en el río Amazonas puede alcanzar hasta Iquitos, principal puerto fluvial de la Amazonía peruana, a 2,000 millas del Océano Atlántico.

Por esta vía se transportan los cargamentos o unidades pesadas, que son necesarias para el desarrollo de las exploraciones petroleras y gasíferas de la Selva Baja. Además, cargamentos masivos, como las importaciones de cemento, azúcar y las exportaciones de maderas de Iquitos al exterior.

Por eso se entiende que, cualquier exposición sobre navegabilidad en los ríos amazónicos comienza con la navegación marítimo - fluvial en el río Amazonas, luego la navegación fluvial en los afluentes del Amazonas peruano y su conexión con las carreteras para concluir describiendo al puerto de Iquitos.

1.2 JUSTIFICACIÓN

Por muchos años los navegantes de los ríos de la Amazonía del Perú utilizaron como cartas de navegación fluvial los levantamientos rápidos, de reconocimiento, desarrollados por expertos prácticos de las empresas navieras así como de la Armada Peruana. Fueron los prácticos de la Armada quienes plasmaron esta información en documentos gráficos de carácter sencillo, descriptivo de los

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afluentes, islas, poblados etc., pero sin ningún criterio de posicionamiento geográfico ni precisiones en la profundidad de la vía navegable. Estos documentos se denominaban “PAPIROS” los mismos que eran permanentemente actualizados por los navegantes y hasta hoy es posible adquirirlos en las oficinas del Servicio de Hidrografía de la Amazonía, que está instalada en la ciudad de Iquitos.

Con el desarrollo de la electrónica y los modernos instrumentos de medición: Radar, Girocompás, Ecosonda, Sistema Global de Posicionamiento Diferencial – DGPS - el desarrollo vertiginoso de las computadoras y Software de Levantamientos Hidrográficos Automatizados, Cartas Electrónicas (ENC), Gis Hidrográfico etc., hoy se pueden efectuar Cartas de Navegación con una precisión sólo esperadas para cartas de escalas mayores. La tecnología ha llegado a tal nivel de desarrollo que el error de la precisión de la posición de la embarcación en tiempo real podría alcanzar sorprendentemente sólo algunos centímetros.

En el área de la Hidrografía el desarrollo alcanzado es impresionante, hoy se puede automatizar todo el proceso de levantamiento, usando una gran variedad de equipos conectados al sistema. Sistema para corrección de mareas, o niveles de ríos, equipos de corrección de cabeceo, roleo y pitcheo de la embarcación, para el caso de uso de ecosondas multibeam. etc. El procesamiento de la información es rápido y automatizado.

De igual manera la cartografía digital para la navegación ha llegado a tal nivel de desarrollo que hoy podemos hacer una navegación prácticamente 100% segura; Inclusive en las peores condiciones meteorológicas. El desarrollo de software para navegación, ha cambiado violentamente la forma de navegar, los softwares son las llamadas Cartas Electrónicas (ENC), que no es sino un SIG cerrado, la misma que tiene toda la información de la forma de la superficie de la tierra, y que asociada a una base de datos para la navegación: amarraderos, boyas, ayuda a la navegación,

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etc, lo convierte en una herramienta muy útil para el navegante. La Carta Electrónica y los sistemas de navegación constituyen un nuevo concepto de navegación integral, que mediante el empleo de un computador ínter lazado con las ayudas electrónicas de navegación (GPS, radar, girocompás, etc.), permite la presentación de la información cartográfica y la visualización y monitoreo del buque en tiempo real. El fin primordial de la navegación electrónica es de contribuir a mejorar la seguridad y eficiencia de la navegación, contribuyendo a mejorar la protección del medio ambiente natural.

En los últimos años la tecnología se ha desarrollado de manera muy rápida en prácticamente todo las actividades de la Ingeniería, entre software y hardware la

tecnología lo ha cambiado todo. Hoy se hace todo mas rápido y mejor, sin embargo para que esto suceda se requiere de profesionales mejor calificados para la operación de las nuevas tecnologías y allí aparece un problema que no es fácil de resolver, personas que sean capaces de operar y sacar el máximo provecho de la tecnología.

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 GENERALES

Divulgar la metodología moderna, mostrando las ventajas y bondades de la tecnología de punta, en precisión, tiempo, calidad, costos, presentación, estandarización internacional, etc, en los procesos de desarrollo, tanto de campo como de gabinete, para la definición de la ruta óptima de navegación en los ríos de la amazonía peruana.

1.3.2 ESPECÍFICOS

Determinar las condiciones de navegabilidad del río Ucayali y obtener una ruta de navegación óptima, desde Pucallpa hasta la confluencia con el río

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Marañón. Para ello, se necesitará la realización de los siguientes procesos, cuidando que éstos presenten la máxima precisión y calidad posible:

o Levantamiento Batimétrico con seccionamiento cada 500 metros de un total de 1200 km aproximadamente, de recorrido del cause fluvial principal.

o Levantamiento Topo-Batimétrico al detalle con seccionamiento cada 100 metros en los Malos pasos.

o Cálculo de la pendiente hidráulica

o Determinación del nivel mínimo histórico registrado. o Definición de la línea de navegación

1.4 UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

El Área de Estudio se encuentra ubicada en las Regiones Loreto y Ucayali, Departamentos de Loreto y Ucayali, y el río Ucayali en el tramo comprendido entre

Pucallpa y la confluencia con el río Marañón, en una longitud de río de 1,247.5 km, aproximadamente. La ubicación del área de estudio se puede observar en la Figura 1.1.

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1.5 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL RÍO UCAYALI

El río Ucayali de 1930 km. de longitud, que atraviesa de sur a norte la Región-departamento del mismo nombre, es navegable durante todo el año y en toda su extensión por embarcaciones de hasta 3 pies de calado, y en época de creciente hasta 8 pies. El Ucayali nace, según algunos geógrafos en el cerro de Huagra a 5,239m, con el nombre de Huaraco; al juntarse con el Toro, que parte del mismo cerro, se forma el Santiago; este recibe las aguas de la laguna Vilafro considerada hasta los últimos años como el verdadero origen del Ucayali; luego recibe las aguas del Huarahuarco y toma el nombre de Apurímac. Para otros estudiosos el Ucayali nace con el nombre de Monigote en los glaciares de la cordillera del Chila, nevado del Mismi, del departamento de Arequipa y sigue su curso hasta encontrar el Apurímac. Como éste es de curso más largo, para lo relacionado con longitud se estima debe ser considerado como origen del Ucayali aunque sin embargo, postulando una aún mayor longitud, existe también la teoría de señalar al cerro Atacayán (en los límites de las cuencas del lago de Junín) como su nacimiento.

El Alto Ucayali se caracteriza por lo correntoso de sus aguas, cuya velocidad media en invierno fluctúa entre los cuatro y ocho nudos. Desde Atalaya a Bolognesi el fondo es de cascajo, con riberas altas por ambas orillas; desde Bolognesi al Pachitea tiene fondo de arena y en las tierras de sus márgenes alternan alturas y bajiales. El Medio Ucayali y el Bajo Ucayali, son de aguas más tranquilas, lecho de arena o fango y orillas en su casi totalidad bajas e inundables por ambas márgenes, exceptuados los cortos sectores de Masisea, Pucallpa, Contamana, Orellana, Requena y Jenaro Herrera.

El régimen de sus aguas tiene dos épocas perfectamente diferenciadas: las crecientes que se inicia en octubre hasta alcanzar su mayor nivel en febrero y marzo, y la vaciante que empieza en abril y alcanza su más bajo nivel en los meses de julio a septiembre.

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La Cuenca Hidrográfica del Ucayali, que comprende la Región y áreas

limítrofes, esta conformada por 502 ríos y afluentes hasta el 5to orden. El río principal es el Ucayali, de vital importancia por constituir la vía principal de comunicación.

Este río se forma propiamente con la unión del Tambo y Urubamba y sigue un curso de sur a norte. Es un río caudaloso, de largo curso y sinuoso, presentando numerosas islas, tiene un ancho que oscila entre 2000 y 4000 metros; la velocidad promedio de sus aguas es de 3 nudos. Alto Ucayali se le denomina desde la confluencia del Tambo con el Urubamba hasta la boca del río Pachitea. Del Pachitea hasta Contamana es el Medi o Ucayali. Y es Bajo Ucayali desde Contamana hasta la confluencia con el Marañón, en la Región Loreto. Estas secciones del río están constituidas en su mayor parte por riberas bajas e inundables, el cambio de caudal tiene épocas marcadas, la creciente se inicia en octubre hasta marzo y la vaciante se inicia en abril hasta septiembre.

Los principales afluentes del río Ucayali son:

Margen derecha • Río Tarahuayta • Río Tapiche • Río Guanachi • Río Utiquina • Río Callería • Río Canchahuayo • Río Yanayacu • Río Maquía Margen izquierda • Río Pacaya • Río Cushabatay • Río Pisqui • Río Aguaytía • Río Cachiyacu • Río Saraquillo

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Para una mejor visualización de los afluentes del río Ucayali en el tramo de estudio, ver las Figuras 1.2 y 1.3 adjunta, donde se puede apreciar el diagrama fluvial correspondiente.

Figura 1.2 Diagrama fluvial del río Ucayali (1)

Figura 1.3 Diagrama fluvial del río Ucayali (2)

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1.6 DEFINICIONES DE TÉRMINOS UTILIZADOS EN HIDROGRAFÍA

§ Hidrografía.- Es una ciencia que describe, investiga y cartografía los océanos,

mares , ríos , lagos y litorales junto con el estudio de las mareas, corrientes y vientos especialmente para fines de navegación

§ Geodesia.- Ciencia que estudia la forma, dimensiones y campo de gravedad de

la tierra nos permite determinar con gran precisión la posición de un punto (Latitud y longitud), sobre una superficie matemática denominada Elipsoide

§ Levantamiento Hidrográfico.- Es un conjunto de operaciones y metodologías de campo (debidamente organizados y planificados) con la finalidad de ubicar y determinar la profundidad de los sondajes, accidentes costeros, planimetría, topografía, etc

§ Topografía.- Es la ciencia que determina y diseña dimensiones, contornos y detalles de una porción, de la superficie plana de la tierra mediante la medida de distancias, direcciones y elevaciones.

§ Planimetría.- Es el conjunto de operaciones topográficas que permiten determinar en el dibujo sobre un plano horizontal, la posición, la forma y el tamaño que tiene un objeto o punto terrestre apoyados en los puntos de control horizontal.

§ Batimetría.- Medida de las profundidades de las aguas, usando diferentes instrumentos de sonda y posicionamiento de lancha.

§ Sondajes.- Es una distancia u profundidad medido con una ecosonda u

sondaleza, etc, desde la superficie del agua hasta el fondo o lecho submarino.

§ Hidrograma.- Diagrama que representa el caudal de la corriente de un río

medido en función del tiempo en la cual se observa la curva de variación del nivel de agua.

§ Cartografía.- Es una ciencia y arte que sirve para representar gráficamente a escala y en proyección la fisiografía y todos los rasgos culturales de la superficie terrestre.

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§ Pendiente Hidráulica.- Es el porcentaje de la inclinación del espejo del agua de río en función de su longitud horizontal y la diferencia de cotas de dos secciones transversales diferentes.

§ Latitud.- La latitud es el ángulo que una línea trazada la posición normal

(perpendicular) a la superficie elipsoidal hace con el ecuador elipsoidal.

§ Longitud.- La longitud es el ángulo polar del punto, medido contra reloj desde

una referencia definida por el usuario. Para muchos elipsoides la referencia es el meridiano de Greenwich (0).

§ Geoide.- Es una superficie equipotencial, queriendo decir que la fuerza de la

gravedad es igual en todos los puntos. en base a las masas circundantes (montañas, cañones, etc.), esta superficie se eleva y cae y es mucho más irregular que un elipsoide, aunque mucho mas suave que la superficie terrestre. Una de las características importantes sobre un geoide es que un plomada siempre apunta normal (perpendicular) a la superficie geoidal. No apunta directamente al centro de la Tierra. Esto quiere decir que las mediciones locales del terreno se verán afectadas por la superficie geoidal local. Para reducir los errores causados al calcular posiciones en un elipsoide usando mediciones afectadas por el geoide, el elipsoide se desplaza para que encaje de cerca con el geoide en el área local. Cuando se hace esto se convierte en un datum.

§ Datum.- Es una superficie elipsoidal que ha sido movida para encajar de cerca

con un geoide para el área de un usuario. Ejemplos de datums incluyen NAD1927 (usando el elipsoide Clarke 1880), NAD1983 (usando el elipsoide GRS-1980) y Bogota Datum (usando el elipsoide Internacional).

§ Proyección.- Una proyección es una representación bidimensional de una

superficie tridimensional. Para poder representar datos hidrógrafos en cartas planas fáciles de guardar los hidrógrafos siempre han tenido que afrontar el reto de representar con precisión el mundo real en dos dimensiones. para lograr esta tarea se usa una proyección.

§ Proyección Universal Transversal Mercator (UTM).- Un caso especial de

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Mercator (UTM). Por una convención ha sido aceptada alrededor del mundo, el sistema UTM divide el mundo en zonas de seis grados empezando en el Meridiano de Greenwich.. Cada zona de seis grados tiene un meridiano central localizado a mitad de camino entre los límites.

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CAPITULO II

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LOS TRABAJOS

2.1 POSICIONAMIENTO GEODÉSICO

La Geodesia, ciencia que estudia la forma, dimensiones y campo de gravedad de la tierra nos permite determinar con gran precisión la posición de un punto (Latitud y longitud), sobre una superficie matemática denominada Elipsoide, Ejemplos de elipsoides incluyen WGA-1984, Internacional, Clarke 1866 y Bessel.

Cada elipsoide tiene un punto fundamental ó Datum, punto desde el cual se extiende la Red Geodésica que cubre una determinada región. La Red Geodésica Nacional esta referida al Datum Provisional Sudamericano 1956, Elipsoide Internacional.

Sin embargo en la actualidad con el advenimiento de la tecnología del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), se esta emigrando al Sistema Geodésico Mundial (WGS 84), densificándose una red Geodésica Satelital integrada al Sistema de Referencia Geodésico para América del Sur (SIRGAS).

2.1.1 GESTIÓN DE PUNTOS GEODÉSICOS

En nuestro país el IGN; se ha encargado de la red Geodésica SIRGAS, a partir de 1998 ha actualizado toda la red con equipos GPS Geodésicos de doble frecuencia, estableciéndose en las siguientes ordenes:

• Orden 0

• Orden Primario A

• Orden Primario B

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A continuación se presenta la red geodésica nacional GPS-SIRGAS, donde lo mas destacable es la existencia de 4 puntos de orden cero: ubicadas en Arequipa, Lima, Piura e Iquitos. Entre estos 4 puntos la estación Characato de Arequipa, es la que esta constantemente comunicado con la NASA.

En la Figura 2.1 se puede observar las 4 estaciones de orden cero que han sido enlazadas a la red del nivel medio del mar para costa, sierra y selva, obteniéndose las elevaciones ortométricas a través del Modelo Geoidal Gravimétrico EGM-96.

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2.1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS LEVANTAMIENTOS GEODÉSICOS

Con propósitos de clasificación de los levantamientos geodésicos se establecen los siguientes órdenes y clases de precisión relativa, asociados con valores de esta última que es posible obtener entre puntos enlazados directamente, con un nivel de confianza del 95% y en tanto se observen las normas del caso:

CUADRO 2.1 Clasificación de los levantamientos geodésicos

Cabe resaltar que antiguamente para la clasificación de los levantamientos geodésicos se establecieron otro tipo de ordenes que fueron los de 1º, 2º y 3º orden, cuyo grado de precisión están por debajo del orden C de esta nueva clasificación. En las órdenes 0, A, B, se aplican básicamente las técnicas diferenciales del Sistema de Posicionamiento Global y el orden C esta vigente para los levantamientos geodésicos convencionales con métodos tradicionales, siendo posible la aplicación de técnicas diferenciales del Sistema de Posicionamiento Global en este orden.

Orden 0.- Los levantamientos geodésicos horizontales que se hagan dentro

de este orden estarán destinados a estudios sobre deformación regional y global de la corteza terrestre y de efectos geodinámicos y en general cualquier trabajo que requiera una precisión de una parte en 100'000,000.

Orden A.- Deberá aplicarse para aquellos trabajos encaminados a establecer

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sobre estudios de deformación local de la corteza terrestre, así como cualquier levantamiento que requiera una precisión de 1:10'000,000.

Orden B.- Se destinarán a levantamientos de densificación del sistema

geodésico de referencia nacional, conectados necesariamente a la red básica; trabajos de ingeniería de alta precisión, así como de geodinámica. Los trabajos

que se hagan dentro de esta clasificación deberán integrarse a la red geodésica básica nacional y ajustarse junto con ella, dando como resultado una precisión no menor a 1:1,000,000.

Orden C.- Los levantamientos geodésicos horizontales que se hagan dentro

de este orden deberán destinarse al establecimiento de control suplementario en áreas metropolitanas, al apoyo para el desarrollo de proyectos importantes de ingeniería, con fines de investigación científica, y en general a cualquier trabajo que requiera una precisión no menor a 1:100,000, y debiéndose ligar a la red geodésica básica o a su densificación.

El orden requerido de precisión para clasificar un vértice obliga a cumplir con los requisitos indicados en el Cuadro 2.2 en la que se especifican características del equipo en función de las frecuencias, número de sesiones, tiempos mínimos de medida por sesión, observaciones meteorológicas en las estaciones de observación, número de veces que se debe de medir la antena por sesión, número de receptores que participan en medida simultánea, y número y orden de las estaciones con que se debe diferenciar.

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CUADRO 2.2 Lineamientos para levantamientos GPS de acuerdo a su clasificación

D.F..- Doble frecuencia.

OP..- Opcional el uso de doble frecuencia

En el Presente proyecto se ha trabajado dentro de la precisión relativa para redes secundarias (1:100,000) sin embargo en los trabajos de posicionamiento de redes primarias con equipos GPS Geodésicos Glonass se ha obtenido precisiones entre el grado A y B.

2.2 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO

La Topografía es la ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para

determinar las posiciones de puntos sobre la superficie de la tierra, por medio de medidas según los 3 elementos del espacio. Estos elementos pueden ser: dos distancias y una elevación, o una distancia, una dirección y una elevación.

Para distancias y elevaciones se emplean unidades de longitud (en sistema métrico decimal), y para direcciones se emplean unidades de arco (grados sexagesimales).

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El conjunto de operaciones necesarias para determinar las posiciones de puntos y posteriormente su representación en un plano es lo que se llama comúnmente "Levantamiento".

La mayor parte de los levantamientos, tienen por objeto el cálculo de superficies y volúmenes, y la representación de las medidas tomadas en el campo mediante perfiles y planos, por lo cual estos trabajos también se consideran dentro de la topografía.

El levantamiento topográfico de las riberas y de los malos pasos, se realizó mediante el uso de una Estación Total. Las Estaciones Geodésicas de apoyo utilizadas son las establecidas mediante los GPS de Doble Frecuencia.

Las Estaciones Totales pertenecen a una nueva generación de instrumentos topográficos. Su probado diseño constructivo y las modernas funciones ayudan al usuario a aplicar los instrumentos de modo eficiente y preciso. Además, los elementos innovadores, tales como la plomada láser o los tornillos de ajuste sin fin, contribuyen a facilitar de modo considerable las tareas topográficas cotidianas.

2.2.1 TIPOS DE LEVANTAMIENTOS TOPOGRÁFICOS

De terrenos en general - Marcan linderos o los localizan, miden y

dividen superficies, ubican terrenos en planos generales ligando con levantamientos anteriores, o proyectos obras y construcciones.

De vías de comunicación - Estudia y construye caminos, ferrocarriles,

canales, líneas de transmisión, etc.

De minas - Fija y controla la posición de trabajos subterráneos y los

relaciona con otros superficiales.

Levantamientos catastrales - Se hacen en ciudades, zonas urbanas y

(28)

Levantamientos aéreos - Se hacen por fotografía, generalmente desde

aviones y se usan como auxiliares muy valiosos de todas las otras clases de levantamientos.

2.2.2 FUENTES DE ERROR

Los errores se dividen en dos clases:

Sistemático.- En condiciones de trabajo fijas en el campo son constantes y

del mismo signo y por tanto son acumulativos, por ejemplo: en medidas de ángulos, en aparatos mal graduados o arrastre de graduaciones en el transito, cintas o estadales mal graduadas, error por temperatura.

Accidentales.- Se dan indiferentemente en un sentido o en otro y por tanto

puede ser que tengan signo positivo o negativo, por ejemplo: en medidas de ángulos, lecturas de graduaciones, visuales descentradas de la señal, en medidas de distancias, et.. Muchos de estos errores se elimina por que se compensan.

2.3 CONTROL VERTICAL

Para el Control Vertical se podrá utilizar el método de nivelación geométrica, diferencial, o el método de nivelación trigonométrica. La selección de uno, cualquiera de ellos, deberá estar ligado a consideraciones relacionadas con el propósito, utilidad de levantamiento y capacidad relativa para producir los resultados

esperados, los que deben formar parte de los criterios contemplados en el pre-análisis y diseño del anteproyecto.

Nivelación Geométrica (diferencial).- La nivelación geométrica constituye el

método clásico utilizado para el desarrollo de los levantamientos geodésicos verticales, mediante un procedimiento que determina directamente la diferencia de altura entre puntos vecinos, por la medida de la distancia vertical existente entre dichos puntos y un plano horizontal local definido a la altura del instrumento que se utilice para hacer dicha medida.

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Nivelación Trigonométrica.- La nivelación trigonométrica sigue en orden de

importancia a la anterior y consiste en la determinación indirecta de diferencia de alturas entre puntos vecinos mediante la medida de la distancia existente entre ambos y del ángulo vertical que contiene a dicha línea, con respecto al plano horizontal local de cualquiera de los puntos. Por su naturaleza indirecta y por estar más afectado por errores sistemáticos que en el caso de nivelación geométrica, el método trigonométrico produce resultados de menor precisión.

2.3.1 CLASIFICACIÓN DE LOS CONTROLES VERTICALES

Con propósitos de clasificación de los Controles Verticales, se establecen los siguientes órdenes y clases de precisión, limitados a la nivelación diferencial y asociados con los valores de dicha exactitud que es posible obtener entre puntos enlazados directamente, con un nivel de confianza del 95% y en tanto se observen las normas del caso; el indicador para cada orden y clase se da en función de la tolerancia para el error de cierre altimétrico de las nivelaciones desarrolladas en líneas o circuitos cerrados, con secciones corridas ida y vuelta.

CUADRO 2.3 Clasificación de los controles verticales

ORDEN CLASE PRECISION (mm)

Primer Única _±₄ _k

Segundo Única _±₈ _k

Tercer Única ±₁₂ _k

En estas expresiones, k es la distancia de desarrollo de la nivelación en un solo sentido, entre puntos de elevación conocida, expresada en kilómetros.

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Para el presente trabajo se desarrollo el control vertical mediante nivelación diferencial, desde un BM de altura conocida, con la finalidad de determinar las cotas del nivel de río.

El error de llegada de la nivelación esta sujeto a la especificación técnica de nivelación diferencial de 3er Orden Geodésico el cual tiene la siguiente fórmula de error de llegada.

LEVANTAMIENTO HIDROGRÁFICO

Los levantamientos hidrográficos están experimentando cambios fundamentales en la tecnología de medición. Los sistemas acústicos multihaz y láser aerotransportados proveen ahora una cobertura y medición del fondo marino casi total comparada con el anterior muestreo por perfiles batimétricos. La capacidad de posicionar los datos con exactitud en el plano horizontal ha crecido enormemente gracias a la disponibilidad de sistemas de posicionamiento por satélite, particularmente cuando se recurre a técnicas diferenciales. Este avance en la tecnología ha sido particularmente significativo, ya que los sistemas de posicionamiento hoy disponibles permiten una exactitud mayor que los datos en los cuales se basan las cartas. Debe notarse, no obstante, que la precisión e integridad de un levantamiento hidrográfico nunca pueden alcanzar la de la cartografía terrestre.

El creciente uso que hacen los navegantes de los sistemas de posicionamiento por satélite, combinado con la disminución de costos y la precisión mejorada que brindan estos sistemas (superiores a los sistemas precisos de navegación con apoyo terrestre), han alentado a las organizaciones hidrográficas a utilizar para todos los levantamientos futuros de Orden Especial y Orden 1, sistemas que soportan una precisión en el posicionamiento igual o mejor que la que disponen los navegantes.

mm k Error=12

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FIG URA 2.2 Sistemas acústicos multihaz y láser aerotransportado

El equipo actual para la medición de profundidades ha sido evaluado por el grupo de trabajo como sigue:

Las sondas de haz simple han alcanzado una precisión sub-decimétrica en aguas poco profundas. El mercado ofrece una variedad de equipos con diferentes frecuencias, repetición de pulsos, etc, y es posible satisfacer las necesidades de la mayoría de los usuarios y, en particular, las de los hidrógrafos.

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nivel de detección y definición de obstáculos del fondo. Aún así, hoy en día, su uso está limitado por la baja velocidad (5-6 nudos como máximo) en la que puede ser operado; es ampliamente utilizado para levantamientos de puertos y canales navegables para asegurar la detección de obstáculos entre las líneas de sondeo

medidas. Muchos organismos hidrográficos consideran su uso obligatorio en esas áreas, a menudo prescribiendo superposiciones del 100% o más.

La tecnología de las sondas acústicas multi-haz se está desarrollando con rapidez y ofrece un gran potencial para lograr una investigación precisa y total del fondo, siempre que se use con los procedimientos apropiados y a condición de que la resolución de los sistemas sea la adecuada para la apropiada detección de peligros a la navegación.

El sondeo láser aerotransportado es una nueva tecnología que puede ofrecer sustanciales aumentos de productividad para levantamientos en aguas poco profundas y claras. Estos sistemas de sondeo son capaces de medir profundidades de 50 m o más.

Es probable que muchos levantamientos hidrográficos continúen siendo realizados con sondadores de haz simple que sólo muestran perfiles discretos del fondo, mientras que las técnicas señaladas arriba, que brindan una cobertura del fondo del 100% posiblemente sólo sean usadas en áreas críticas. Esta presunción llevó a la decisión de retener el concepto de separación entre líneas de sonda, aunque ya no estén relacionadas directamente con la escala del levantamiento.

Los resultados óptimos se logran cuando se usan en conjunto procedimientos y equipos apropiados junto con la experiencia y el entrenamiento del hidrógrafo. La importancia del juicio profesional no puede ser sobrevalorada.

(33)

2.3.2 CLASIFICACIÓN DE LEVANTAMIENTOS

Según la Organización Hidrográfica Internacional (OHI), para clasificar de una manera sistemática los diferentes requerimientos de precisión en las áreas que deben ser levantadas, se han definido cuatro órdenes de levantamientos.

Orden Especial -Los levantamientos hidrográficos de Orden Especial se

aproximan a las normas de ingeniería y la intención es que su uso se limite a áreas críticas específicas con un margen mínimo bajo la quilla y donde las características del fondo sean potencialmente peligrosas para las embarcaciones. Estas áreas deben ser determinadas explícitamente por la organización responsable de la calidad del levantamiento.

Son ejemplos de las mismas puertos, fondeaderos, y canales críticos asociados. Todas las fuentes de error deben ser minimizadas. El Orden Especial requiere el uso de líneas de sonda poco separadas, junto con el uso de sonar lateral, equipos transductores o sondadores acústicos multi-haz de alta resolución, para conseguir una cobertura del 100% del fondo. Debe asegurarse que las formas cúbicas mayores de 1 m puedan ser discriminadas por el equipo de sondeo. El uso de sonar lateral junto con un sondador acústico multihaz puede ser necesario en áreas donde puedan encontrarse obstáculos delgados y peligrosos.

Orden 1 -Los levantamientos hidrográficos de Orden 1 están concebidos

para puertos, canales de acceso a puertos, derrotas recomendadas, canales de navegación interior, y áreas costeras de alta densidad de tráfico comercial donde el margen bajo la quilla es menos crítico y las propiedades geofísicas del fondo son menos peligrosas para las embarcaciones (por ejemplo, fondo de arena o lodo blando). Los levantamientos de Orden 1 deberían limitarse a áreas con una profundidad menor de 100 m. Aunque los requerimientos para la investigación del fondo son menos rígidos que los correspondientes al

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Orden Especial, se requiere una cobertura total del fondo en áreas seleccionadas donde las características del fondo y el riesgo de obstrucciones son potencialmente peligrosos para las embarcaciones. Para estas áreas, debe asegurarse que las formas cúbicas mayores de 2 m puedan ser discriminadas por los equipos de sondeo en profundidades de hasta 40 m o que en áreas investigadas más profundas se puedan detectar los obstáculos que superen, en dimensión, el 10% de la profundidad.

Orden 2 -Los levantamientos hidrográficos de Orden 2 se proponen para

áreas de profundidad menor que 200 m no cubiertas por el Orden Especial o el Orden 1, y en las que una descripción general de la batimetría es suficiente para asegurar que no existen obstrucciones en el fondo que pudieran poner en peligro las embarcaciones que se supone transitarán o trabajarán en el área. Este es el criterio para una variedad de usos marítimos para los cuales no se justifican levantamientos hidrográficos de órdenes superiores.

Orden 3 -Los levantamientos hidrográficos de Orden 3 se proponen para

todas las áreas no cubiertas por el Orden Especial y los Ordenes 1 y 2, en profundidades mayores a 200 m.

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CUADRO 2.4 Resumen de normas mínimas para levantamientos hidrográficos

(1) ORDEN ESPECIAL 1 2 3 Ejemplos de áreas típicas Puertos, áreas de amarre y canales críticos asociados con márgenes mínimos bajo la quilla Puertos, canales de acceso a puertos, derrotas recomendadas y ciertas áreas costeras con profundidades de hasta 100 m Áreas no descritas en Orden Especial y Orden 1, o áreas de hasta 200 m de profundidad

Zonas costa afuera no descritas en Orden Especial, y Ordenes 1 y 2

Exactitud 2 m 5 m + 5% de la 20 m + 5% de la 150 m + 5% de la

Horizontal (95% de

nivel de confianza) profundidad profundidad profundidad Exactitud para la a=0,25 m a=0,5 m a=1,0 m Igual que en

profundidad b=0,0075 b=0,013 b=0,023 Orden 2 reducida (95% de nivel de Confianza) (1) Investigación del 100% del fondo Obligatorio (2) Requerido en áreas seleccionadas (2)

Puede ser requerido en áreas seleccionadas No aplicable Capacidad del sistema de detección Formas cúbicas > 1 metro Formas cúbicas > 2 metros en

Igual al Orden 1 No aplicable

profundidades de hasta 40 m; 10% de las profundidades mayores de 40 m (3)

Máxima separación No aplicable, 3 x profundidad 3-4 x profundidad 4 x profundidad

entre líneas (4) dada la

obligación de una

promedio ó 25 m, la que sea mayor

promedio ó 200 m, la que sea mayor

promedio investigación del

(36)

Para calcular el límite del error en la exactitud de la profundidad, los valores correspondientes de "a" y "b" dados en el Cuadro 2.4 deben ser introducidos en la fórmula

+

V

[a2+(b*d)2]

donde:

a error de profundidad constante (por ejemplo: la suma de todos los errores constantes)

b*d error dependiente de la profundidad (por ejemplo: la suma de todos los errores dependientes)

b factor del error dependiente de la profundidad d profundidad

(2)

Para fines de seguridad náutica, el uso de un rastreo mecánico precisamente especificado para asegurar un margen de seguridad mínimo en el área puede ser considerado suficiente para los levantamientos de Orden Especial y Orden 1.

(3)

El valor de 40 m ha sido escogido considerando el máximo calado esperado de los buques.

(4)

La separación entre líneas puede ser aumentada si se usan procedimientos para asegurar una densidad de sondeo adecuada.

2.3.3 SISTEMA DE POSICIONAMIENTO

El sistema de posicionamiento mas recomendable hoy son los DGPS, permite ubicarse en cualquier lugar de la tierra en cualquier instante, aun bajo las condiciones climatológicos mas adversas, y tener la posición de lugar con una precisión de centímetros. Hay otros equipos que dan menores precisiones que sin embargo no serian recomendable pues aprovecharemos la posibilidad que da el mercado y proporcionar la mayor precisión posible,

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pues estos equipos se pueden usar igualmente para sistema de posicionamientos mas precisos aun, cambiando alguna configuración y usando un sistema de post-procesamiento.

La precisión del equipo se consigue pagando una suscripción anual de una empresa quien brinda la señal y la precisión que se especifica. La exactitud de una posición es la exactitud en la posición de uno que debe ser situada en el marco de referencia geodésico. En la Figura 2.3 se muestra un esquema de trabajo para posicionamiento con DGPS en tiempo real.

Las posiciones deben ser referidas a un sistema de referencia geodésico, recomendándose el Sistema Geodésico Mundial (WGS 84). Si excepcionalmente las posiciones se refieren al datum horizontal local, este datum local debe estar vinculado a un sistema de referencia geocéntrico, como el WGS 84.

FIGURA 2.3 Esquema de trabajo para posicionamiento con DGPS en tiempo real

(38)

2.3.4 MEDICIÓN DE LA PROFUNDIDAD

El sistema acústico mono haz es en gran medida la técnica más usada para la medida de la profundidad en proyectos de navegación de ríos y de puertos.

El sistema acústico fue utilizado primero en los años 30 pero no obtuvo confianza para la medida de la profundidad hasta los años 50 o los años 60. Una variedad de sistemas acústicos son utilizados, dependiendo de las condiciones del proyecto y de las profundidades. Éstos incluyen sistemas de transductor monohaz, sistemas de barrido múltiples del canal con el transductor, y sistemas del barrido multihaz.

Aunque los sistemas multihaz se están utilizando cada vez más para las investigaciones de los proyectos en el bosquejo de la profundidad, los sistemas monohaz todavía son utilizados por la mayoría de usuarios. Muchos de estos principios son también aplicables a los sistemas múltiples de barrido y a los sistemas multihaz.

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a) Principio Básico. Los sistemas acústicos de medida de profundidad

miden el tiempo transcurrido que un pulso acústico lleva el recorrido de un transductor al fondo del canal y regresa. Esto se ilustra en la Figura 2.4 donde está la profundidad medida (D) entre el transductor y un cierto punto en el fondo acústico reflexivo. El tiempo del recorrido del pulso acústico depende de la velocidad de la propagación (v) en la columna del agua. Si la velocidad de propagación del sonido en la columna del agua se sabe, junto con la distancia entre el transductor y la superficie del agua de la referencia, la profundidad corregida (d) se puede calcular por el tiempo medido del recorrido del pulso. Esto es expresada por la fórmula general siguiente:

Profundidad corregida a la superficie referida del agua:

d = ½ (v · t) + k + dr……… (1) Donde:

d = Profundidad corregida de la superficie del agua. v = Velocidad media del sonido en la columna del agua.

t = Tiempo transcurrido medido de transductor al fondo y de regreso a transductor.

k = Constante del transductor

dr = Distancia de la superficie del agua al transductor

Los parámetros v, t, y dr no se pueden determinar perfectamente durante el proceso, y k se debe determinar de la calibración periódica del equipo. El tiempo transcurrido, t, es dependiente en la reflectividad del fondo y los métodos relacionados de procesamiento de la señal usados para discernir un regreso válido. La forma, o la agudeza, del pulso que vuelve desempeñará un papel importante en las capacidades de la exactitud y de la detección de la medida de la profundidad.

b) Velocidad del sonido en agua. Determinar la velocidad del sonido, v, es

quizá el factor más crítico al usar sondas acústicas de profundidad. La velocidad del sonido varía con la densidad y las características elásticas del

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agua. Estas características son, para las profundidades típicas de proyectos de río y de puertos, sobre todo una función de la temperatura del agua y el contenido suspendido o disuelto, es decir, salinidad. Debido a estos efectos, la

velocidad (v) puede extenderse a partir del 4.600 a 5.000 pies/seg. Desde que la mayoría de ríos y proyectos portuarios pueden exhibir variaciones grandes en la temperatura y/o la salinidad con la profundidad, la velocidad de la onda acústica no será constante sobre la distancia del transductor del bote al fondo y el regreso. El efecto de esta variación es significativo. Para el trabajo práctico de sondeo del eco monohaz en agua poco profundas, una velocidad promedio de sonido es usualmente asumida (por la calibración). El uso de una velocidad del sonido promedio no puede ser válido en el tema costero de proyectos sujetos a descargas de agua dulce ni será constante sobre el área del proyecto entero examinado. Si las variaciones grandes en la velocidad ocurren sobre la columna del agua, la velocidad media del sonido usada debe ser ésa o cerca de la profundidad promedio del estudio del proyecto, no sobre la columna entera del agua.

c) El calado del transductor y la constante del transductor. El calado

del transductor y la constante del transductor se debe aplicar a la distancia reducida del tiempo para obtener la profundidad corregida de la superficie del agua de la referencia. La constante del transductor contiene impulsos eléctricos y/o retrasos mecánicos inherentes en el sistema medidor, incluyendo variaciones de detección del origen de la señal de regreso.

También contiene corrección constante debido al cambio en la velocidad entre el nivel de la superficie superior y ése usados como promedio para la gama de la profundidad del proyecto. Por esta razón, el ajuste o la lectura evidente del "calado" en un expediente digital o del análogo no es necesariamente la real del calado del transductor, como sería el obtenido por

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la medida física entre la superficie del agua y el transductor. También, el calado de la embarcación no es igual que el calado del transductor porque el calado de la embarcación se puede medir concerniente a las aletas del motor o a otros puntos en el casco. El único método eficaz de determinar las constantes combinadas en la ecuación (1) está por una calibración del muestreo de la barra.

d) Otras correcciones a las profundidades observadas . La profundidad

en la ecuación (1) se debe corregir posteriormente para las variaciones a corto

plazo del calado del canal debido a los cambios del cargamento, asentamiento (squat), asentamiento debido al movimiento de la embarcación balanceo, cabeceo, etc. La superficie del agua se debe entonces reducir al dato vertical local basado en tiempo real de río / lago, piscina, u observaciones de marea. Las varias correcciones requeridas en una medida acústica de la profundidad se generalizan en el bosquejo demostrado en la Figura 2.5.

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FIGURA 2.5 Correcciones observadas por el sondaje acústico

e) Exactitud de la ecosonda. El tiempo de viaje del pulso de sonido es

medido ya sea electrónicamente en un dispositivo que digitaliza profundidad o mecánicamente (gráficamente) en un instrumento analógico de grabación. La exactitud de la medida absoluta del tiempo varía generalmente con la profundidad. Esto es debido a la atenuación de la señal, al ruido, y a la capacidad del trazado de circuito de la medida de correlacionar los pulsos salientes y entrantes. Además, las características acústicas de la reflectividad, es decir, tamaño, forma, orientación, material, etc., puede afectar perceptiblemente el pulso que vuelve. Las variaciones en la fuerza y la agudeza de vuelta de la señal afectarán la exactitud de la medida de la profundidad.

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La irregularidad del pulso reflejado causa incertidumbre en el proceso total de la medida del tiempo. No hay proceso práctico de la calibración para reducir al mínimo este error. La exactitud nominal de la ecosonda para la medida del tiempo es clasificada generalmente por los fabricantes en +-0.1 ft y 0.1 a 0.5 por ciento de la profundidad. Esto se compara a un radio de acción de la precisión de +-0,15 a +-0,35 pies en 50 pies y es independiente de las características acústicas de la reflexión. Los tiempos transcurridos digitalmente medidos son más precisos que esos en los que actúan dispositivos mecánicos de grabación.

2.3.4.1 FRECUENCIA DEL TRANSDUCTOR

Un transductor convierte energía electrónica en pulsos acústicos y viceversa. El tipo de transductor usado es un factor importante en la determinación de una medida de profundidad. La frecuencia óptima del transductor es altamente dependiente del lugar del proyecto. A través de proyectos de ríos y puertos, se ha utilizado una variedad de frecuencias. Estas frecuencias se extienden generalmente entre 20 kHz y 1000 kHz. Cada frecuencia del transductor tiene características físicas que satisfacen particularmente a un sitio individual del proyecto. La respuesta del transductor depende de la frecuencia, las condiciones de proyecto, el incremento de la colección, y el patrón del haz como se muestra en la Figura 2.6.

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FIGURA 2.6 Ancho del haz del transductor

Las sensibilidades se miden en puntos de potencia promedio de -3DB. En general, los transductores de frecuencia más alta (100 kHz a 1000 kHz) proporcionarán una medida más exacta de la profundidad, debido a ambas características de la frecuencia y anchuras mas concentradas del haz (es decir, estrecho). Los transductores de haz estrechos (es decir menos de 8 grados) pueden requerir la corrección por rolido y balanceo puesto que el haz más enfocado tomará la medida de una distancia inclinada en puntos poco verticales. Sin embargo, los lóbulos laterales mostrados en la Figura 2.6 podrían proveer un retorno vertical en agua poco profunda. Los transductores de haz estrechos deberían ser obtenidos con lóbulos laterales mínimos. Los transductores de una frecuencia más baja (debajo de 40 kHz) se usan para tener anchuras más grandes del haz, que pueden causar la distorsión y alisar las

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características en fondos irregulares o en cuestas laterales. Sin embargo, las frecuencias inferiores están menos sujetas a la atenuación, lo cual permite mayor medida de profundidad y penetración de sedimentos suspendidos. Aunque una mayor medida de la profundidad no se requiere para proyectos de ríos y puertos, la

habilidad para penetrar en sedimento suspendido es un bien acordado, especialmente en la ejecución de las pruebas para los proyectos del dragado. Una desventaja importante de los transductores de una frecuencia más alta es que hay alta atenuación de la señal con la profundidad, y la densidad específica baja de los sedimentos suspendidos (la pelusa) o la vegetación fácilmente reflejarán la señal. Los transductores de alta frecuencia no se recomiendan en las áreas donde ocurren excesos de sedimentos suspendidas comúnmente, o donde la vegetación de fondo puede confundir los resultados deseados. En tales áreas, las frecuencias que se extienden entre 20 kHz y 50 kHz se emplean típicamente para la determinación del objetivo.

La frecuencia más comúnmente empleada del transductor en proyectos de navegación de ríos y de puertos es de 200 - 208 kHz. Los transductores que funcionan entre en esta frecuencia se emiten generalmente (entre 1,5 grados y 8 grados en los puntos de -3 DB) para proporcionar detalles del fondo más exacto. Haces más estrechos se recomiendan para los proyectos relativamente difíciles, por ejemplo cortes de rocas o fondos de arena. Un transductor de 3 grados proveerá un esbozo ligeramente más alto de características pequeñas de fondo. La frecuencia de 200-208 kHz (+- 10%) no es un estándar obligatorio de la frecuencia, ni es cualquier anchura particular del haz. Los transductores de una frecuencia más baja o

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más alta, extendiéndose entre 20 kHz y 1000 kHz, y con anchuras de haz que varían, son permisibles para cualquier clase de prueba o tipo de sistema de medida. Las condiciones locales y los requisitos únicos del proyecto dictarán el tipo óptimo del sistema del examen y frecuencia que se utilizará. Sin embargo, para la navegación y los sondeos del abono de la draga, el sistema acústico de sondeo y / o la frecuencia del transductor debería ser constante a todo lo largo de la duración de proyecto y claramente identificado en especificaciones de la construcción. Los sistemas múltiples de doble frecuencia pueden servir para analizar estratos de sedimento de variar densidades - típicamente usando frecuencias de 200 kHz y 28 kHz.

2.3.4.2 EQUIPO DE SONDEO MONO HAZ

Antes de los años 70, la mayoría emplearon los registradores análogos mecánicos de profundidad. Los modelos más comunes usados eran Bludworth y Raytheon 719. Estos dispositivos marcaron el perfil continuo de la profundidad en un papel impreso usando un mecanismo rotativo de la aguja. La velocidad de la aguja mecánica que rotaba era una función de la profundidad del agua y de la velocidad del sonido. Desdichadamente, la velocidad rotatoria de los registradores mecánicos requerían a menudo calibración y alineación constantes.

En los años 70, comenzaron a adquirir sistemas digitales de grabación de la profundidad. Estos sistemas marcaron profundidades análogas (perfil) directamente en el papel de grabación termal en blanco; eliminando así la mayoría de los errores en registradores mecánicos. Todos los sistemas modernos de la medida de la profundidad se pueden configurar para hacer salir profundidades medidas a los dispositivos de grabación de