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Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Topográfica
“Metodología de levantamiento batimétrico utilizando equipo de
recepción de doble frecuencia del Sistema de Navegación Global por
Satélite y Ecosonda Monohaz”
Sustentantes:
Ing. Maikol López Castro
Ing. Omar Sotelo Porras
Sede
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
San Pedro, Costa Rica
Aprobación del Trabajo Final de Graduación
Este Trabajo Final de Graduación fue aprobado en la ciudad de San José el
día_______________________________________________________________,
por el Tribunal Examinador del Trabajo Final de Graduación de la carrera de
Ingeniería Topográfica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa
Rica, como requisito para optar por el grado académico de Licenciados en
Ingeniería Topográfica.
MSc. Juan Picado Salvatierra Presidente
Dr. Georges Govaere Vicarioli
Director del Trabajo Final de Graduación
Lic. Ricardo Monge Garro
Tribual Examinador
Lic. Jorge Araya Muñoz
Lector de Trabajo Final
Lic. Carlos Eduardo Rueda Sáenz
Lector de Trabajo Final
Sustentantes
Ing. Maikol López Castro
Sustentante
Ing. Omar Sotelo Porras
Sustentante
Dedicatoria
Maikol López Castro:
A mi madre por hacer que todo se mantuviera a flote y a mi padre ya que no hay
día que no lo recuerde, ustedes lograron que todo esto sucediera.
Omar Sotelo Porras:
A la esperanza de un mundo mejor.
Agradecimientos
Maikol López Castro:
A toda mi familia por estar siempre ahí, a Jimmy y a Mainor por su ayuda, a Omar
por atreverse a presentar este proyecto y por su gigantesca ayuda día a día, y a
Sofy por tantos años de risas y amor.
Omar Sotelo Porras:
Agradezco a tod@s y todo lo que ha sido parte de mi existencia, gracias a mi papá
por sus consejos, a Maikol dejarme ser parte de este trabajo, a Tatiana por
ayudarme a ver el mundo de otra forma, pero primero que todo gracias por la
oportunidad, y bueno lo que yo conozco de la India es que recién hizo un disco
con Marc Anthony; a la risa por supuesto.
INDICE GENERAL
I. INTRODUCCION i I. 1. Planteamiento del Problema ii
I.1.1. Justificación iii I.1.2 Definición del Problema v I.1.3 Zona de Estudio vi
I.2. OBJETIVOS vi I.2.1 Objetivo General vi I.2.2 Objetivos Específicos vi
I.3. ANTECEDENTES vii I.4 MARCO TEORICO ix
I.4.1. Sistemas de líneas de sondeo xi I.4.2. Mareas xii I.4.3. Nivel del mar xiv I.4.4. Determinación del Nivel Cero xv I.4.5. Equipo de Medición xvi I.4.5.1 Ecosonda xvi I.4.5.2 Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) xix I.4.5.3 Ajuste de observaciones en los procesos de medición xxii I.4.5.4 Levantamiento por GNSS en tiempo real (RTK) xxv I.4.5.5 Movimiento de la embarcación, el Sensor de Movimiento xxvii I.4.5.6 Perfilador de la velocidad del sonido xxviii I.4.5.7 El CTD (conductividad, temperatura y profundidad) xxix
CAPITULO 1: La División Marítimo Portuaria y el Ejercicio Liberal 1. 1. Análisis de la labor realizada por la DMP 2
1.1.1 Planificación del levantamiento batimétrico, administración 4 1.1.2 Planificación del levantamiento batimétrico, ingeniería 6 1.1.3 Proceso práctico 9 1.1.4 Estudio de marea y vinculación de elevaciones 10 1.1.5 Armado del equipo 12 1.1.6 Calibración Ecosonda 13 1.1.7 Planificación de la medición 13 1.1.8 Obtención de datos 13 1.1.9 Post-proceso 14 1.1.10 Ecograma 14 1.1.11 Coordenadas 16 1.1.12 Planos Finales 17
1.2 Levantamientos batimétricos de profesionales en ejercicio liberal 20 1.2.1 Planificación de oficina 21
1.2.1.1 De la precisión de los levantamientos batimétricos 21 1.2.1.2 Equipo de trabajo 21 1.2.1.3 Control del trabajo 21 1.2.1.4 Inspección preliminar 22 1.2.1.5 Presupuesto y planificación 22 1.2.1.6 Entrega final 22
1.2.2 Planificación Técnica 23 1.2.2.1 Establecimiento del control horizontal 23 1.2.2.2 Insumos usados en el proyecto 23 1.2.2.3 Criterio de sondaje, definición de interlineas de sondeo 24 1.2.2.4 Medidas de seguridad en la zona de medición 24 1.2.2.5 Observaciones secundarias y para el equipo 24 1.2.2.6 Coordinación del levantamiento 25
1.3 LEVANTAMIENTO Y RESULTADOS FINALES 25 1.3.1 Ecograma 25
1.3.2 Nube de puntos 25 1.3.3 Coordenadas Finales 26 1.3.4 Planos Finales 26
1.4 Otras Formas de levantamiento 28 1.4.1 Sensores aerotransportados en batimetría 28 1.4.2 LIDAR (Detección de la luz y espectro) 29
1.4.3 Imágenes satelitales 29 CAPITULO 2: Normas de la OHI 2.1 Guía de procedimiento para un levantamiento batimétrico 32
2.1.1 Requerimientos del levantamiento 34 2.1.2 Preparación de una especificación del levantamiento hidrográfico 34 2.1.3 Envío de la unidad designada 35 2.1.4 Planificación del programa de esa unidad 35 2.1.5 Evaluación de la tarea dentro de esa unidad 35 2.1.6 Requerimientos de reconocimiento 36 2.1.7 Ubicación de los recursos 36 2.1.8 Planificación detallada del levantamiento 37 2.1.9 Estimación de tiempo 37 2.1.10 Planificación final del programa y aprobación 37 2.1.11 Relación con las autoridades externas 38 2.1.12 Planificación de la administración 38 2.1.13 Planificación diaria 39 2.1.14 Planes para la recolección y revisión de los datos 39 2.1.15 Planes para entrega de datos 39
2.2 Guía para la ejecución de un levantamiento batimétrico 39 2.2.1 Establecimiento de control geodésico 40
2.2.1.1 Configuración rápida el inicio de medición con GNSS 40 2.2.1.2 Instalación de equipo 42
2.2.2 Método de control posicional y calibración 44 2.2.2.1 Para batimetrías en zonas costeras 44 2.2.2.2 Para batimetrías en embalses, lagos o ríos 46
2.2.3 Criterio de Sondaje que incluya política entre líneas 47 2.2.4 Categoría de búsqueda de sonar 50
2.2.4.1. Calibración del equipo batimétrico 50 2.2.5 Datos y observaciones de mareas 52 2.2.6 Naufragios y obstrucciones 52 2.2.7 Muestras del fondo marino 53 2.2.8 Observaciones Oceanográficas 54 2.2.9 Observaciones de las corrientes de mareas 55 2.2.10 Observaciones geofísicas 55 2.2.11 Línea costera y topografía 56 2.2.12 Luces y boyas 56 2.2.13 Direcciones de navegación y perspectivas 56 2.2.14 Señales de radio 57 2.2.15 Observaciones secundarias 57 2.2.16 Observaciones de pasajes 57 2.2.17 Cálculo, análisis y dibujo 58
2.2.17.1. Descarga de datos 58 2.2.17.2. Exportando los datos de la medición 58 2.2.17.3. Obtención de datos 58 2.2.17.4. Procesado de datos y dibujo 58
CAPITULO 3: Metodología Propuesta 3.1 Guía tramitológica 61
3.1.1 Objetivo del proyecto 62 3.1.2 Información preliminar 62 3.1.3 Visita preliminar 62 3.1.4 Asignación de actividades de la cuadrilla 62 3.1.5 Viáticos y estadía 63 3.1.6 Planificación detallada del proyecto 63 3.1.7 Cronograma 64 3.1.8 Planificación final del proyecto y aprobación 64 3.1.9 Permisos 64 3.1.10 Bitácora del proyecto (diaria) 65 3.1.11 Recolección de datos y revisión 65 3.1.12 Entrega final 65
3.2. Guía de Levantamiento 66
3.2.1 Control Geodésico 66 3.2.2 Método del levantamiento y calibración del equipo 66 3.2.3 Líneas de sondeo 66 3.2.4 Definición de frecuencia del sonar 67 3.2.5 Predicción de mareas y estudio de mareas 67 3.2.6 Ubicación de obstáculos 67 3.2.7 Levantamiento de la línea de costa y detalles 68 3.2.8 Manejo de navegación 68 3.2.9 Calibración del equipo 68 3.2.10 Misceláneos 68
3.3. Procesamiento 69 3.3.1. Descarga de datos 69 3.3.2 Corroboración de datos 69 3.3.3 Modelaje 70 3.3.4 Graficación 70 3.3.5 Exportación de los datos 70
3.4. Revisión 71 3.4.1 Importación 71 3.4.2 Modelaje 71 3.4.3 Dibujo de láminas de entrega 71 3.4.5 Impresión de láminas y revisión de láminas 72 3.4.6 Aprobación 72 3.4.7 Entrega final 72
CAPÍTULO 4: Levantamiento Batimétrico 4.1 Práctica de Levantamiento 77
4.2 Guía tramitológica: 77
4.2.1 Objetivo del proyecto: 77 4.2.2 Información preliminar 78 4.2.3 Visita preliminar 80 4.2.4 Asignación de actividades de la cuadrilla 80 4.2.5 Viáticos y estadía 80 4.2.6 Planificación detallada del proyecto 81 4.2.7 Cronograma 81 4.2.8 Planificación final del proyecto y aprobación 81 4.2.9 Permisos 81 4.2.10 Bitácora del proyecto 82 4.2.11 Recolección de datos y revisión 82 4.2.12 Entrega final 82
4.3 Guía de Levantamiento 82
4.3.1 Control Geodésico 82
4.3.2 Método del levantamiento y calibración del equipo 83 4.3.3 Líneas de sondeo 87 4.2.4 Definición de frecuencia del sonar 87 4.2.5. Predicción de mareas y estudio de mareas 87 4.2.6 Ubicación de obstáculos 88 4.2.7 Levantamiento de la línea de costa y detalles 88 4.2.8 Manejo de Navegación 88 4.2.9 Calibración del equipo 88 4.2.10 Misceláneos 89
4.4. Procesamiento: 91
4.4.1 Descarga de datos 91
4.4.2 Corroboración de datos 91 4.4.3 Modelaje 91 4.4.4 Graficación 91 4.4.5 Exportación de los datos 92
4.5. Revisión: 92
4.5.1 Importación 92
4.5.2 Modelaje 92 4.5.3 Dibujo de láminas de entrega 92
4.5.5 Impresión de láminas y revisión de láminas 92
4.5.6 Aprobación 92
4.5.7 Entrega final 92
4.6 Resultados finales 92
CAPITULO 5: Conclusiones
5.1 Dificultades 94
5.2 Limitaciones 95
5.3 Recomendaciones 96
5.4 Impacto Ambiental 97
5.5 Conclusiones 98
BIBLIOGRAFIA 99
ANEXOS Anexo 1 : Exactitud de la Profundidad 101 Anexo 2 : Muestra de resultados y errores en la medición 102 Anexo 3: Láminas Finales 104
Índice de Figuras
Figura 1: Líneas de sondeo xi
Figura 2: Mareógrafos del país xii
Figura 3: Ecosonda Monohaz xviii
Figura 4: Constelación GNSS xx
Figura 5: Segmentos de medición GNSS xxi
Figura 6: Campana de Gauss, teoría de los errores xxv
Figura 7: Sensor de Movimiento xxviii
Figura 8: Perfilador de la velocidad del sonido xxix
Figura 9: CTD xxx
Figura 10: Muelle de Caldera, Puntarenas, área de estudio 10
Figura 11: Vinculación de la batimetría a las elevaciones en tierra 11
Figura 12: Medición del cero 13
Figura 13: Ecograma, gráfico en papel 15
Figura 14: Ecograma, gráfico en computadora 16
Figura 15: Esquema de trabajo de la DMP 18
Figura 16: Esquema del trabajo de la empresa privada 27
Figura 17: Esquema de costos de un proyecto 36
Figura 18 Ubicación de los equipos a Estribor 42
Figura 19: Corrección de error de navegación por rumbo 43
Figura 20: Corrección por error de cabeceo 43
Figura 21: Corrección de error por balanceo 44
Figura 22: Nivelación 45
Figura 23: Determinación de las líneas de navegación 48
Figura 24: Esquema de la metodología, primera parte 73
Figura 25: Esquema de la metodología, segunda parte 74
Figura 26: Medición GNSS, control terrestre, punto CRUZ 78
Figura 27: Medición GNSS, control terrestre, punto PAZ 79
Figura 28 Armado del equipo de medición batimétrica 84
Figura 29: Armado del equipo, incluyendo control terrestre 85
Figura 30: Portal SNIT, Sistema de Información Territorial de Costa Rica 87
Figura 31. Cronograma del proyecto 90
i
I. INTRODUCCION
Debido a la evolución de la topografía en los últimos años; el Ingeniero
Topógrafo debe ser capaz relacionarse con las tecnologías de la adquisición,
procesamiento, modelado, análisis, integración, gestión y aplicación de
información geoespacial; así como gestión adecuada del tiempo, atención al
cliente y la relación con las instituciones estatales. En Costa Rica esto no ha sido
la excepción, y el rol del ingeniero topógrafo ha pasado de ser colectores de
información para convertirse en gestores de la misma para la toma de decisiones
en todos los ámbitos de su ejercicio profesional.
Costa Rica es un país que tiene una extensión aproximada de 51100 km.2,
que cuenta con cerca de 1225 km de litoral a lo largo de sus dos costas; la costa
del pacífico y la costa del caribe; donde una de las principales fuentes de ingresos
es el turismo y sus actividades ubicadas a lo largo de estos litorales; estas costas,
junto con los volcanes y montañas, son las principales atracciones que busca el
turismo y son las que el Estado pretende desarrollar para el beneficio de la
localidad y del país en general.
En busca del desarrollo turístico en las playas y costas del país se ha
empezado a fomentar el concepto de atracaderos turísticos también llamados
puertos o muelles turísticos, ello con la idea de fomentar la conexión natural entre
los mares y las zonas costeras; estas obras no son más que concesiones de
zonas de uso público hechas por el Estado a empresas hoteleras donde se
construyen sistemas para el atraco de pequeños yates y barcos de poco calado;
de aquí nace la necesidad de conocer el comportamiento, la forma de la zona a
desarrollar además de la ecológica de la zona donde se pueda llegar a desarrollar
un atracadero.
Es por esto que es importante saber de la topografía de la zona, además de
los niveles de sedimentación, la situación de las mareas, todo con el objetivo de
conocer el impacto ambiental que provocará dicho proyecto y su viabilidad
ambiental.
ii
I. 1. Planteamiento del Problema
Toda obra de ingeniería requiere estudios previos; para poder conocer los
recursos disponibles, así como obstáculos para su realización, análisis de costos,
impacto ambiental, además de planos de diseño y un sinnúmero de permisos
estatales para que sea aprobado; en fin, todos los estudios de prefactibilidad de
todo proyecto, además de esto, es de suma importancia todo el control de la obra
durante la construcción del proyecto y al finalizar la construcción de la obra es vital
la contratación del personal idóneo para el funcionamiento de las obras realizadas
así como para darle mantenimiento a estas obras para que sigan dando el servicio
para el cual fueron construidas.
Desde esta perspectiva, y no encontrando un manual para la realización de
trabajos batimétricos adecuado a nuestro país, en nuestro centro de estudio así
como en otras instituciones estatales y más en específico en la Dirección Marítimo
Portuaria nombrado de aquí en adelante DMP del Ministerio de Obras Públicas y
Transportes, MOPT, la cual es la entidad encargada de estos levantamientos
costeros en los puertos de nuestro país, es que nace la necesidad de realizar esta
guía, para beneficio de la técnica realizada, además de contribuir a los
profesionales en ejercicio liberal y también para todas las labores de desarrollo en
nuestras costas y con el fin de agrupar los conocimientos que se encuentran
dispersos en algunas instituciones del país es que se confecciona este trabajo.
Actualmente nuestro país, cuenta con varias marinas y puertos a lo largo de
la costa pacífica y atlántica, lo que reviste de mayor importancia y necesidad de
contar con esta guía para el mantenimiento de atracaderos o bien para que estas
obras cumplan con las labores mínimas para la llegada de buques y
embarcaciones, ya sea de turismo o exportación e importación; estas labores se
han realizado desde hace muchos años en nuestro país debido al auge de
marinas y atracaderos en áreas de mucho desarrollo turístico y escénico.
Todo lo anterior sumado al cambio climático, lo que provoca la elevación de
los niveles del mar, y por ende que muchos proyectos de atracadero deban invertir
más recursos en dragado para que las obras sigan funcionando de manera
iii
adecuada, y no perder desarrollos humanos y que sean destruidos ya sea por
cambios climáticos, o mal mantenimiento de las obras realizadas.
I.1.1. Justificación
El manejo de los Sistemas de Navegación Global por Satélite conocidos
como GNSS, hoy en día son de uso cotidiano y masivo por parte de toda la
ciudadanía ya que existen teléfonos, cámaras fotográficas, tabletas y hasta relojes
de pulsera que cuentan con algún tipo de posicionamiento basado en este
sistema; todos estos aparatos utilizan la tecnología GNSS para todos los procesos
que se realizan para posicionamiento, control, además de información para los
ciudadanos.
Siendo este tema de la rama de la Ingeniería Topografía y más desde la
perspectiva de la ingeniería en la cual se utilizan actualmente receptores de doble
frecuencia y altísima exactitud, que trabajan bajo diversas modalidades como
estático relativo, estático rápido, cinemático en tiempo real RTK o diferido y
actualmente para operar en la manera de Red de Estaciones Virtuales de
Referencia, (recibir corrección diferencial vía modem del celular 3G o más actual y
mediante protocolos de Internet), es que esta disciplina de la ingeniería debe ser
una guía en el buen manejo de estas tecnologías y equipos, de ahí la gran
necesidad de estar al día con ella y dar la pauta del manejo y uso de este tipo de
tecnologías y aparatos de medición.
Los equipos de doble frecuencia que utilizan el Sistema de Navegación
Global por Satélite, ubican las posiciones de los puntos de sondeo en
coordenadas Geodésicas de Latitud y Longitud, que se pueden proyectar en el
plano deseado, por ejemplo el sistema de coordenadas CR05 utilizado para Costa
Rica.
Con el instrumento electrónico ecosonda batimétrica multifrecuencia ó
monohaz, como se explica en detalle más adelante, es posible determinar la
iv
profundidad del mar y conocer las características del fondo marino a partir de la
porción de energía acústica reflejada por el fondo.
Conocer la profundidad es un problema que se puede solucionar con el uso
de los levantamientos batimétricos; esta la modalidad de medición se ha llevado a
cabo desde varias décadas atrás, el uso y manejo de equipo de levantamientos
batimétrico ha experimentado también un proceso evolutivo pasando de
instrumentos rudimentarios hasta las más recientes ecosondas de doble haz, las
cuales generan prácticamente un conocimiento total tanto de suelo marino como
de la profundidad de mar.
A pesar de amplio crecimiento, en la última década; del sistema de
ecosondas de doble haz; aún hoy en día la ecosonda monohaz se mantienen
“como los equipos tradicionales usados mundialmente en los levantamientos
batimétricos. Estas ecosondas también han evolucionado de sistemas análogos a
sistemas de grabación digital, con precisiones más grandes y con exactitudes más
altas y con características específicas que permiten una amplia variedad de
propósitos a ser cumplidos.” (Bureau Hidrográfico Internacional, 2010)
De acuerdo a estos avances tecnológicos, cada día, hay nuevas facilidades
por ejemplo computadoras, programas de diseño, sistemas de almacenamiento de
datos, equipo de medición, entre otros; con esto se logran muchas facilidades que
los profesionales aprovechan de diferentes formas, como puede ser, el ahorro del
tiempo, dinero, personal, optimización de los recursos, lo que produce una mejor
calidad de trabajo en beneficio propio y de sus clientes.
Siendo que la base de estudio de esta investigación es la Ingeniería
Topográfica y el objetivo de esta rama de la ingeniería es lograr la actualización de
los medios de trabajo, a través de bases de datos o mapas, los cuales son
fundamentales para el desarrollo profesional individual como para el desarrollo del
país; esto sin dejar de lado que hoy en día el Ingeniero Topógrafo necesita
continuar diseñando, interpretando y calculando, pero ahora de manera digital, con
equipo de trabajo de punta, con sistemas de datos digitales actualizados, lo que
v
nos motiva a siempre estar actualizados en búsqueda de una mejor calidad del
ejercicio profesional y de la vida de los ingenieros del ramo.
Todos los países y en especial Costa Rica cuenta al turismo como una
fuente de ingresos económicos, de ahí surge la posibilidad de aportar, mediante
nuestro trabajo, una herramienta que pueda servir para incentivar, planificar y
desarrollar este aspecto, y a la misma vez, combinar todas estas nuevas
tecnologías y tendencias hacia las cuales camina la topografía; es bajo este
precepto que se propone la realización de esta metodología para la realización de
batimetrías debido a que esta labor ha estado realizándose de manera artesanal,
empírica o simplemente por costumbre, esto debido a que no se cuenta con una
guía bibliográfica para la realización de estos trabajos en nuestro país.
I.1.2 Definición del Problema
El presente proyecto pretende definir una metodología para el
levantamiento batimétrico, siempre apegada a los lineamientos de la Organización
de Hidrografía Internacional, conocida como OHI, y sin descartar la experiencia de
la División Marítimo Portuaria del Ministerio de Obras Públicas y Transportes y la
de colegas que hayan realizado este tipo de trabajos, con el fin de uniformizar y
mejorar su uso en todos los trabajos batimétricos que lo así lo requieran, utilizando
equipos GNSS de doble frecuencia y ecosonda monohaz.
Esta metodología será una propuesta apegada a los insumos y normas
vigentes; pero la misma no se saldrá de este marco, sin la intención de buscar
validación por parte del ente competente en la materia (División Marítimo
Portuaria).
Igualmente este proyecto no se propondrá como la única metodología
valida ni la única forma metodológica para la realización de batimetrías; esto con
el fin de no limitar la posible utilización de nuevas técnicas ni otras formas posibles
vi
para la elaboración de estos trabajos, que pueden ser por ejemplo, fotografías
satelitales, LIDAR, Método de Maurice Ewing.
I.1.3 Zona de Estudio
La zona que se tomará para realizar las medidas batimétricas y de equipo
GNSS de doble frecuencia, es la Zona Portuaria de Puerto Caldera, distrito
Caldera, cantón Esparza, provincia de Puntarenas; definido aproximadamente
entre las coordenadas (421700, 1096400); (420170,1095500) y (420170,1096400)
del Sistema Nacional Oficial de Coordenadas CR05 y proyección transversal de
Mercator para Costa Rica CRTM05.
I.2. OBJETIVOS
I.2.1 Objetivo General:
Definir una metodología para la realización de batimetrías mediante la
utilización de equipos receptores de doble frecuencia del Sistema de Navegación
Global por Satélite y ecosonda monohaz.
I.2.2 Objetivos Específicos:
- Analizar la metodología usada por la División Marítimo Portuaria para la
realización de batimetrías.
- Determinar, según el análisis realizado, cuáles aspectos pueden ser de
utilidad o aplicables en nuestra propuesta.
- Estudiar la normativa propuesta por la Organización Hidrográfica
Internacional -(OHI)-, para la realización de batimetrías.
vii
- Determinar, según el estudio realizado, cuáles aspectos pueden ser de
utilidad o aplicables en nuestro país.
- Elaborar una guía previa sobre técnicas de levantamiento batimétrico,
mediante el empleo de la determinación, análisis y estudio arriba citado y
experiencias propias, que sirvan como posibles pasos de la metodología.
- Estructurar un esquema de la propuesta metodológica para el
levantamiento batimétrico propuesto para este proyecto.
- Ejecutar el trabajo de campo con la consecuente utilización de los equipos
GNSS y ecosonda monohaz.
- Analizar los resultados obtenidos y deducir conclusiones definitorias de
cómo se debe proceder en un proyecto de la naturaleza planteada.
I.3. ANTECEDENTES
Uno de los procesos relacionados con la Ingeniería Topográfica que está en
auge, son los levantamientos batimétricos, esto debido al interés comercial de las
áreas costeras para la realización de atracaderos y desarrollos en zonas de playa;
estos levantamientos son técnicas de captura de información para hacer un
modelado del suelo marino, mediante la obtención de las profundidades y las
posiciones de puntos en el lecho marino. Los levantamientos batimétricos no son
nuevos, se cuentan registros de su elaboración desde hace varias décadas atrás;
en Costa Rica instituciones como el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) y
el Ministerio de Obras Públicas y Trasportes (MOPT), estas instituciones han
realizado batimetrías desde los años 80, utilizando diversas técnicas algunas
siguiendo la costumbre, otras apegadas al conocimiento técnico, pero sin
estandarización de dichos conocimientos ni creación de documentos para este tipo
de actividades.
Cada año la tecnología evoluciona y produce nuevos equipos para trabajar
en este y otros campos de la ingeniería; en el caso específico de las batimetrías,
se pasó de realizar batimetrías de forma artesanal mediante cuerdas y contra
viii
pesos, hasta la utilización de ecosondas y equipos receptores de los Sistemas de
Navegación Global por Satélite y demás equipos de control terrestre.
La División Marítimo Portuaria del MOPT, realiza batimetrías en Costa Rica
desde hace más de 20 años, y ha ido modificando la técnica de recolección de
datos según sus necesidades y equipo batimétrico disponible, pero a pesar de
contar con tantos años de realizar este trabajo y de hacerlo de maneras totalmente
validas, no cuenta con un documento oficial que mencione como realizar estos
procesos batimétricos de medición.
La parte empírica, tradicional y costumbrista ha definido los procesos de
elaboración de las batimetrías, tanto en el MOPT como en otras instituciones
privadas y públicas; normalmente la transferencia de conocimiento e información
se da de profesional a profesional, pero sin elaborar documentos que puedan
servir al empleado que quiera saber cómo se hace una batimetría a través de un
documento institucional, de no ser mediante enseñanza práctica y realización de
estos procesos in situ.
Actualmente la DMP se ubica en nuestro país como el ente encargado de
las labores portuarias de todos los atracaderos, siendo el que da mantenimiento
desarrollo, avance tecnológico y mantenimiento a estos puertos en función de los
proyectos del país; además teniendo en cuenta las necesidades de la sociedad sin
dejar de lado a la ciudadanía, la protección de los recursos para lograr el mayor
beneficio económico del país.
La DMP así como la OHI cumplen funciones muy similares, pero la DMP
sea por presupuesto o falta de fortalecimiento de esta área, se ha quedado dentro
del MOPT, encargado de las obras civiles, y formulación de normativa atinente a
las áreas de la hidrografía, y las universidades nacionales de Costa Rica; le
dedican más a la parte investigativa por su carácter académico.
ix
I.4 MARCO TEORICO
En lo que respecta al uso de equipos para el ejercicio de la Ingeniería
Topográfica en los levantamientos batimétricos o hidrográficos, este proyecto
trata de hacer uso de los equipos más conocidos y de mayor accesibilidad para el
ejercicio profesional de la ingeniería topográfica en nuestro país, hecho por el cual
establece un marco de referencia de lo se considera puede ser el mejor
equipamiento a utilizar. Esta misma situación se da con la planificación del
levantamiento, donde se recomienda el camino que se puede llevar pero
aclarando que este no es el único rumbo que se puede tomar a la hora de realizar
el trabajo.
En este apartado además se tratan temas que son de suma importancia y
que deben ser de conocimiento obligatorio para la realización de levantamientos
batimétricos ya que son determinantes y condicionantes a la hora de hacer este
tipo de trabajos, como por ejemplo nivel cero de marea, estudios de mareas y
levantamiento con sistemas GNSS.
Dentro de toda obra de ingeniería siempre debe existir una planificación
previa; esto es vital ya que siempre los recursos son escasos o se procura el
mínimo de despilfarro de estos recursos; basados en esto la planificación ayuda a
estimar costos económicos, tiempo del proyecto, así como recurso humano
necesario para la realización de la obra; lo que es primordial para poder llegar a
buen término de toda obra de ingeniería.
En lo que respecta a la planificación del trabajo de levantamiento mediante
instrumentos GNSS, existen básicamente 3 modalidades por la cuales se puede
iniciar el proceso de levantamiento. Se definen, de forma aproximada, las
coordenadas de la zona de interés para luego proceder a la planificación de la
ejecución del levantamiento; aquí se explican las 3 de manera general:
1. La primera forma es realizando un levantamiento preliminar de la zona que
se desea medir; esto conlleva más tiempo ya que hay que medir dos veces
la misma área, primero la medida preliminar y luego la medición con equipo
x
de precisión con base en los requerimientos del trabajo. El levantamiento
preliminar que puede ser hecho mediante equipos de medición por satélite;
navegadores; de precisión baja (+/- 5.0m. dependiendo del modelo y la
constelación disponible en el momento, así como las condiciones
climáticas). Con la ayuda de un navegador de posicionamiento por satélite y
una embarcación, se va rodeando la zona aproximada del proyecto, de
forma que se pueda delimitar esta y conocer las coordenadas aproximadas
de los puntos hasta donde se realizará la medida con los requerimientos de
precisión y exactitud.
2. La segunda forma de realizar el levantamiento inicial se realiza obteniendo
las coordenadas geográficas a partir del servicio de mapas en internet, en
forma aproximada de la zona del proyecto, se convierten los datos al
sistema oficial de coordenadas CR05 (CRTM05), tomando en cuenta las
precisiones tanto de la conversión como de los datos que se toman.
3. La tercera forma es a partir de las ortofotos generadas a partir del
Programa de Regularización de Catastro y Registro, en su escala 1:5000.
Estas fotos ya están georefenciadas en el sistema de coordenadas
nacional, además de que cuentan con suficiente precisión para leer
coordenadas directamente desde ellas y así medir en el sistema CRTM05
el área del proyecto. El país cuenta con el 87% de cobertura mediante fotos
a escala 1:5000, pero en la parte de las costas únicamente no se cuenta
cobertura en Punta Burica y en algunos sectores montañosos o de mucha
nubosidad.
Con base en lo anterior, se define el área de estudio y levantamiento para poder
realizar la definición cual será la ruta que lleve el barco para hacer el
levantamiento y posteriormente iniciar con la labor de campo para la ejecución del
proyecto.
xi
I.4.1. Sistemas de líneas de sondeo
Las líneas de sondeo son las rutas o guías que llevará la embarcación al
momento de ir haciendo el levantamiento batimétrico, sirven para determinar cuál
será el recorrido que llevará la embarcación y por ende cual será el recorrido del
levantamiento batimétrico. La separación entre las líneas de sondeo se puede
definir según los requerimientos de precisión que necesite el levantamiento; la OHI
divide los levantamientos por orden (Especial, 1a, 1b y 2) a mayor precisión menor
debe ser la separación entre las líneas, según el orden del levantamiento así será
la separación.
Para poder iniciar el trabajo de medición es necesario determinar cuál es la
elevación del levantamiento, esto se debe a que existe una diferencia entre lo que
se conoce como nivel del mar y nivel medio del mar, utilizado como referencia
para los levantamientos en tierra e históricamente basado en los bancos de nivel
del Instituto Geográfico Nacional (IGN). Esta diferencia se explica gracias a las
diferencias mareales del país.
Figura 1. Líneas de sondeo.
xii
I.4.2. Mareas
El nivel de referencia de la batimetría nace con el cero del nivel del mar, en
particular con el cero de bajamares de sizigias, en la costa Pacífico y cero de
bajamares, para la costa Caribe; todo esto según información suministrada en
entrevista a personeros de la DMP. Mediante estudios de recolección de datos
medidos a partir de mareógrafos se puede determinar los niveles antes
mencionados.
En el caso de existencia de mareógrafos, este cero de mareógrafo se
puede trasladar mediante nivelación diferencial al sitio de interés, pero no
necesariamente la variación de nivel a lo largo de la costa en grandes distancias
mantendrá homogeneidad; en estos sistemas de medición se pueden observar las
oscilaciones mareales, en períodos mayores a 12 horas.
Figura 2. Mareógrafos del país.
xiii
Por esta situación, en caso de la inexistencia de mareógrafos, se realiza un
estudio de mareas el cual consiste en el análisis, a partir de la recolección de
datos en forma continua y por periodos de tiempo, de los distintos niveles que
alcanza el mar en las costas.
Las dos formas de recolección de datos más comunes para la
determinación del nivel del mar son mediante la estadia y mediante un medidor de
columnas de agua, llamado sensor de presión; este dato del nivel del mar, datum,
que se utilizará para los levantamientos batimétricos, es fundamental ya que este
no coincide necesariamente con el datum del nivel cero de los bancos de nivel del
Instituto Geográfico Nacional, existentes en tierra firme, conocido como el nivel
medio del mar.
Debido a la falta de mareógrafos en las costas nacionales surge la
necesidad de analizar para cada caso en particular el nivel del mar, para conocer
el verdadero nivel de mar es necesario hacer mediciones o tener registros por un
periodo de 19 años, que corresponde a un periodo lunar.
Si no se cuenta con mareógrafo instalado para la realización de obras de
infraestructura mayor, por ejemplo rompeolas, muelles de naves de gran calado u
otros, es recomendable hacer un estudio de mareas por al menos 3 meses,
haciendo lecturas cada 15 minutos según personeros de la División Marítimo
Portuaria.
Es necesario tomar en cuenta que el estado del tiempo, la hora y otros
aspectos son factores que puede afectar considerablemente el resultado final de
estas lecturas de nivel del mar, así como la época del año, mareas, configuración
de la bahía, puede incidir en la toma de lecturas, además del comportamiento de
las aguas y arenas del mar.
La labor anterior ahora puede realizarse mediante un sensor de presión el
cual mide las columnas de agua, enlazándolo a un computador y así obtener las
medidas a lo largo del tiempo deseado de forma digital, sustituyendo las lecturas
visuales con estadia.
xiv
Una vez realizada la toma de datos se gráfica la información y se compara
con el cuadro de mareas predichas para el zona el día y mes en que se trabajó,
esto como consecuencia va a generar la corrección a realizar al cero del IGN, y
por ende resultará en nuestro cero para batimetrías, luego de realizados los
gráficos y análisis respectivos.
Las predicciones de mareas se calculan a partir de la serie temporal de
datos obtenida por los mareógrafos en años anteriores. Esta serie de datos es
ajustada por el método de mínimos cuadrados utilizando el algoritmo de
Foreman (Foreman, M.G.G., 1977).
Cuanto mayor sea la serie de datos obtenida, mayor será la precisión de la
predicción, ya que se cuenta con un número mayor de constantes armónicas. Sin
embargo la instalación y toma de datos con mareógrafos son procesos complejos,
y dado que normalmente existen pocas variaciones de mareas para localizaciones
relativamente cercanas, es posible predecir la marea de los puertos
secundarios (aquellos para los que no se dispone de constantes armónicas)
efectuando unas sencillas correcciones en las horas y alturas de los puertos de
referencia (para los cuales si se ha obtenido una larga serie fiable de datos del
nivel del mar).
I.4.3. Nivel del mar
En Costa Rica, mediante la Ley 6043 de 1977 Ley de la Zona Marítimo
Terrestre se definen dos niveles que son usados para la obtención de alturas de
mar, en el caso Pacifico 1.15 m.s.n.m. y en el caso del Caribe 0.20 m.s.n.m., al ser
un dato definido tácitamente mediante Ley, estos niveles deben ser respetados a
pesar que la misma ley u otra bibliografía no hace referencia a como se obtuvo tal
dato; a saber los niveles de donde fueron obtenidos; estos niveles de marea
fluctúan en dos niveles máximos, a saber pleamar y los mínimos bajamares.
Con base en lo anterior se desprenden algunos términos usados; por
ejemplo el nivel medio del mar, el cual es el promedio de las alturas entre las
alturas máximas y mínimas ocurridas en un lapso de 19 años. También el nivel de
xv
bajamares de sizigias, el cual es el promedio de las bajamares más bajas
ocurridas bimensualmente al tiempo de las sizigias, a lo largo de un lapso de al
menos un año. Usualmente, se consideran las dos más bajas ocurridas,
temporalmente, cerca de sizigias. Además el nivel de bajamares el cual es el
promedio de todas las bajamares ocurridas en un lapso de varios días y el nivel
medio de pleamares, también llamado nivel de pleamares ordinarias, que es el
promedio de todas las pleamares ocurridas en un lapso de varios días, este último
es usado para las definiciones de las cotas de elevación de 1.15 m.s.n.m., y 0.20
m.s.n.m. indicados anteriormente.
Para el caso de interés los conceptos de nivel medio del mar, nivel de
bajamares de sizigias y nivel de bajamares son los más importantes a tener en
cuenta ya que son los utilizados en la obtención del nivel cero, a partir del nivel
medio del mar, y que es con el cual se parte para hacer la medición batimétrica y a
partir de esta cota es la que se diseña las obras de infraestructura marítimas del
país y son los usados en la costa Pacifico y Caribe respectivamente.
Todos estos conceptos se deben enlazar con el tiempo de sizigias, el cual
es el tiempo de luna llena o luna nueva; las mareas de sizigias son las más
acentuadas porque Luna y Sol ejercen su atracción en una misma línea. Por lo
que este análisis del tiempo de sizigias es fundamental realizarlo para completar la
obtención del nivel cero de todo trabajo de Ingeniería Marítima, como veremos
más adelante.
I.4.4. Determinación del Nivel Cero
El datum utilizado para reconocer alturas o profundidades para aplicaciones
marinas es un datum vertical llamado “datum de nivel de agua”. Para los datums
derivados de las mareas, la mayoría son calculados sobre, o referenciados en,
períodos específicos de 19 años o épocas de datum de marea. El período de 19
años es importante debido a la modulación de 19 años de los componentes
lunares de la variación a largo plazo en el plano de la órbita lunar llamado la
regresión de los nodos lunares.
xvi
Para el caso de Costa Rica, en particular en el Pacífico Central, se ha
confeccionado un modelo para el cálculo del nivel cero que consiste en tomar el
cero proporcionado por el Instituto Geográfico Nacional como el cero del nivel
medio del mar, para después restársele 1.40 m., y así poder llegar al nivel cero de
bajamares de sizigias. Este dato de 1.40 m. nace a partir de estudios realizados
cuando se planificó la construcción del muelle de Puerto Caldera, según
personeros de la División Marítimo Portuaria.
Lo anterior es debido a que el nivel medio de mar, es usado para las
elevaciones continentales a partir de bancos de nivel proporcionados por el
Instituto Geográfico Nacional de Costa Rica, el nivel de marea obtenido a partir de
bajar 1.40 m., se debe a que este es el promedio de las mareas más bajas, o sea
bajamares de sizigias, el cual es el nivel usado para diseñar obras de
infraestructura portuaria, ya que con este nivel existe seguridad que siempre
existirá agua a la hora de atracar embarcaciones en los puertos del país.
I.4.5. Equipo de Medición:
Para poder hacer las medidas es necesario contar con equipo especializado
en este tipo de actividades. Se busca entrelazar equipo de medición de
profundidades con equipo de cálculo de posicionamiento, como por ejemplo una
ecosonda y un equipo GNSS diferencial, de aquí nace la necesidad de entender
más de estos instrumentos.
I.4.5.1 Ecosonda:
Es un instrumento que opera mediante ondas de sonido, usado para medir
la distancia existente entre la superficie del agua y el fondo marino, así como
objetos suspendidos en ésta o que reposan en el fondo.
xvii
El principio de funcionamiento de este aparato, se basa en transmitir fuertes
impulsos sonoros que envía el transductor para luego captar y clasificar los ecos,
en este caso con la finalidad de la obtención de profundidades.
El valor medio de la velocidad del sonido en agua dulce es de 1435m/s y de
1500m/s (valor estándar) para agua de mar. La salinidad, la presión y sobretodo la
temperatura son las variables que afectan en el valor real de la velocidad.
También cabe destacar que un pulso sónico enviado por el transductor,
llega al fondo, se refleja y es recibido otra vez por el transductor, por esta razón la
reflexión dependerá de la frecuencia emitida, del ángulo de incidencia y del poder
reflector del fondo. Los fondos duros son más reflectores que los blandos ya que
éstos son más absorbentes.
Los transductores son los equipos utilizados para la transmisión y la
recepción de los pulsos acústicos. Estos operan al convertir la energía eléctrica en
energía mecánica, es decir, los transductores convierten los pulsos eléctricos de
un generador de señal a vibraciones longitudinales que propagan en la columna
de agua como una onda de presión. Durante la recepción, recíprocamente, las
ondas de presión son convertidas en señales eléctricas.
Las ecosondas de monohaz se utilizan para los levantamientos
batimétricos en costa, así como en lagos y ríos, además de embalses,
actualmente también existen ecosondas multihaz; las cuales cuentan con un haz
de captura de datos más amplio que la ecosonda monohaz, lo cual ofrece muchas
ventajas, en cuanto a reducir tiempos de trabajo y aumento de precisión, ya que
estos equipos incrementan considerablemente el número de canales y la
complejidad del procesado de señal posterior, y por ende sus resultados.
Las ecosondas multihaz cuentan con muchas ventajas respecto a las
monohaz, pero el costo es mucho mayor, lo cual debe considerarse a la hora de
realizar esta inversión, además de la embarcación usada durante la adquisición de
los datos.
xviii
I.4.5.1.1 Ecosonda Monohaz:
Este tipo de instrumento electrónico tiene un transductor que genera un solo
pulso acústico (toda la energía acústica que se transmite está confinada a un solo
haz que tiene una forma parecida a un cono) que llega hasta el suelo marino, con
lo que no es posible obtener el cien por ciento de cobertura del fondo, siendo
necesario hacer líneas a cierta distancia para poder conocer los detalles del fondo
marino.
La ecosonda ayuda en la determinación de la profundidad, pero por si
misma no puede indicar exactamente en qué lugar espacial se encuentra;
anteriormente en los trabajos de batimetría la determinación de la posición
horizontal era más laborioso ya que se necesitaba de técnicas de ingeniería
topográfica tradicional, como por ejemplo, repeticiones y triangulaciones, libretas
de apuntes, dibujo en sitio, etc.
Figura 3. Ecosonda Monohaz.
Hoy día, con el gran avance tecnológico y con el desarrollo de los sistemas
de posicionamiento global a partir de los años ochenta por parte del ejercito de los
Estados Unidos de América, que fueron los que crearon la constelación Global
xix
Posicional System GPS el cual ha ido avanzando hasta hoy llegar a la red GNSS
por sus siglas en inglés (Global Navigation Satelital System), el cual cuenta ya con
varias constelaciones de satélites de muchos países, lo que ha brindado una
mejora sustancial en la definición de la posición horizontal, creando más técnicas
de ingeniería topográfica, facilitando la labor y haciendo de ella más accesible y
barata, esto facilita la labor ingenieril en estos días, brindando grandes beneficios
para la sociedad.
I.4.5.2 Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS)
El sistema GNSS consta de varias constelaciones de satélites de algunos
países para determinar la posición de cualquier objeto en el planeta; inicialmente
desarrollado por el Departamento de Defensa del gobierno de los Estados Unidos
de América, conocido comúnmente como GPS por sus siglas en inglés, Global
Navigation Satelital System, está formado por una constelación nominal de 24
satélites activos y 4 de reposición orbitando alrededor de la tierra emiten señales
de radio desde una altura aproximada de 20000 km. (Serpas, Ramírez y De
Obaldía, 2006), enviadas desde un satélite artificial en la órbita alrededor de la
tierra, en tiempo real, en todo clima, 24 horas al día y mundial, basado en el
sistema de posicionamiento tridimensional de base satelital absoluta. El nombre
completo del sistema es NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging
Global Positioning System) que significa Sistema de Posicionamiento Global
(GPS) para navegación por satélite con medición de tiempos y distancias
(NAVSTAR). El sistema, fue creado por el Departamento de Defensa de los
Estados Unidos de América, se maneja en la actualidad con la colaboración del
Departamento de Comercio. Este sistema permite determinar coordenadas
tridimensionales en cualquier lugar de la superficie terrestre (Hofmann-Wellenhof,
2001), donde el concepto del posicionamiento es simple la trilateración en el
espacio, (Hofmann-Wellenhof, 2001), además de poder ser usado para objetos
que se están en el aire y obviamente objetos en movimiento.
xx
Figura 4. Constelación GNSS.
Además de la red GPS, debe sumarse la red GLONASS, creado por la
Federación Rusa, la cual consistía igualmente de 24 satélites, reduciéndose a 8 en
el 2001,(Escuela SIRGAS, 2012, Universidad Nacional de Costa Rica), así como
también la Unión Europea con la red Galileo, y la constelación COMPASS la cual
fue creada por el gobierno Chino; estas constelaciones al estar unidas dentro del
sistema GNSS brindan un sistema robusto el cual ofrece más y mejores servicios
a todos los usuarios, civiles y militares; provocando un equilibrio geopolítico
gracias a la presencia de varios países dentro de este sistema. Recientemente
existen varios satélites de otros países u organizaciones con intención de unirse a
xxi
esta red GNSS dentro de los próximos años, con el objetivo de beneficiarse de
todos los servicios ofrecidos por esta red, además de brindar los propios.
Los Sistemas Globales de Navegación por Satélite son una constelación de
satélites que transmite rangos de señales utilizados para el posicionamiento y
localización en cualquier parte del globo terrestre, ya sea en tierra, mar o aire.
Estos permiten determinar las coordenadas geográficas y la altitud de un punto
dado como resultado de la recepción de señales provenientes de constelaciones
de satélites artificiales de la Tierra para fines de navegación, transporte,
geodésicos, hidrográficos, agrícolas, catastrales, civiles y militares además de
otras actividades afines. Actualmente ha incrementado su importancia comercial,
ya que la mayoría de dispositivos portátiles, a saber, celulares, tabletas,
computadoras, cuentan con enlace a esta red de posicionamiento global, lo que
brinda un nicho de desarrollo del comercio, ofreciendo bienes y servicios
fácilmente visibles dentro de estos dispositivos electrónicos por parte de todas las
personas del mundo.
Figura 5. Segmentos de medición GNSS.
Segmento Espacial
Satélites GNSS
Señal GNSS transmitida
Canales de Control GNSS
Segmento Usuario Segmento Control
Estaciones de Carga
de Datos
Estación de Control
Maestro
Estaciones Base
xxii
Este sistema de navegación puede proporcionar a los usuarios información
sobre la posición y la hora (cuatro dimensiones) con una gran exactitud, en
cualquier parte del mundo, las 24 horas del día y en todas las condiciones
climatológicas, aunque existen áreas en algunos países que son resguardadas por
fines de seguridad estatal, esto por contar con instalaciones militares, resguardo
de bienes; en estas áreas se hace incidir un error en las mediciones, o se realiza
un bloqueo en la recepción de medición para estas zonas.
Hay diversas maneras del hacer levantamientos por satélite las más
comunes dentro del ejercicio de la ingeniería son: FastStatic, Cinemático, PPK,
RTK, Stand alone (independientes).
I.4.5.3 Ajuste de observaciones en los procesos de medición:
El problema básico en toda red de medición geodésica es dar coordenadas
a cada uno de los puntos que la componen de manera precisa. Esto se logra a
través de la medición de observaciones entre los vértices considerando las
mediciones básicas para el cálculo de coordenadas, pero además, teniendo mayor
cantidad de observaciones de las geométricamente necesarias se logra conseguir
observaciones de control que redundan en los resultados finales mejorando la
exactitud; este proceso de efectuar mediciones, así como el de realizar cálculos y
análisis subsecuentes son tareas fundamentales de los ingenieros topógrafos.
Tomar mediciones necesita una combinación de habilidad humana y equipo
adecuado, sin embargo, no importa con cuanto cuidado se hagan, las mediciones
nunca son exactas y siempre tendrán errores. Los ingenieros topógrafos cuyo
trabajo debe realizarse bajo estrictas normas de calidad, deben conocer los
distintos tipos de errores, sus causas, sus magnitudes bajo diferentes condiciones
de trabajo, así como la manera de propagarse. (Wolf Paul, Brinker Russell, 2008).
El grado de inseguridad en las mediciones no se puede descartar por lo que
es de esperar que las mediciones estén afectadas de error. (Roldán J., 1988).
Existen tres causas por las cuales se comenten errores al efectuar mediciones, y
xxiii
se clasifican de la siguiente manera: naturales, instrumentales y personales. (Wolf
Paul, Brinker Russell, 2008).
Los errores naturales son causados por condiciones climáticas, los errores
instrumentales se deben a la construcción y al funcionamiento de los equipos, los
errores personales se deben a las limitaciones humanas (Wolf Paul, Brinker
Russell, 2008).
Los errores en las mediciones también se pueden clasificar en dos tipos:
sistemáticos y aleatorios. Los errores sistemáticos resultan de factores que
incluyen el medio ambiente, los instrumentos y el observador. Siempre que las
condiciones del sistema se mantengan constantes, los errores sistemáticos se
mantendrán asimismo constantes. Debido a que los errores sistemáticos tienden a
acumularse, en ocasiones se les llama errores acumulativos (Wolf Paul, Brinker
Russell, 2008).
Los errores sistemáticos se pueden calcular y es posible aplicar
correcciones apropiadas a las medidas (Wolf Paul, Brinker Russell, 2008), los
errores sistemáticos son removidos a través de calibraciones en los equipos y
reducciones en los datos que deben de realizarse antes de realizar un proceso de
ajuste. (USACE, 2002).
Los errores aleatorios son ocasionados por factores que quedan fuera del
control del observador. Las magnitudes y los signos algebraicos de los errores
aleatorios son consecuencia del azar. No existe manera absoluta de calcularlos ni
de eliminarlos (Wolf Paul, Brinker Russell, 2008). A pesar de lo anterior se pueden
deducir reglas en relación a la frecuencia con la que aparecen en series de
mediciones bastante grandes. (Roldán J. 1988).
En las técnicas usadas en la ingeniería topográfica se aplica el principio de
ajuste de mínimos cuadrados, esta herramienta es muy adecuada ya que define
un procedimiento matemático y estadístico muy consistente para encontrar las
coordenadas de puntos en una red. La condición que guarda es que la suma de
xxiv
los cuadrados de los residuos; los cuales son la diferencia entre los datos
observados y el modelo de mejor ajuste realizado, tiendan a un mínimo (USACE,
2002).
En el ajuste de observaciones medidas se puede dar el ajuste amarrado o
condicionado, en el primero el cálculo de coordenadas se amarran observaciones;
ángulos, direcciones, acimuts, desniveles ó vectores a puntos ó vértices fijos para
darles coordenadas a puntos nuevos usado comúnmente en los procesos de
densificación ó redes de apoyo. (Roldán J. 1988). Por otro lado se puede aplicar el
ajuste libre de traza mínima, total o parcial, donde no se consideran puntos fijos
sino que se busca analizar más bien la configuración y calidad de la red.
En ambos casos de ajuste se buscará como ideal observaciones
redundantes ó superabundantes, en otras palabras conseguir más observaciones
de las mínimas necesarias que sirvan de control adicional en los cierres usuales.
Esto es expresado como grados de libertad.
La Figura 6, muestra el porcentaje de área bajo una curva de distribución
normal que existe entre intervalos de residuos (errores= que tienen valores
positivos y negativos iguales. Estas desviaciones estándar, conocidas como sigma
(σ), definen los limites dentro de los que pueden esperarse que queden las
mediciones 68.3% de las veces. En otras palabras si una medición se repite diez
veces, podría esperarse que aproximadamente, siete de los resultados queden
dentro de los límites determinados por la desviación estándar de 1 sigma, e
inversamente, que 3 sigmas quedan fuera dentro de los límites de la desviación
estándar (Wolf Paul, Brinker Russell, 2008).
El error de 95% (2σ) es el más usado para trabajos de topografía; pero para
el caso de trabajos de RTK las mediciones alcanzan un valor de 1σ, (Wolf Paul,
Brinker Russell, 2008), que están dentro de la campana de Gauss y asegura la
calidad de los datos obtenidos.
xxv
En el ajuste se utilizan los valores de las elipses de confianza al 95% de
probabilidad que garantizan la calidad de los datos obtenidos.
Figura 6. Campana de Gauss, teoría de los errores.
Con base en esta figura se obtienen la probabilidad de exactitud de las
mediciones realizadas, lo cual nos brinda la certeza del trabajo realizado, así como
la fundamentación de la teoría de errores.
Este grado de probabilidad lo mostramos en la Tabla 1 en donde se tiene a
la izquierda el error estándar (σ), y a la derecha la probabilidad de exactitud de las
mediciones realizadas.
Tabla 1
Grados de exactitud y probabilidad de exactitud.
Error estándar (σ)
Probabilidad
1,00 68.2%
1,65 90%
1,96 95%
2,58 99%
3,00 99.7%
xxvi
I.4.5.4 Levantamiento por cinemático GNSS en tiempo real (RTK)
El tipo de levantamiento por RTK es una técnica en que los errores del reloj
del satélite y los errores asociados con la refracción de la ionosfera y troposfera
son eliminados. La corrección del rango de la fase se transmite en tiempo real por
el receptor de la estación de referencia a la estación móvil a través del protocolo
RTCM o a través de un formato apropiado del fabricante del receptor. DGPS usa
mediciones de fase en aplicaciones cinemáticas de precisión en tiempo real, tales
técnicas son denominadas RTK (Cinemática en Tiempo Real). El objetivo es
remover el tiempo de latencia o en la práctica reducirlo mucho (unos pocos
milisegundos).
Usando los receptores en el modo RTK, las medidas generadas en la señal
GNSS de la fase portadora son utilizadas para lograr exactitudes centimétricas.
La inicialización automática llamada OTF (On The Fly), es una
característica común de los receptores capaces del modo RTK, para el que ambos
sistemas de referencia y móviles necesitan al menos cinco satélites en común a la
vista simultáneamente.
Este tipo de levantamiento ofrece muchas ventajas para la realización de
levantamientos batimétricos en las costas, ya que en estas áreas existe poca,
vegetación en las playas, o se encuentran ocupadas por arenas, además de que
la embarcación que servirá de móvil no tendrá obstáculos que obstaculice el
enlace con la base en el terreno.
Todos los procedimientos topográficos dinámicos como el RTK emplean
tiempos breves de observación, el método cinemático en RTK se adhiere a todos
los principios tradicionales de los trabajos cinemáticos, pero produce resultados
topográficos de alta precisión instantánea. En consecuencia el operador conoce
mientras realiza la observación, la precisión con la cual determina las coordenadas
de los puntos que visita y tiene pleno control del trabajo que realiza.
xxvii
El sistema consiste en la definición de puntos de control en el sitio, para
después inicializar los equipos enlazándolos a esos puntos de control, con esto se
logra que todas las mediciones sean homogéneas y consistentes con la red de
control, así, con esto se logra un levantamiento de mucha calidad y en menor
tiempo ya que se abarca mucho terreno debido a la facilidad de la labor realizada.
Para obtener posiciones centimétricas precisas, el operador tiene que
inicializar el trabajo como mencionamos utilizando una base de trabajo, para luego
levantar los puntos utilizando al menos dos épocas (menos de 30 segundos).
Dentro de las muchas ventajas del levantamiento en RTK se puede mencionar:
No hay necesidad de intervisibilidad de las unidades móviles con los puntos
base.
Se realiza un levantamiento de detalles de los puntos levantados en tiempo
real, reduciendo al máximo la cantidad de errores
También produce resultados con el profesional en el sitio, con lo que si se
encuentran errores pueden ser corregidos inmediatamente.
Luego de realizada esta labor se procede a la instalación y comprobación del
buen funcionamiento de los equipos de medición de profundidad, si bien es cierto
la ecosonda realiza la medición de la profundidad del fondo marino; también
existen una serie de variables que deben tomarse en cuenta a la hora de la toma
de datos; por ejemplo efectos en el bote como cabeceo, influencia de mareas,
condiciones climáticas, etc.; por lo que es necesario tomar las previsiones de cada
caso a fin de hacer estos fenómenos lo menos perceptibles dentro de las medidas.
Por tal razón se vuelve necesario comentar otros instrumentos que también
forman parte de la instrumentación óptima para realizar trabajos de mediciones
batimétricas.
xxviii
I.4.5.5 Movimiento de la embarcación, el Sensor de Movimiento:
El logro de haber sido capaces de corregir las profundidades observadas y
su posicionamiento para el movimiento de la embarcación, es decir el
comportamiento (rolido, cabeceo, rumbo) y el bandeo fue un gran avance y logro
para la calidad y exactitud de los levantamientos batimétricos. Por este propósito
los sensores inerciales con un sensor de rumbo (usualmente un giro compás o
una válvula de flujo) o sensores inerciales con la integración de información GNSS
son usados para medir el comportamiento y el cabeceo de la nave de
levantamiento.
Figura 7. Sensor de Movimiento.
El comportamiento de una nave consiste de tres rotaciones en los tres ejes
ortogonales convencionales definidos para la nave. Desde aquí, el sistema de
coordenadas de la nave es definido como el sistema de mano derecha con el eje x
apuntando a la proa, el eje y apuntando al estribor y el eje z apuntando hacia
abajo. En el sistema de referencia el rolido corresponde a la rotación en el eje x (el
rolido es positivo cuando el estribor está abajo), el cabeceo corresponde a la
rotación en el eje y (el cabeceo es positivo cuando la proa está arriba), la guiñada
corresponde a la rotación en el eje z (la guiñada es positiva para la rotación en
sentido de las agujas del reloj); este aparato actualmente se encuentra
incorporado internamente dentro de la ecosonda.
xxix
I.4.5.6 Perfilador de la velocidad del sonido
Es el instrumento más común usado para la medición del perfil de la
velocidad del sonido a lo largo de la columna de agua. Este instrumento tiene un
sensor de presión para medir la profundidad, un transductor que realiza la
conexión entre la ecosonda y el computador, y un reflector que es el encargado de
recibir el regreso de las señales emitidas al fondo marino.
Figura 8. Perfilador de la velocidad del sonido.
I.4.5.7 El CTD (conductividad, temperatura y profundidad)
El CTD por sus siglas en inglés, conductivity-temperature-depth, es un
instrumento electrónico con sensores para la medición de la conductividad,
temperatura, y profundidad. Este instrumento registra la salinidad por la medición
directa de la conductividad eléctrica del agua de mar.
xxx
Figura 9. CTD.
Todos estos instrumentos sirven para corregir las variaciones que pueden
sufrir las mediciones realizadas debido a los cambios en las variables que mide,
durante el proceso de obtención de los datos ya sea por sedimentación, cambio de
temperatura, constitución salina logrando que esto se refleje en todos los datos
obtenidos en el sitio.
CAPITULO 1
2
Capítulo I: La División Marítimo Portuaria y el Ejercicio Liberal
1. 1. Análisis de la labor realizada por la DMP
Dentro de todo levantamiento batimétrico ya sea en áreas costeras,
desembocaduras de ríos, embalses o cualquier cuerpo de agua es de suma
importancia el objetivo de la medición a realizar, además de la precisión, exactitud
de la información necesitada del sector, sin olvidar los recursos con que se cuenta
para la realización del trabajo; todo esto idealmente debe ir en función de la Tabla
2 que proporciona la OHI la cual da la pauta para la llevar a cabo un
levantamiento batimétrico.
En su documento denominado “Normas de la OHI para Levantamiento
batimétricos S-44”, la que significa S del inglés standard and specifications, 44 de
la publicación especial número 44 de febrero de 2008, primeramente la OHI define
las precisiones, características y necesidades en las cuales se pueden clasificar
los levantamientos batimétricos; para después definir en su tabla denominada
“Guía de Procedimiento de Levantamiento Batimétrico” la estructura administrativa
y técnica de cómo llevar a cabo ese levantamiento batimétrico.
3
Tabla 2
Guía de Procedimiento de Levantamiento Batimétrico.
Orden Especial 1a 1b 2
Descripción de áreas Áreas donde la separación quilla-fondo es crítica
Áreas de profundidades menores de 100 metros donde la separación quilla-fondo es menos crítica, pero podrían existir rasgos de interés para la navegación.
Áreas de profundidades menores de 100 metros donde la sepa-ración quilla-fondo no se considera de interés para el tipo de buque que se espera transite por el área
Áreas generalmente más profundas a 100 metros donde se considera adecuada una descripción general del fondo marino.
Máxima incertidumbre total horizontal permitida 95% Nivel de confianza
2 metros 5 metros + 5% de profundidad
5 metros + 5% de profundidad
20 metros + 10% de profundidad
Máxima incertidumbre total vertical permitida 95% Nivel de confianza
a= 0.25 metros b= 0.0075
a= 0.5 metros b= 0.013
a= 0.5 metros B= 0.013
a= 1.0 metros b= 0.023
Búsqueda Completa del Fondo Marino
Requerido Requerido No requerido No requerido
Detección de rasgos Rasgos cúbicos > 1 metro
Rasgos cúbicos > 2 metros en profundidades hasta 40 metros; 10 % de la profundidad cuando ésta es mayor a 40 metros
No aplicable No aplicable
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Máximo espaciamiento recomendado entre líneas principales
No definido ya que se requiere una búsqueda completa del fondo marino.
No definido ya que se requiere una búsqueda completa del fondo marino.
3 x profundidad promedio o 25 metros, cualquiera que sea mayor, para LIDAR bati-métrico espaciamiento entre puntos de 5 x 5 metros
4 x profundidad promedio
Posicionamiento de ayudas a la navegación fijas y topografía de interés para la navegación (95 % de Nivel Confidencia)
2 metros 2 metros 2 metros 5 metros
Posicionamiento de línea de costa y topografía de menos interés para la navegación (95 % de Nivel Confidencia)
10 metros 20 metros 20 metros 20 metros
Posición media de ayudas a la navegación flotante ( 95 % Nivel de Confidencia)
10 metros 10 metros 10 metros 20 metros
La DMP en aras de velar por la seguridad de los buques de diferente calado
que arriban a todos los puertos del país, así como para darle el máximo de vida
útil a las obras de infraestructura instaladas; basa sus técnicas y procedimientos
en la tabla anterior; esto con el objetivo de que todos sus trabajos estén dentro de
los estándares de aceptación.
Tomando en cuenta lo anterior es que se realizó una serie de entrevistas a
esta división, con el afán de poder transcribir la labor que realiza esta división para
tomar de estas etapas las que sean de beneficio para la metodología a proponer.
A continuación se explica cada una de las preguntas realizadas en la
entrevista supra indicada, en palabras de los funcionarios de la DMP:
1.1.1. Planificación del levantamiento batimétrico, administración:
Como parte de las labores de la División Marítimo Portuaria se solicitan y
atienden las directrices emitidas por el Organismo Internacional de Hidrografía,
5
OHI, para poder realizar la planificación del levantamiento batimétrico en los
distintos puntos del territorio nacional de la siguiente manera:
a) De la precisión de los levantamientos batimétricos
Para estos trabajos, indican los funcionarios de la DMP, se requiere que los
mismos estén dentro del orden especial de 2m el cual se realiza para
posicionamiento de ayudas a la navegación fija y topografía de interés para la
navegación, esto porque el resultado final se utiliza en el atracadero de
embarcaciones además del diseño y control del puerto para futuras ampliaciones,
razón por la cual es necesario que el levantamiento batimétrico se realice con toda
la precisión y exactitud posible.
b) Equipo de trabajo
Para este ítem, la DMP tiene estructurada una cuadrilla con 3 funcionarios,
conformada por 2 Ingenieros Topógrafos, los cuales realizan todas las labores,
ayudados por un asistente, que van desde el traslado al sitio, así como la
planificación, captura de datos, procesamiento y entrega final, los profesionales se
encuentran debidamente colegiados y con todo el conocimiento para realizar estos
trabajos.
c) Control del trabajo
Esta cuadrilla supra indicada tiene dentro de sus responsabilidades la
organización y coordinación con las entidades portuarias y todos los entes que
resguardan el sitio de interés, esto para garantizar su seguridad, además de la
adecuada ejecución del trabajo en las mejores condiciones para no interrumpir las
labores portuarias.
De acuerdo con la DMP, dentro de esta planificación, la cuadrilla asignada
toma un día de traslado al sitio; al llegar se coordina con las entidades
competentes, a su vez buscan embarcación para la realización del trabajo, una
vez logrado esto se realiza el correspondiente armado, calibración, y revisión del
funcionamiento óptimo del equipos de medición.
6
d) Inspección preliminar
Añaden que como parte de los requerimientos de reconocimiento la
cuadrilla realiza una revisión inicial del sector en conjunto con los guardacostas y
funcionarios de puerto los cuales les indican si ha existido dragado, o algún
cambio significativo que deban tener en cuenta a la hora de realizar el trabajo para
que no se produzca un accidente, u omisión en la toma de la información del
levantamiento batimétrico.
e) Presupuesto y planificación
Para el caso específico de Puerto Caldera, indican los funcionario de la
DMP que esta división, cuenta con varios requerimientos para realizar todo este
tipo de trabajos, todas estas labores, se realizan como parte de un mantenimiento
al Puerto de Caldera, además de todas las obras de ampliación y control del
puerto para así darle toda la vida útil y aprovechamiento posible a la
infraestructura instalada.
f) Entrega final
Para concluir mencionan que en los trabajos realizados así como en todo
trabajo de ingeniería, se debe analizar la calidad de los datos, como también los
niveles de tolerancia, y una revisión minuciosa para que los software usados no
tomen en cuenta datos erróneos o fuera de la tolerancia de aceptación; todo se
entrega con las acostumbradas láminas de ingeniería, plantas, perfiles,
cubicación, etc.; todo en formato digital y/o análogo, según lo requerido.
Algo importante es la cantidad de información obtenida, la cual conlleva
archivos bastante grandes de información, por cuanta con un software adecuado
procesamiento, además de personal capacitado en la lectura de esta información.
1.1.2 Planificación del levantamiento batimétrico, ingeniería:
a) Establecimiento del control horizontal
Según lo indicado por los personeros de la DMP, para la realización de
cualquier levantamiento batimétrico primero realizan una recopilación cartográfica,
7
mapas, láminas de trabajo del sitio, así como toda la información concerniente del
sitio, a saber puntos de control o bancos de nivel que estén en el sitio, o se
solicitan al Instituto Geográfico Nacional de Costa Rica, esto para poder realizar
las labores en este sitio, enlazados al Sistema Nacional de Coordenadas.
b) Insumos usados en el proyecto
Aunado a la información que recopilan, según palabras de los funcionarios de
la DMP, para cada proyecto se tienen como insumo ortofotos del sitio, así como
fotografía aérea que es de gran ayuda para el control posicional y ayuda para ver
cambios en la línea de costa, como posibles obstáculos en la zona de
levantamiento; añaden que también se realiza una revisión del funcionamiento de
la ecosonda a usar, esta revisión se hace de acuerdo a instrucciones dadas por el
fabricante, además se puede realizar un chequeo manual por medio del plato de
calibración, así como los puntos de control vertical de salida del trabajo.
c) Criterio de sondaje utilizado por la DMP, definición de interlineas de
sondeo
La DMP establece líneas de medición para el levantamiento batimétrico aquí
definen líneas de sondeo con separaciones de entre 5 metros a 10 metros en
áreas de interés, en donde se requiere que se obtenga una precisión de entre
10cm a 20 cm del sondeo realizado, ya que, según su criterio, toda esta labor se
utiliza para obra civil, dragado, y movimiento de buques para la movilización de
mercadería de importación y exportación, por lo cual debe ser de esta forma.
También realizan líneas de control, las cuales se instalan transversales o
perpendiculares a las líneas base de sondeo, esto se realiza para chequeo donde
lo levantado con la ecosonda debe coincidir con la medida sobre la línea
transversal al volver a pasar por ese lugar, para estas se manejan rangos de entre
10 a 20 metros en áreas de detalle, y para zonas más profundas se instalan líneas
base de 10 a 20m. y las transversales con separación de entre 20m a 50m. entre
ellas.
8
d) Medidas de seguridad en la zona de medición
Este aspecto es de suma importancia, ya que todos los trabajos realizados por
la DMT, según lo consultado, se realizan en áreas en donde se encuentra
infraestructura portuaria, por lo que tener claro la identificación de naufragios y
obstrucciones es vital para llegar a buen término el trabajo de levantamiento
batimétrico.
Añaden además que cada uno de estos puertos en los cuales se realizan
levantamientos batimétricos, de manera constante realizan dragado en las
cercanías del atraque de los buques, esto para no perder el calado de buques, a
los que puede alcanzar dicho puerto, por lo que identificar las zonas hacia donde
se remueve el material es primordial para evitar cualquier accidente en las aguas
del mar.
Es por esto que como parte de la labor de los ingenieros a cargo, es
imprescindible que se realice un recorrido en bote por el área sujeta de medición,
además de una comunicación fluida con los personeros de guarda costas y el
personal portuario para la clara identificación de estos obstáculos en la zona de
medición.
e) Observaciones secundarias y para el equipo
De acuerdo a la DMP, las muestras de fondo marino son tomadas cada vez
que se llega a cada uno de los puertos del país, esto se realiza mediante
inmersiones en el mar, a la hora de realizar la calibración de equipos de sondeo;
debido a la experiencia de los ingenieros a cargo, estos conocen plenamente los
tipos de suelo en cada zona de levantamiento, por lo que algún cambio en el tipo
de suelo de fondo marino es analizada antes de cada levantamiento batimétrico.
Se hace una calibración del equipo antes y al terminar el levantamiento para incluir
esta información en la toma de datos recabados del levantamiento.
9
f) Coordinación del levantamiento
Como parte de la gestión para poder llevar a buen término este tipo de
trabajos, la DMP realiza en el sitio una coordinación con la administración
portuaria, así como de guarda costas, y demás involucrados para que se pueda
brindar el espacio para la realización de estos trabajos; con lo cual se evita la
instalación de boyas y luces en el área; además que se mantiene comunicación
continua por medio de radio con lo que se transmite cualquier comunicado de
emergencia, así como toda información de importancia para los ingenieros a
cargo.
1.1.3 Proceso práctico
La recopilación de la información aquí detallada se logró extraer gracias a la
cooperación dada por ingenieros de la DMP, en campañas de medición que se
llevaron a cabo en Puerto Caldera, además de varias sesiones de trabajo y
consultas directas en las oficinas del MOPT, con la participación de los mismos
ingenieros que llevaron a cabo las medidas de batimetría en Puerto Caldera.
Tal y como se puedo observar y con base en las consultas realizadas a sus
funcionarios, el proceso de levantamiento de batimetría que realiza actualmente la
DMP se basa en la planificación de levantamiento realizada en oficina, apoyado
en la experiencia y criterio de los ingenieros a cargo, además de los programas de
computadora usados, sin olvidar y reiterando la gran importancia que significa en
cualquier entidad la experiencia de sus funcionarios para el proceso de obtención
de datos en sitio que llevan a cabo es el siguiente proceso:
Aclaran los funcionarios de la DMP previamente que existen mediciones de
base, que son usadas durante todas las labores de medición y control de los
atracaderos en los cuales se realizan mediciones como por ejemplo se cuenta con
un banco de nivel (BN-2) en el sitio, así como una cota de elevación de 4.306
m.s.n.m. de referencia muy cerca del BN-2, los que son usados para toda la labor
en el sitio, y son tomados por buenos.
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Figura 10. Muelle de Caldera, Puntarenas, área de estudio.
El equipo usado durante estos trabajos de medición, por parte de la DMP es el
siguiente:
a. Sistema de Posicionamiento Satelital (GNSS), con 2 antenas
b. Ecosonda y Transductor
c. Sensor de Presión
d. Estadia
e. Plato de calibración
f. Perfilador de la velocidad del sonido
g. Computador de abordo (2 unidades)
Todo este equipo fue trasladado al lugar de medición, y fue el utilizado para
todos los requerimientos de la labor realizada de la siguiente manera:
1.1.4 Estudio de marea y vinculación de elevaciones
La DMP realiza un estudio de mareas, durante los días que dura el
levantamiento batimétrico, comúnmente 5 días, esto se realiza con el fin de
tener un datum de referencia en elevación para la batimetría.
Este datum de referencia es tomado durante el proceso de medición, y se
acerca mucho a la realidad; dependiendo del trabajo que se vaya a realizar,
con un mes lunar de lecturas fijas cada 15 minutos, es suficiente; por otro
11
lado 24 horas de lecturas también sirve para conocer un dato aproximado
del cero del nivel del mar, según indica la DMP.
Figura 11. Vinculación de la batimetría a las elevaciones en tierra.
Se coloca una estadia en un sector de profundidad conocida, definida por la
elevación del banco de nivel próximo (BN-2), esta estadia quedo ubicada de
forma que no quedará del todo sumergida, pero si tocando el lecho marino
y así poder hacer lecturas de marea en intervalos de tiempo determinados
(cada 10 minutos). Teóricamente la solución a este problema es mediante
una comparación gráfica de las observaciones sobre puestas en las
predicciones mareales para el día en específico y con base en ajuste visual
determinaron la diferencia de elevación.
Se coloca el sensor de presión para posteriormente hacer un chequeo entre
los datos recopilados por las lecturas de estadia y las lecturas del sensor.
12
Figura 12. Medición del cero del nivel de partida.
El equipo de medición se mantiene en sitio y funcionando durante todo el
proceso de toma de datos.
1.1.5 Armado del equipo
Se coloca los receptores de medición por satélite a estribor, ambos
separados alrededor de 2 metros utilizándose 1 como base y el otro como
móvil, desde el inicio al final los aparatos se mantienen midiendo sobre el
bote.
Instalaron la ecosonda a estribor sobre el mismo eje que los receptores por
satélite, solo que no sobre el mismo eje vertical pero si horizontal de
ninguno de los receptores por satélite, con un desplazamiento horizontal
medido e introducido en el software de medición.
Instalaron los computadores, uno para el timonel que guía el bote durante la
medición, y otro para el capitán que realiza la grabación de los datos según
se recorran las líneas de medición ya definidas en la planificación.
13
1.1.6 Calibración Ecosonda
Realizan la calibración de la ecosonda, esto lo llevan a cabo con un plato
de calibración que se baja en el fondo marino con un cable medido en el
cual se revisa que la profundidad que indica la ecosonda sea la misma que
indica el plato de calibración, y se realiza antes y después de cada jornada
de medición.
1.1.7 Planificación de la medición
Cargaron la planificación realizada en oficina en los computadores y
realizaron los recorridos por las líneas de medición predefinidas (líneas de
sondeo); estas las realiza el timonel, el capitán solo decide que datos
guardar, revisando continuamente la precisión y calidad de datos obtenidos
según lo que indica el computador de abordo que tiene a cargo.
1.1.8 Obtención de datos
La obtención de datos la llevan a cabo siguiendo las líneas definidas en la
planificación, tomando en cuenta que durante el recorrido no debe
excederse la velocidad de 6 nudos, aproximadamente 3m/s, ya que esto
agrega un error a la ecosonda por levantamiento de la proa, y con esto la
iluminación del haz de luz enviado al fondo marino. Los botes utilizados
comúnmente por la DMP son una barca de 3 x 1.5 metros de ancho, hasta
una de 6 x 3 metros de ancho.
Añaden que el modelo de velocidades se realiza al finalizar una medición
de corrección para la ecosonda en la cual se baja al fondo marino un
perfilador de la velocidad del sonido que realiza un modelo de la
propagación del sonido bajo el mar con base en las profundidades,
14
materiales en suspensión y composición química de las aguas para ser
introducido en el software usado para corregir los datos de profundidad
tomados por la ecosonda.
Según lo mencionado por los funcionarios de la DMP durante este proceso se
debe tomar en cuenta la cercanía a embarcaciones de gran calado, ya que esto
provoca una perdida en la señal de medición por satélite, que a su vez provoca
errores en la toma de información.
Por último realizan mediciones en intervalos de 10 minutos de la altura de la
marea, en la estadia indicada inicialmente, esto para la definición del cero marino,
que luego, según aclararon, será insertado en el modelo de medición del software
usado.
1.1.9 Post-proceso
Como parte de las labores propias de la DMP, luego de realizado la
obtención de datos en el sitio de interés, proceden a realizar un respaldo de toda
la información, en los computadores de la institución, además de que se guarda un
archivo siempre en el equipo usado en campo, para que sea consultado por los
ingenieros si fuese necesario durante el trabajo en la zona de interés. Este post-
proceso podría separarse en 3 procesos: Ecograma, Coordenadas, Planos
Finales.
1.1.10 Ecograma
El Ecograma, es la relación que se obtiene de graficar el recorrido del bote
en función de la profundidad obtenida por medio de la ecosonda. Este gráfico es
continuo desde el inicio de la obtención de datos, hasta el final, en donde los
ingenieros a cargo revisan de manera constante la correcta medición y que los
valores obtenidos de precisión y exactitud no excedan los límites de tolerancia
aceptados por la DMP.
15
Este Ecograma es un gráfico continuo que incluye todas las líneas de
medición del proyecto; así como los datos obtenidos producto del levantamiento
en el sitio; anteriormente esto se realizaba en un papel graficador, lo que
conllevaba a tener sumo cuidado en la medición que se realizaba; ya que se debía
indicar la línea de medición para no cometer un error a la hora de pasar esta
información a los datos puntuales de coordenadas norte, este y profundidad de
cada punto, para así obtener las líneas isobatas.
Figura 13. Ecograma, gráfico en papel.
Actualmente esta graficación se lleva a cabo en tiempo real en el
computador a bordo y el ingeniero a cargo debe tener la experiencia para revisar
la consistencia de los datos obtenidos y visualizados en el computador.
16
Figura 13. Ecograma, gráfico en computadora.
La información obtenida es analizada para que este dentro de la tolerancia
aceptada por la DMP para así obtener las coordenadas finales de la nube de
puntos del proyecto con lo cual se trabajara en los resultados finales del proyecto
y su entrega final.
1.1.11 Coordenadas
Luego de realizado el proceso anterior el ajuste realizado por el ingeniero a
cargo es revisado por otro funcionario de la DMP, con lo que se asegura el criterio
y análisis realizado, a la luz de la experiencia lograda por parte de todo el personal
de la institución; esto lo realizan ya que según comentan esta revisión dará el visto
bueno para obtener las coordenadas finales de los puntos levantados siempre
bajo las políticas de tolerancia de aceptación de obtención de líneas de ajuste y
aceptación de trabajos de batimetría que maneja la DMP:
20cm. es el rango de aceptación para líneas de medición, con lo que los
datos de la nube de puntos y la línea de mejor ajuste debe seguir esa
tolerancia para garantizar la precisión de la profundidad obtenida.
17
2m. en posición norte y este; esto es obtenido por medio del sistema de
posicionamiento global a bordo.
Se tiene por política además que si se buscan precisiones de un metro, se
obtengan puntos de orden de medio metro, para asegurarse la precisión
buscada.
Teniendo en cuenta estas consideraciones y en el análisis realizado por parte
de los ingenieros a cargo del proyecto, se procede a obtener un archivo del ajuste,
en el cual se dan las coordenadas en tres dimensiones (x, y, h), así como el
tiempo (t) para, de esta forma, tener la base del modelo digital del fondo marino,
con la que posteriormente se realizaran los planos y láminas de diseño definitivas.
1.1.12 Planos Finales
Para finalizar luego de crear la base de datos de puntos en tres
dimensiones, generan una malla de puntos que se utilizaran para obtener un
modelo digital del fondo marino, con el cual generaran las isobatas.
Este modelo de fondo marino se incorporara a la base de la infraestructura
y se montara sobre esta base topográfica que incluye la infraestructura portuaria,
lo cual es vital para analizar y gestionar todos los recursos del puerto.
Las láminas realizadas se revisan también por parte de la jefatura de la
DMP, y se da un aval final para darle conclusión a la labor y continuar con los
objetivos de la adquisición de la información, ya sea dragado, construcción de
nueva infraestructura o darle mantenimiento como debe ser a toda obra ingenieril.
A estas láminas además de toda esta información indicada anteriormente
se le agregan las notas respectivas de precisión, los responsables del
levantamiento y aprobación, así como el sistema de coordenadas usado y la
simbología usada por la DMP, así como el programa de cómputo usado para el
cálculo de los datos y las fechas de realización del proyecto. A manera de
resumen se presenta a continuación el siguiente esquema del trabajo realizado
por la DMP.
18
Figura 15. Esquema de trabajo de la DMP.
19
Observaciones:
Es necesario que existan puntos de control permanente, con antenas de
medición continua dentro de todas las obras portuarias del país, esto
porque mejoraría en gran medida los trabajos realizados, además de que
brindarían más información a los buques que van a atracar en los puertos
de nuestro país.
Puede mejorarse el control posicional (x, y), enlazando el levantamiento al
control en tierra para tener más consistencia y calidad en los datos
obtenidos.
Pueden colocar las antenas de recepción GNSS en el bote, al menos una,
sobre el mismo eje vertical de instalación de la ecosonda, esto para reducir
un poco más la posibilidad de errores durante el levantamiento batimétrico.
Es necesario que la DMP así como muchas instituciones del país puedan
generar normativa de las labores técnicas realizadas, esto para documentar
los procedimientos, normalizarlas, así como estandarizarlas; todo buscando
la excelencia y poder transmitir los conocimientos adquiridos con los años,
así como que puedan ser sometidas a escrutinio y técnicas de
administración de proyectos y con esto mejorar estos procesos.
Debido a la peligrosidad de este tipo de trabajos, se recomienda adquirir
seguro de riesgos de trabajo, además dar capacitaciones a los integrantes
de las labores de campo, todo con la intención de mejorar la calidad del
trabajo realizado en beneficio del país.
Para complementar lo anterior, es necesario contar con la experiencia de
los profesionales en ejercicio liberal de la ingeniería topográfica en este tipo de
trabajos, no solo por recoger su experiencia sino en aras de homogeneizar el
conocimiento y tomar lo mejor para elaborar la metodología a proponer; tomamos
esta decisión debido al auge de zonas turísticas de atraque, se han venido
realizando marinas y pequeños puertos basados en los trabajos realizados por
20
profesionales que trabajan de manera independiente, este es el motivo por el cual
se expone una entrevista realizada el Ing. Minor Guadamuz Chavarría, el cual
ofrece dentro de sus servicios este tipo de trabajo al público.
1.2 Levantamientos batimétricos de profesionales en ejercicio liberal
Además de la División Marítimo Portuaria, también los profesionales en
ejercicio liberal realizan estas labores como parte de los servicios que ofrecen al
público y empresas que desean desarrollar obras de infraestructura en áreas
costeras.
Se consultó al Ing. Minor Guadamuz Chavarría, agremiado al Colegio de
Ingenieros Topógrafos, carnet IT-4072, Ingeniero Topógrafo en ejercicio liberal, el
cual dentro de los servicios que ofrece levantamientos batimétricos en su empresa
a toda su clientela; con una experiencia constatable en un sinnúmero de trabajos,
como por ejemplo Marina Bahía Cocodrilo, Batimetría Dominicalito, Jaco, Playas
del Coco, Batimétricas Rio Sixaola, Madre de Dios, Barbilla, Rio Moín, entre otros.
Si bien es cierto, los profesionales dedicados a este tipo de trabajos son
muy pocos, esto debido a el costo de los equipos, además de las capacidades y
talentos con que se debe contar por parte del grupo de trabajo, además del riesgo
profesional a la hora de realizar esta labor, debido a la peligrosidad y coordinación
plena con todos los involucrados.
Así como en la DMP, los profesionales en ejercicio liberal siguen una rutina,
o pasos conocidos para la planeación de todo trabajo contratado de levantamiento
batimétrico, además como parte de su labor, los profesionales en ejercicio liberal
realizan toda la gestión para la realización del trabajo, lo que involucra una
logística y manejo de los recursos de la manera más eficiente, desde el traslado al
sitio, hasta el levantamiento a realizar, así como la seguridad y estadia de su
grupo de trabajo.
Así con base en lo anterior, se realizaron entrevistas con el fin de conocer
cómo se trabaja en el ámbito liberal este tipo de proyectos; se extrae de estas
21
entrevistas la siguiente información recopilada de la entrevista realizada al Ing.
Guadamuz:
1.2.1 Planificación de oficina
1.2.1.1 De la precisión de los levantamientos batimétricos
Para estos trabajos así como para todos los realizados, los aspectos como
precisión y exactitud son de vital importancia; esto define los costos,
equipamiento, así como el grupo de trabajo; por lo que dependiendo si el trabajo
es para diseño, mapeo, dragado, levantamiento de infraestructura se definen las
precisiones y exactitudes del trabajo a realizar, se aplica las normas OHI, ente
mundial que define la normativa en el levantamientos batimétricos y realización de
cartas náuticas.
1.2.1.2 Equipo de trabajo
Muchas de las labores a realizar en sitio son llevadas a cabo por parte de
personas especificas del grupo de trabajo, pero comúnmente el grupo de trabajo
sabe desempeñarse en todas las labores propias del trabajo, lo que brinda una
flexibilidad y versatilidad que ayuda a la mejor realización del proyecto;
comúnmente el grupo de trabajo está conformado por un Ingeniero Topógrafo
apoyado por asistentes en las demás tareas del proyecto, a saber, manejo de la
lancha, control terrestre, ecosonda, control de mareas, comunicaciones, por
ejemplo.
1.2.1.3 Control del trabajo
Como parte de todo proyecto y mucho más cuando se trata de control de
obras de infraestructura, se lleva una bitácora de la labor realizada y una completa
comunicación con los demás ingenieros a cargo; esto con el fin de manejo de
navíos, apertura de ventanas en el sector de atraque para continuar con los
levantamientos, o cálculos ingenieriles con base en los nuevos datos, además de
22
que ayuda para el cobro y pago de la cuadrilla destacada en el sitio, todo esto
también para continuar con toda la planificación del área en construcción.
1.2.1.4 Inspección preliminar
Es de suma importancia realizar una inspección previa al sitio de
levantamiento batimétrico, acompañado por los ingenieros, además de las
autoridades a cargo, esto para optimizar los recursos, así como planificar toda
labor atinente al trabajo. Esto como mencionamos anteriormente ayuda a saber el
equipo a usar, o si amerita otra recomendación debido a las condiciones del sitio,
o requerimientos del proyecto.
1.2.1.5 Presupuesto y planificación
Se realiza una planificación de gabinete, que incluye de forma más precisa
el trabajo solicitado, las características del sitio, así como el equipo a utilizar,
requerimiento de recurso humano, además del tiempo estimado para la labor,
hospedaje, características del lugar; con estos elementos se calcula de manera
más precisa el presupuesto del trabajo, lo cual ayuda a revisar el monto dado al
cliente o redefinir el cobro del proyecto.
Esta planificación crea una relación muy estrecha con el grupo de trabajo,
ya que es un trabajo de cuidado, riesgoso, y bastante costoso económicamente,
como técnicamente, por lo que algunas veces se lleva de manera metódica, con
labores planificadas por día, otras veces debido a las labores propias de áreas de
atraque, o riesgo inminente, se modifica pensando en la seguridad de las
personas encargadas de la labor, todo con el objetivo de entregar un producto de
calidad y que sea útil para todas las labores requeridas.
1.2.1.6 Entrega final
Normalmente luego de todas las labores se entregan tanto los datos crudos
del levantamiento, así como laminas del proyecto creadas; todo luego de
realizadas revisiones del trabajo, no solo por parte de los ingenieros en la oficina,
23
así como de los ingenieros en el sitio del proyecto; todas estas actividades hacen
que el trabajo en la mayoría de los casos sea del gusto de cliente.
1.2.2 Planificación Técnica
Al igual que en la planificación previa la cual se hace desde oficina, en la cual
se realiza una verificación previa de mapas, levantamientos, y demás información
que sea de utilidad para la realización del proyecto, además se coordina una visita
previa en la que se realizan trabajos complementarios; como pre visualización de
línea de costa, de bancos de arena, además detección de aspectos como
vegetación, marca de marea alta y baja, determinación de obstáculos como
árboles y otras características topográficas que serán de gran utilidad para todos
los fines del trabajo a realizar.
1.2.2.1 Establecimiento del control horizontal
Anteriormente todas estas labores se realizaban mediante levantamientos
topográficos en un sistema de coordenadas local; lo anterior debido a la falta de
un sistema de coordenadas robusto y de fácil acceso para los ingenieros a cargo
de estas labores; actualmente es posible realizar el enlace al sistema de
coordenadas nacional CRTM05 ya sea con puntos de control en el sitio con
coordenadas conocidas, o bien por medio de sistemas de posicionamiento global.
1.2.2.2 Insumos usados en el proyecto
Dentro del posicionamiento global es posible realizar el enlace en los diferentes
métodos de levantamiento como por ejemplo, estático, tiempo real, post-proceso,
y todas sus demás variables; esto crea seguridad que el trabajo se encuentra en el
sistema de coordenadas nacional. El establecimiento de estos puntos de enlace al
sistema de coordenadas nacional se realiza para complementar las labores con
aparatos para realizar control terrestre, como estaciones totales, nivelaciones, así
como control aéreo como es la toma de fotografías áreas así como fotografía
satelitales.
24
1.2.2.3 Criterio de sondaje, definición de interlineas de sondeo
Luego de definido este control de las coordenadas planas del sector de
levantamiento, se procede a definir las líneas de navegación que serán las que
definirán la profundidad del lecho marino, estas líneas se definen según el objetivo
del trabajo o la finalidad del trabajo que definirá la separación entre las líneas de
sondeo, que pueden ser de un ancho de separación de 50m para trabajos de
precisión baja o separaciones de 25m a 10m para diseños de obras de ingeniería,
Estas líneas como es bien sabido se definen de manera paralela a la línea de
costa y tomando en consideración los obstáculos y todas las condiciones
imperantes para el levantamiento batimétrico.
1.2.2.4 Medidas de seguridad en la zona de medición
Para todas estas labores, debe tomarse en cuenta la escogencia de la
embarcación, para la seguridad de la tripulación, teniéndose en cuenta que en mar
adentro debe usarse una embarcación robusta debido a la afectación de las
corrientes y el oleaje, cerca de la costa debe ser más rápida, más versátil debido a
la velocidad con que golpean las olas y también para maniobrar en caso de navíos
presentes en la zona de estudio, así como embarcaciones de mayor calado que
por tamaño y peso no pueden maniobrar de forma sencilla ante un obstáculo como
arrecife o lecho rocoso; teniéndose como un mínimo de unos 3 metros de eslora.
1.2.2.5 Observaciones secundarias y para el equipo
Ya a la hora de realizar la adquisición de los datos existen varios errores que
son considerados en el programa de manejo de los equipos, como el sedimento
en suspensión presente en el agua, además de las mareas, y los movimientos del
bote, así como temperatura del agua, densidad del agua, estas variables de
levantamiento no afectan a la hora de escoger la frecuencia la señal del laser de
levantamiento, escogiéndose comúnmente en 200mhz; los levantamientos que
hemos realizado han sido en su totalidad con ecosondas monohaz, pero esta
25
cumple con los requisitos para realizar trabajo de calidad y precisión de diseño e
ingeniería.
1.2.2.6 Coordinación del levantamiento
También, la instalación de boyas, o luces se vuelve un poco difícil de usar ya
que los muelles son dinámicos y no se puede detener la producción. En cambio se
pregunta por espacios (ventanas) para poder realizar la batimetría, y lograr así que
continúe la labor normal del muelle; a esta dificultad súmele variables como clima,
mes y hora, oleaje, viento, temperatura a la hora de calibrar, salinidad a la hora de
calibrar, lo que hace que la labor sea difícil y de mucha coordinación con muchas
personas y autoridades, por lo que siempre se debe mantener completa
comunicación con todos vía radio en todo momento del trabajo.
1.3 LEVANTAMIENTO Y RESULTADOS FINALES
1.3.1 Ecograma
El proceso de levantamiento se realiza de acuerdo a lo planificado, siguiendo
las líneas guía y haciendo el control con las líneas de chequeo, teniendo en
cuenta todos los factores mencionados, estado del tiempo, mareas, sedimentos y
demás elementos presentes en la zona que tengan influencia en la toma de datos.
Posteriormente en la oficina se obtiene el gráfico del Ecograma, el cual es
revisado, y aceptado según el criterio profesional del ingeniero a cargo, para luego
con base en este obtener las coordenadas finales del proyecto.
1.3.2 Nube de puntos
La nube de puntos obtenida de la captura de información es importante en la
labor profesional independiente, ya que en muchas ocasiones se pide densidad de
puntos por metro cuadrado, así que esta nube de puntos debe cumplir con lo
contratado en función del proyecto.
26
También, la nube de puntos sirve de respaldo del trabajo y la calidad del
trabajo realizado, además de que serán la base para la definición del contorno del
suelo marino, y es cuando en ocasiones una presentación preliminar al contratante
se hace necesaria para que se analice si existe satisfacción del trabajo o hay un
requerimiento mayor de información para beneficio del proyecto.
1.3.3 Coordenadas Finales
Una vez aceptado y revisadas las etapas anteriores se corrobora el enlace al
sistema de coordenadas establecido, ya sea local o nacional, ya que esto
asegurará la precisión del trabajo realizado y confirmará el uso que se le darán a
los datos entregados, ya sea dragado, diseño, y otros.
1.3.4 Planos Finales
Habiendo terminado esto, se entrega la data del proyecto, así como los planos
en físico para dar por terminado el requerimiento y el contrato por los servicios
profesionales, se acostumbra a entregar laminas impresas como seña de
conclusión del trabajo contratado, aunque la información se maneje de manera
digital o después se continúe en estrecha relación entre la oficina del profesional y
el cliente contratante.
La labor realizada por profesionales en el ejercicio liberal, o empresas privadas
dedicadas a dar este tipo de servicios a los ciudadanos se organizan de manera
muy rígida, entendiéndose rígido, por el hecho de que a veces muchas labores las
ejerce una sola persona, con esto, el proyecto se mueve en las tres etapas
explicadas pero estas siguiendo una logística muy apegada al proyecto y a veces
pasando de una a la otra ya que es muy poco el personal para realizar todas las
labores.
A manera de resumen se presenta a continuación el siguiente esquema de
la labor realizada por la parte del ejercicio liberal:
27
Figura 16. Esquema del trabajo de la empresa privada.
Comentarios
Así como en la labor realizada por la DMP el ejercicio liberal de la Ingeniería
Topográfica, y más en específico en el levantamiento batimétrico es que se
realizan los siguientes comentarios:
Los profesionales en ejercicio liberal podrían dar más espacio a la
planificación y a la administración de sus proyectos, esto para mejorar la
calidad de su labor, así como darle valía a su trabajo y darse más espacio y
28
reconocimiento, ya que en función de la organización y gestión de recursos
es como se le da seriedad a la labor realizada.
Aunque a diferencia de la DMP el ejercicio liberal muchas veces cuenta con
más y mejores equipos para este tipo de trabajos, también los profesionales
no cuentan con las medidas de seguridad idóneas, además del
comunicación con las instituciones que brindan seguridad
Para la labor de campo y debido que durante la época de consulta no estaba
realizando ningún trabajo para ningún cliente, fue materialmente imposible asistir a
un levantamiento realizado por la empresa privada consultada; si expresó su
forma de realizar estos levantamientos, y encontramos total similitud con lo
realizado por la DMP, esto en parte debido a que anteriormente laboró para esta
institución del Estado durante la época de 1990, lo cual le da todo un respaldo de
experiencia acerca del trabajo que realiza.
1.4 Otras Formas de levantamiento batimétricos:
Existen otras formas de realizar levantamientos batimétricos, que si bien es
cierto no se analizan dentro de este trabajo de graduación, deben al menos
mencionarse, ya que dentro de pocos años esta será la ruta a seguir para realizar
esta labor, no solo por la facilidad de realizarse sino también por la reducción en
costos, seguridad, así como debido a la implementación de nuevos satélites que
pueden realizar todas estas labores con ayuda de muy poco control en tierra.
1.4.1 Sensores aerotransportados en batimetría
Ha existido un gran avance en los últimos años en la adquisición de
información por medio de sensores remotos. Una definición formal y comprensiva
de la percepción remota aplicada es la adquisición y medida de datos y/o
información de alguna(s) propiedad(es) de un fenómeno, objeto o material por un
instrumento que no se encuentra en contacto íntimo con los rasgos bajo
29
observación. Las técnicas involucran una gran cantidad de ambientes: medición
de campos de fuerza, radiación electromagnética, energía acústica utilizando
cámaras, láser, receptores de radio, sistemas de radar, sonar, sensores térmicos,
sismógrafos, etc.
1.4.2 LIDAR (Detección de la luz y espectro)
LIDAR es usado para adquirir datos en áreas de difícil acceso, así como
riscos y zonas de peligro para la labor de campo; esta tecnología. LIDAR por sus
siglas en inglés (Light Detection And Ranging), este sistema también es usado
para el control de obras, levantamiento de zonas de desastre, además de
cartografía y formulación de proyectos en áreas pobladas.
El sistema LIDAR usa pulsos recibidos de dos frecuencias y la profundidad
del agua es determinada y medida en el tiempo que dura entre la transmisión de
un pulso y la señal que regresa detectando el fondo marino. Un pulso infrarrojo de
baja frecuencia es reflejado en la superficie marina, mientras un láser verde de
alta frecuencia penetra a través de la columna de agua y se refleja desde la
profundidad.
Por medio del análisis de estos dos pulsos es que se obtiene la profundidad
del fondo marino y la línea de costa y sus respectivas elevaciones. Dependiendo
de la claridad del agua, estos sistemas pueden obtener profundidades de
alrededor de 50m., siempre y cuando las aguas sean cristalinas.
1.4.3 Imágenes satelitales
Esta nueva forma de realizar la batimetría es una oferta para la realización
de estos trabajos y una alternativa que puede ser más efectiva y eficiente
especialmente en áreas de cuerpos de agua limpia. Las técnicas de sensores
remotos no son invasivas y particularmente atractivas para áreas remotas. La
aplicaciones de sofisticados procesos de satélites y imágenes aerotransportadas
en claro, nuboso o zonas costeras, permite una derivación de una exacta
topografía marina. Los productos de sensores remotos pueden servir como
30
fuentes de adquisición de información independiente en áreas inaccesibles o
pueden ser una combinación de métodos tradicionales en el sitio para generar una
gran variedad de capas de información.
La profundidad del agua es detectable, gracias a que al espectro de luz del
sensor remoto reflejado en las partículas en suspensión y que es modificado por la
columna de agua. Gracias a sofisticados algoritmos descomponen los efectos de
la longitud de la línea de navegación, reflejo del fondo, turbulencia del agua, y
otros, porque la señal no es exclusivamente asociada con alguno de estos
parámetros.
Las imágenes satelitales consideran las especificaciones del sensor,
además de la atmosfera, y la geometría de las condiciones de la toma de datos
también como otras variables técnicas. Las variables regionales como
propiedades del agua pueden ser integradas al proceso de las imágenes.
Dependiendo del tipo de los datos, la batimetría puede ser trazada y
generada desde diferentes resoluciones espaciales. Cualquier satélite
multiespectral de datos o imagen hiperespectral aerotransportada puede ser
usada para obtener información batimétrica. Dependiendo del sensor y sus
características y los parámetros ambientales tal como la claridad del agua o los
sólidos en suspensión, la profundidad del agua puede ser obtenida con 10cm de
resolución hasta una profundidad de 18m. Para asegurar estos resultados y
exactitudes, la fotogrametría satelital usa los últimos conocimientos científicos
aplicados a la ingeniería.
Con base en la información anterior, y en la puesta en órbita de diferentes
satélites para poder obtener estas imágenes y con ellas lograr estas exactitudes,
actualmente se ofrece resoluciones espaciales que van desde los 500m. a 300m.
hasta los 5m. a 1m., lo cual es importantísimo para lograr trabajos más rápidos y
eficientes.
31
De esta manera concluye el análisis de la situación actual de la DMP así
como del ejercicio liberal de este tipo de trabajos, igualmente mencionamos y
explicamos las nuevas tecnologías presentes para la realización de estas labores;
ahora con base en la experiencia y la normativa internacional vigente de la OHI se
propondrá la metodología y su aplicación de la siguiente manera.
CAPITULO 2
33
CAPITULO 2: Normas de la OHI
En el capítulo anterior se analizó la labor realizada por la DMT, así como la
realizada en el ejercicio liberal y otras técnicas de medición, se observan
similitudes y diferencias, el siguiente apartado explica y analiza cada uno de los
requisitos teóricos para la realización de levantamientos batimétricos según la
OHI.
El procedimiento de la OHI se resume en la siguiente tabla, esta se compone
de dos partes, la parte administrativa para todo proyecto de ingeniería y la parte
de ejecución del levantamiento:
Tabla 3
Guía para realizar un levantamiento batimétrico.
Guía de procedimiento para un levantamiento batimétrico.
Guía para la ejecución de un levantamiento batimétrico.
1) Requerimientos del levantamiento 1) Establecimiento del control geodésico
2)
Preparación de una especificación del levantamiento batimétrico (para incluir una revisión de los datos existentes) 2)
Método de control posicional y calibración de ¨navaids¨ (ayuda de navegación)
3) Envío a una unidad designada 3) Criterio de sondaje que incluya la política entrelíneas
4) Planificación del programa de esa unidad 4) Categoría de búsqueda de sonar
5) Evaluación de la tarea dentro de esa unidad 5) Datos y observaciones de mareas
6) Requerimientos de reconocimiento 6) Naufragios y obstrucciones
7) Ubicación de los recursos 7) Muestras del fondo marino
8) Planeación detallada del levantamiento 8) Observaciones oceanográficas
9) Estimación del tiempo requerido 9) Observaciones de las corrientes de mareas
10) Planificación final del programa y aprobación 10) Observaciones geofísicas
11) Relación con las autoridades externas 11) Línea costera y topografía
12) Planificación de la administración 12) Luces y boyas
13) Planificación diaria 13) Direcciones de navegación y perspectivas
14) Planes para la recolección y revisión de datos 14) Señales de radio
15) Planes para entrega de los datos; 15)
Observaciones secundarias (fotografía vertical, distancias medidas, líneas líderes, costa magnética, fenómenos naturales, etc.
16) Observaciones de pasajes
34
2.1 Guía de procedimiento para un levantamiento batimétrico
A continuación se explica cada uno de los puntos de la parte de la Guía para
realizar un levantamiento batimétrico de acuerdo con la Tabla 3.
2.1.1 Requerimientos del levantamiento:
Definir la finalidad que tendrá el proyecto, ya sea diseño, desarrollo de
obras de ingeniería, estudios físicos, estudios de mareas, etc. es primordial
ya que, de esta forma, definiendo el objetivo, se podrán tomar los caminos
necesarios para cumplir con las normas para levantamientos batimétricos
de la OHI. Mencionado lo anterior, los requerimientos del levantamiento
dependerán de lo que se vaya a realizar; estos requerimientos los define el
contratante; y se refiere lo la información que se vaya a entregar al terminar
el levantamiento. Es de esta forma que las especificaciones como tiempos
de entrega, ejecución, materiales para documentación, área de trabajo,
entre otras vendrán definidas en el contrato del proyecto a realizar.
En resumen tanto para la institución estatal, como para quien ofrezca los
servicios de levantamiento, se definirán la precisión, modalidad y
especificaciones del proyecto, dependiendo del objetivo como lo
mencionado anteriormente.
2.1.2 Preparación de una especificación del levantamiento batimétrico
(para incluir una revisión de los datos existentes):
En algunos casos los levantamientos batimétricos se vuelven a realizar en
el mismo sitio, con el fin valorar y cuantificar los cambios presentes en un
periodo de tiempo determinado. Lo importante en estos casos es contar con
toda la información necesaria para el arranque y enlace del nuevo
levantamiento con los anteriores, estos deben estar en el mismo sistema de
coordenadas, ya sea local o nacional, recomendablemente que los trabajos
estén posicionados en el sistema de coordenadas nacional. Además es por
35
este tipo de trabajos de control y monitoreo es que es necesario dejar
puntos de control fijo con coordenadas conocidas y cotas de elevación para
futuros análisis del sitio.
2.1.3 Envío de la unidad designada:
Dentro de la estructura de requerimientos técnicos de un proyecto en la
parte contractual se establece como debe estar constituida la cuadrilla que
debe llevar a cabo el trabajo. En caso contrario siempre es recomendable,
un ingeniero, un operador de equipo de abordo, el capitán de la
embarcación y un asistente de campo, como mínimo.
2.1.4 Planificación del programa de esa unidad:
Es necesario establecer los roles mínimos que tendrá a cargo cada uno de
los conformantes de la cuadrilla, esto no significa que estos roles sean
estrictos del todo, lo primordial es que el ingeniero a cargo esté al tanto de
quien hace cada acción y su desempeño. Definidos los roles se establece
el marco de planificación diario de lo se hará día a día.
2.1.5 Evaluación de la tarea dentro de esa unidad:
El ingeniero a cargo deberá velar por que el trabajo no se salga de los
límites de precisión y exactitud establecidos, por lo que se deben realizar
los chequeos de equipo y revisión de mediciones, así como el óptimo
desempeño de la cuadrilla; también como parte de la labor del profesional a
cargo es necesario llevar el control adecuado de los días de trabajo en
coordinación con sus superiores, como parte de la labor efectuada.
36
2.1.6 Requerimientos de reconocimiento:
En la mayoría de los casos se debe realizar una gira de inspección, esta se
aprovecha para establecer los puntos de pernocte, alimentación, así como
las horas de viaje hasta el sitio de la medición, así de esta forma se
optimizan los tiempos de realización del trabajo, así como costos y
beneficios de ir o estar en uno u otro sitio.
2.1.7 Ubicación de los recursos:
Los costos de cualquier proyecto de ingeniería mínimos a tomar en cuenta
se desglosan con base en el siguiente esquema:
Figura 17. Esquema de costos de un proyecto.
COSTOS
COSTOS DIRECTOS
MATERIALES
Materia Prima
Insumos
MANO DE OBRA
Sueldos y Salarios
Indemnizaciones
COSTOS INDIRECTOS
MATERIALES
Respuestos
Combustible
MANO DE OBRA
Choferes
Guardas
Supervisores
GASTOS
Alquileres
Seguros
Intereses
37
2.1.8 Planificación detallada del levantamiento:
No se debe entrar en detalles de, por ejemplo, donde se ubicaran los
puntos de control, sí no más bien se analiza cómo está el sitio y los posibles
sitios para ubicar los puntos de control, se observa la topografía, la
conformación vegetal, las posibles interferencias de cualquier tipo. No es
necesario realizar ninguna medida, pero si se ubican sectores de posterior
interés, ya sean rutas de acceso, sitios de atraque, además se observan las
mareas, rompientes de olas, obstáculos, es como realizar un mapeo mental
para organizar la parte técnica que procederá más adelante.
2.1.9 Estimación de tiempo:
Definida el área del proyecto, la precisión y el objetivo del trabajo, lo que
nos definirá la densidad del levantamiento, así como los tiempos de
desplazamiento y accesos; en función de esto, se elabora un estimado de
cuanto puede ser la duración del proyecto de levantamiento, es ideal sumar
tiempo por imprevistos, como por ejemplo el clima o aspectos burocráticos
como horarios.
2.1.10 Planificación final del programa y aprobación:
Es necesario realizar un programa esquematizado con los pasos a realizar,
lo fundamental que debe incluir el cronograma es:
a. Firma del contrato o fecha de inicio del proyecto
b. Gestiones administrativas y permisos
c. Visita de campo preliminar
d. Inicio de labores de campo
e. Periodo de cálculo y dibujo
f. Entrega parcial
38
g. Entrega final
Normalmente según sea el proyecto y su duración se realiza entrega de
informes o adelantos y revisiones parciales, de ser así esto también debe ir
estrictamente en el programa. Este programa debe ser aprobado por la
parte contratante y el contratado en caso de ser profesionales en ejercicio
liberal, o por el Jefe a cargo del proyecto en caso de ser una labor
Institucional.
2.1.11 Relación con las autoridades externas:
Cuando se realiza un levantamiento de este tipo en algunos casos es
necesario solicitar permisos de acceso al área de trabajo; en no todos los
casos sucede esto, ya que de ser levantamiento batimétricos en altamar,
difícilmente va a existir conflicto con sectores de uso público, como
atracaderos o puertos. Cuando se da esto último normalmente la misma
institución gestiona los permisos a fin de que el trabajo fluya sin
contratiempos. En este país los aspectos burocráticos tienden a hacer más
lentos los proyectos, por lo cual se vuelve indispensable gestionar cualquier
tipo de permiso con antelación y calendarizar estos tiempos para que no
interfieran o atrasen los proyectos. En esta parte principalmente se habla de
permisos de acceso y tránsito por propiedades privadas y permiso de
navegación en caso de atracaderos, marinas o puertos administrados por
terceros.
2.1.12 Planificación de la administración:
Dentro de la parte administrativa es necesario tener claro los roles que
desempeña cada integrante del equipo de trabajo; como se indicó
anteriormente, de igual forma es necesario establecer quien hace que
entregas, citas, reuniones, consultas dirección, viáticos y costos; todo con el
39
afán de que exista tranquilidad en todos los miembros del equipo respecto a
pagos, viáticos, y demás necesidades propias de todo proyecto.
2.1.13 Planificación diaria:
Es necesario definir hora de inicio, ruta de acceso, sitio de alimentación, así
como otros aspectos importantes de la logística del proyecto; las horas de
trabajo deben ser previamente analizadas con las condiciones de mareas
diarias y estado del tiempo o a partir de una tabla de predicción mareal, con
el fin de contar con un tiempo de trabajo óptimo. Lo mejor es no cortar las
medidas con el afán de poder concluir la toma de datos de un sector en
específico.
2.1.14 Planes para la recolección y revisión de los datos:
Es necesario determinar quién hace tarea en la recolección de datos, tanto
de abordo como en tierra, así como quienes serán los encargados de la
parte de cálculo, revisión, dibujo y entrega de toda la data obtenida en el
sitio.
2.1.15 Planes para entrega de datos:
Consiste en la coordinación relativa a lo que se debe entregar con respecto
a datos del proyecto, el formato de entrega, ya sea digital o físico, en caso
de ser digital el formato de entrega es decir que software podrá abrir dichos
archivos, así como la cantidades de entregas que se realzaran, ya sea
entregas parciales o únicamente una entrega final.
2.2 Guía para la ejecución de un levantamiento batimétrico
De igual forma como se realizó la parte anterior y siempre bajo la
estructuración definida en la (Tabla 3) de la OHI, se comentará cada uno de los
40
pasos definidos en el apartado de Guía para la ejecución de un levantamiento
batimétrico.
2.2.1 Establecimiento de control geodésico:
Teniendo en cuenta la configuración de cada equipo, sus frecuencias de
comunicación, constantes de medición y demás, ya que muchos de estos
aspectos dependen de la marca, fabricante y modelo, a continuación se explican
de forma general las formas más comunes para realizar levantamientos con
sistemas de medición GNSS para el establecimiento de los puntos de arranque; la
medición de puntos abordo se hace con un levantamiento tipo RTK:
2.2.1.1 Configuración rápida el inicio de medición con GNSS:
a. Levantamiento Fast Static:
Para este tipo de levantamiento se hoy en día normalmente se utiliza un
dispositivo GNSS que funciona como Base y otro dispositivo que funcionará
como Móvil.
a.1 Iniciación de la base:
Con el equipo instalado en posición y nivelado, confirmado que ya todo
está configurado, en el controlador de elige iniciar base.
Se le dan las coordenadas al punto donde se encuentra el aparato
estacionado, así como su nombre.
Se mide la altura de la antena.
Y se da ejecutar o iniciar, el dispositivo indicará que ya se encuentra
midiendo.
a.2 Iniciación del móvil:
Una vez confirmado que el equipo está configurando se elige medir
punto, se anota el nombre del mismo
Se mide la altura de la antena.
41
Y por último se elige medir punto, el tiempo de medición depende de la
configuración satelital del momento y la precisión pre-establecida.
b. Levantamiento RTK
Para este tipo de levantamiento se utilizará un dispositivo GNSS que
funciona como Base y otro dispositivo que funcionará como Móvil:
b.1 Iniciación de la base:
Con el equipo instalado en posición y nivelado, confirmado que ya todo
está configurado, en el controlador de elige iniciar base.
Se le dan las coordenadas al punto donde se encuentra el aparato
estacionado, así como su nombre.
Se mide la altura de la antena
Se establece el radio base y que hace la verificación que este encuentra
transmitiendo
Se da ejecutar o iniciar, el dispositivo indicará que ya se encuentra
midiendo
b.2 Iniciación del móvil:
Una vez confirmado que el equipo está configurando se elige medir
punto, se anota el nombre del mismo
Se introduce la altura del bastón que llevara el móvil
Por último se elige medir punto, el tiempo de medición es según las
preferencias de precisión.
Para todo tipo de levamiento con sistemas de medición satelital es necesario de
hacer una planificación de las jornadas de medición, donde se buscan las
efemérides del día, estado de la constelación satelital y otras variables, proceso
que no se discutirá en el presente trabajo.
42
2.2.1.2 Instalación de equipo:
El equipo consta de los siguientes aparatos de manera resumida:
Receptor y antena de posición por satélite.
Ecosonda, medición de profundidad
Computadora, control de la medición, y guía del proceso
Este equipo mencionado es un resumen de los aparatos que harán el
levantamiento de los datos del fondo marino, se debe de forma tal instalar para
mejores resultados o para que genere la menor cantidad de errores. Una manera
de corregir los errores por oleaje y el error de excentricidad es colocando la
antena del receptor GNSS en la misma vertical que el transductor (en la misma
línea y eje) y de esta manera se evitan hasta cierto grado estos errores.
Se instalan los equipos comúnmente a estribor de forma tal que estén seguros
y estables.
Figura 17. Ubicación de los equipos a estribor.
Dentro de los errores a la hora de la medición se encuentran los errores por
cabeceo, balanceo, y giro.
43
Figura 19. Corrección de error de navegación por “rumbo”
Por medio de las siguientes imágenes se explica la debida corrección de estos
errores.
Figura 20. Correccion por error de cabeceo.
44
Figura 21. Correccion de error por balanceo.
El error por giro del sobre el eje de la embarcación se corrige manteniendo
el bote en dirección del avance y sobre las líneas de medición trazadas
previamente y controladas por la computadora en el bote.
2.2.2 Método de control posicional y calibración, -Definición de puntos de
inicio.
Parte previa: Planificación del levantamiento:
A este proceso se le llama planificación y se puede llevar a cabo tanto en el
campo con la implementación de un software de navegación o en la oficina, según
la modalidad escogida.
2.2.2.1 Para batimetrías en zonas costeras:
Cota cero o nivel de referencia para la determinación del nivel del mar: a
partir de sensor de presión o a partir de un estudio de mareas se puede
saber este nivel.
Proceso
a. Sensor de presión
45
Este se coloca en para que haga mediciones continuas y así tener una
referencia de la columna de agua y su oscilación.
b. Estudio de mareas
Se coloca una estadia para que vaya leyendo la elevación del nivel de agua
de la marea y se coloca un observador para que vaya anotando los datos,
un modo rudimentario es elaborar una pequeña boya que suba y baje
dentro de un cilindro transparente para que sea más fácil de medir.
Junto a la información antes descrita se puede contar con los datos de
predicciones de mareas para el momento en que se vaya a realizar el
levantamiento, estos a fin de comparar con los datos obtenidos de mareómetro
y así determinar el cero mareal a partir de la comparación gráfica de estos
datos.
Proceso de nivelación: a partir de BMs conocidos de elevación del IGN se lleva
una nivelación hasta un punto de referencia para conocer su elevación y así
comparar con lo conseguido anteriormente, la idea aquí es encontrar la
diferencia entre los ceros de referencia y tener el datum de partida.
Figura 22. Nivelacion es el traslado de una cota de elevacion de un
punto conocido a un sitio de interés para conocer su elevacion en ese
punto determinado.
46
2.2.2.2 Para batimetrías en embalses, lagos o ríos:
Al pensar en estas zonas como en cuerpos acuosos sin afectación de
mareas, en la mayoría de los casos, la determinación del cero de referencia es un
poco más sencilla, ya que se puede partir de un Banco de Nivel de referencia
definido por el IGN, o definir un nivel de referencia local que pueda ser utilizado
para todo el proyecto y posteriores revisiones.
Establecimiento de un punto de referencia de coordenadas X y Y, a partir
de levantamiento con sistema GNSS estático se establece un punto con
coordenadas conocidas, lugar donde se estacionará la BASE del sistema GNSS
para hacer el posterior levantamiento RTK, del levantamiento en altamar. También
es posible establecer puntos de control a partir de levantamientos mediante la
metodología de levantamiento mediante GNSS en modo RTK o PPK, esto se logra
partiendo desde puntos de coordenadas conocidas (recomendablemente puntos
geodésicos de IGN). El punto base se mediría como punto de control, dándole
más tiempo a la medición pero siempre desde la modalidad de RTK.
Una buena práctica es hacer que ese punto sea coincidente con el de la
nivelación para no tener que trasladar más niveles, aunque no siempre es posible;
además es recomendable el establecimiento de puntos para control posterior, que
cuenten con coordenadas precisas que pueda ayudar en una posible obra civil
posterior.
En cuanto a la obtención de datos se programa el receptor GNSS para cada
medición a intervalos de tiempo definidos, esto para que la obtención de datos sea
de manera automática y no se vea afectado por los movimientos del bote.
47
En lo que respecta a la velocidad y como se menciona anteriormente, en la
medida de lo posible se trata de mantener una velocidad constante, situación que
se vuelve difícil principalmente en zonas costeras ello debido a la presencia de
corrientes y oleaje, así como viento y obstáculos.
Generalmente una velocidad óptima ronda los 15 km/h (alrededor de 8
nudos), pero no es una norma. A esta velocidad la turbulencia afecta poco a la
embarcación, por lo que se elimina la necesidad de realizar corrección por este
efecto, además a esta velocidad se estaría realizando mediciones de profundidad
aproximadamente cada 4 metros de desplazamiento. Pero hay que hacer la
salvedad que para zonas más cercanas a la playa o la orilla es recomendable
reducir la velocidad, a fin de no correr riesgos de accidentes o de encallado, a su
vez la disminución de velocidad producidora un aumento en la densificación de
puntos para estas zonas, una velocidad de 5 o 10 km/h, puede resultar favorable.
Por último, las velocidades cercanas a los 25 km/h pueden ser útiles para sectores
con corrientes con mucho arrastre, y una velocidad superior para cualquier
levantamiento batimétrico puede significar la obtención de información sesgada o
poco fidedigna.
2.2.3 Criterio de Sondaje que incluya política entre líneas.
Durante el proceso de planificación para determinar la ruta o rutas que
llevará la embarcación (líneas de sondeo) es bueno tener una idea de la extensión
del área a levantar, esta zona se puede tener de forma preliminar y sin contar con
precisiones buenas, ya que la idea es plantear el esquema de la ruta, y para esta
documentación la precisión no es punto determinante. Un punto importante del
porqué de hacer la planificación es hacer un mejor uso del tiempo de medición,
asegurándose de no dejar zonas sin medir y minimizar la medición redundante de
puntos, además de toda la planificación que conlleve el trabajo respecto a
48
obstáculos en la medición y otras dificultades a la hora de realizar la obtención de
los datos.
Figura 23. Determinación de las líneas de navegación.
Un aspecto primordial en esta etapa es que el esquema de planificación de
la navegación debe realizase a partir de coordenadas nacionales ya que esto
facilitaría su posterior manejo y entendimiento con el levantamiento batimétrico, al
estar ambos en el mismo sistema de referencia, en Costa Rica CRTM05.
Esta zona preliminar se puede determinar midiendo la zona con un
navegador de mano, los cuales en el mejor de los casos pueden llegar a tener una
precisión de ±3.0m. Otra forma es tomar las coordenadas georeferenciadas de las
ortofotos con que cuenta el país (se pueden leer coordenadas del SNIT o comprar
la fotografía en Registro Nacional). Y la última forma recomendada para llevar a
cabo este pre-análisis puede ser tomando las coordenadas de una hoja
cartográfica georeferenciada que se puede conseguir en el IGN.
49
Es importante acotar que cualquier insumo utilizado en esta parte se puede
volver a utilizar como parte de la presentación del proyecto, por ejemplo las
ortofotos o las hojas cartográficas, son un bueno aporte de fondo a la hora de
realizar un informe final de resultados.
Una vez definida el área de estudio se procede a definir la líneas de
sondeo, aquí se buscarán las rutas óptimas para mejor desempeño de
levantamiento. También se puede definir líneas para la elaboración de perfiles
topográficos en sitos de especial interés. A partir del objetivo del levantamiento así
será la separación entre las líneas de sondeo, ya que el uso que se le dará a la
batimetría realizada, como se menciona anteriormente, define la precisión y esta a
su vez la separación entre las líneas de sondeo. La extensión será según el área
de interés, al igual que la longitud de los perfiles, en caso de que sean requeridos.
Otro aspecto importante es que la precisión requerida es directamente
proporcional al costo del proyecto, a mayor precisión mayor costo, esto se debe a
que es necesario contar con equipo más preciso, líneas de sondeo más cercanas,
más tiempo en la embarcación y más tiempo en el proceso de cálculo de
resultados, etc.
Una vez en la embarcación, el proceso de medición es básicamente
automático, la computadora de abordo indica la ruta que se definió mediante las
líneas de sondeo, se van siguiendo las mismas en la medida de lo posible ya que
puede existir factores externos que imposibiliten seguir del todo este plan, es muy
importante tomar en cuenta la duración de las baterías para determinar el tiempo
de medición que se está navegando, una práctica común es contar con baterías
externas de alto rendimiento para evitar posibles descargas.
El levantamiento continua recorriendo cada una de las líneas de sondeo
definidas, además de las líneas de control que servirán para chequeo propio del
levantamiento realizado; al mismo momento se está midiendo la estadia, o la
obtención de el gráfico por medio del sensor de presión en tierra durante el tiempo
50
de levantamiento del bote, esto para incluirlo al modelo, a la hora de graficar los
datos al finalizar y procesar los datos.
2.2.4 Categoría de búsqueda de sonar
2.2.4.1. Calibración del equipo batimétrico:
a. Calibración del sonar mediante el plato de calibración.
Al iniciar el proceso de medición, es necesario realizar varias calibraciones
al equipo de medición de profundidad. Mediante las frecuencias de la
ecosonda se calibra el sonar de forma que la profundidad que indica el
plato de calibración sea la misma que la que indica el sonar. La técnica es
ir sumergiendo el plato de calibración, el cual es una estructura circular de
metal de un peso razonable para ir bajando en el agua, este se baja
mediante una cuerda graduada con distancias conocidas (1m, 2m, 5m,
10m, etc.) y a su vez se va sumergido la sonda y se verifique que las
profundidades indicadas en ambos sistemas sean iguales.
Normalmente las frecuencias altas (alrededor de los 200Mhz) son
utilizadas para el alcance de los datos del “primer fondo” con que se
devuelve la señal. Frecuencias de bajas de alrededor de los 40MHz se
utilizada para “pasar” el primer fondo y llegar a un subfondo esto aunado a
la implementación de filtros para medición nos da como resultado grosores
de capas de sedimentos u otros materiales. Es necesario que tanto el
transductor y la ecosonda tenga la misma frecuencia de comunicación
definida para que exista paridad entre ellos
Las frecuencias de las ecosondas batimétricos son típicamente:
• Aguas con profundidades menores de 100 metros: frecuencias mayores
que 200 kHz;
51
• Aguas con profundidades menores de 1.500 metros: frecuencias de 50 a
200 kHz;
• Aguas con profundidades mayores de 1.500 metros: frecuencias de 12 a
50 kHz;
Las frecuencias de las ecosondas de sedimentos están por debajo de los
8 kHz. (Bureau Hidrográfico Internacional, 2010).
b. Calibración del Perfilador de sonido y sensor de movimiento
Para poder calibrar el Perfilador de sonido y la Ecosonda el cálculo a
realizar por el perfilador de sonido se fundamenta en las relaciones del
sonido en cuanto a temperatura y conductividad (tiempo de viaje). Los
datos del perfilador se contraponen contra los datos de profundidad
obtenidos (𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜) por la ecosonda, en caso de existir
diferencia entre los resultados se calibra la ecosonda.
Sensor de Movimiento: La posibilidad de corregir los errores generados a
la hora de obtener información posicional y profundidad sumado al
movimiento de la embarcación se debe a la implementación de los
sensores de movimientos en dichas naves. Los errores rolido, cabeceo,
rumbo y el bandeo puede ser solventados mediante sensores inerciales
integrados al sistemas GNSS, ya que estas variantes son medibles
mediante este sistema. De aquí nace la recomendación de trabajar con
integración de sistemas GNSS y sensores de movimiento en
levantamiento diferencias DGPS y bajo la modalidad de medición RTK, al
programar el sistema de esta medición se abre la posibilidad de corregir
estos errores al momento de su suceso.
Entendimiento GNSS-Ecosonda: protocolo NMEA 0183, por las siglas en
inglés de Asociación Electrónica de la Marina Nacional de los Estado
Unidos de Norteamérica, es un lenguaje de intercambio de datos y
52
comunicación entre equipo GNSS y aparatos de medición marina, es de
tipo estándar para la recepción y emisión de datos para batimetrías con la
que prácticamente todos los equipos de tipo cuenta.
El equipo en conjunto se puede programar para que mida datos de tipo (x,
y, z, h) –h profundidad- además de tiempo (t), y temperatura según sea lo
que se vaya a medir, entre otros, los primeramente mencionados son los
más utilizados.
2.2.5 Datos y observaciones de mareas:
En lo que se refiere a la información adicional necesario para llevar a cabo el
levantamiento, es de suma importancia la utilización de datos mareales. Los datos
mareales consisten en predicciones de tablas de mareas. Estas tablas dan a
conocer la predicción de las pleamares y bajamares, expresado gráficamente con
altura contra tiempo y su variación diaria. Esta información la provee el Instituto
Meteorológico Nacional, y los datos son utilizados para la comparación entre los
datos de esta tabla con los obtenidos en el estudio de marea realizado en el sitio.
2.2.6 Naufragios y obstrucciones.
Cuando se realizan levantamientos batimétricos una de las finalidades puede ser
obtener el detalle un naufragio en cierta zona, pero a su vez si la finalidad en
determinar la conformación del suelo marino un naufragio puede convertirse en un
obstáculo. Es por ello que dentro del proceso de planificación se analice la
existencia de naufragios y obstrucciones que puedan afectar el resultado del
levantamiento o haga necesario la variación de la ruta de navegación.
Existe la posibilidad que estos obstáculos sean visibles a simple vista o no. En
caso de existencia de obstáculos se puede realizar un levantamiento previo o
caracterización del obstáculo cuando se está llevando a cabo la determinación de
la zona de sondaje a trabajar. En caso de ser obstáculos que no son visibles y que
53
no afecta la navegación estos serán descubiertos hasta que se concluya el
proceso de cálculo.
El hidrógrafo debe establecer la menor profundidad por encima de los naufragios y
obstrucciones y la próxima guía puede ayudar a decidir el método de exploración,
es decir, obteniendo la menor profundidad. Cualquiera sea el método empleado, la
opinión del hidrógrafo acerca de la exactitud la menor profundidad obtenida es de
vital importancia y debe declararse en el Informe de Estudio. Si una menor
profundidad no se logra, la exploración todavía debe producir las
recomendaciones positivas con respecto a la exactitud probable de la profundidad
obtenida y su futuro en la carta.
El proceso exacto de registro de los naufragios es una tarea que consume tiempo.
El establecimiento de un procedimiento a prueba de errores en el principio salvará
de confusiones o de errores posteriores. La posición y detalles de naufragios
individuales pueden aparecer en varios documentos y se necesita gran cuidado
para asegurar que estos registros son consistentes y correctos.
2.2.7 Muestras del fondo marino
Para casos como proyectos de dragado o estudio de sedimentaciones entre otros,
es necesario realizar toma de muestras del fondo marino,
El fondo marino está formado por rocas de varios tipos colocados en muchos
lugares por sedimentos sin consolidar de dos fuentes principales:
Los materiales lavados por las masas de la tierra adyacente o de la erosión
del propio fondo marino;
54
Sedimentos biológicamente producidos que están formados de los
productos decadentes animales o vegetales con bases oceánicas.
Sedimentos según tamaño: lodo, arena, grava, roca
Las muestras del fondo marino pueden ser obtenidas por una variedad de medios,
los más comunes son:
• Escandallos
• Cangilón
• Extractor de almeja y cucharones
• Toma testigos
• Draga
• Buzos
• Operación de vehículos remotos (ROV) y sumergibles;
• Muestreo basado en la oportunidad (Ej.: desde las anclas)
(Bureau Hidrográfico Internacional, 2010).
De ahí que es necesario tomar en cuenta en el proceso de levantamiento si es
necesario realizar toma de muestras del fondo marino a fin de programar el tiempo
adecuado para realizar dichas mediciones, sea cual sea el medio de recolección
es un tema que se menciona a fin de preverlo pero que no es un tema realizado
por el ingeniero topógrafo.
2.2.8 Observaciones Oceanográficas:
Consiste en el estudio del estado oceanográfico tomando distintas variables de
tipo físico como: corriente, salinidad, temperatura, etc. La mayoría de estas
observaciones son con el fin de analizar aspectos como cambios climáticos,
cambios en los ecosistemas o procesos bioquímicos marinos. Desde esta
perspectiva la recolección de información se debe llevar a cabo tomando estas
variables antes mencionadas, agregando al proceso de medición estos aspectos
sumados a los comúnmente recolectados como son, la posición y profundidad. Al
55
igual que las observaciones de las corrientes de mareas y observaciones
geofísicas no son parte del presente estudio pero se explicará el concepto de
forma general.
2.2.9 Observaciones de las corrientes de mareas:
Las corrientes marinas son movimientos de agua en el océano que perduran
durante un tiempo prolongado, a diferencia de las olas y las turbulencias, y se
extienden a lo largo de una región de gran tamaño. Ellas son provocadas y
modifican su dirección a lo largo de los litorales por las influencias eólicas o por las
fuerzas de gradientes de presión (densidad y temperatura) en el agua misma —
pero también como los vientos— por la fuerza desviadora de la rotación de la
Tierra (principio de coriolis).
La investigación de las corrientes marinas es importante por distintas razones:
Ellas ocasionan los transportes de calor y materias y se encargan de distribuir los
nutrientes (esenciales para la fauna y flora marinas) y los gases (CO2) y
sustancias tóxicas.
Espacios naturales de Latinoamérica: Desde la Tierra del Fuego hasta el Caribe,
Axel Borsdorf, Carlos Dávila, Hannes Hoffert, Carmen Isabel Tinoco Rangel, 2012
2.2.10 Observaciones geofísicas:
Las especificaciones del levantamiento deberían detallar cuales son las
observaciones geofísicas que se requieren, pero generalmente las observaciones
magnéticas y de gravedad pueden tomarse conjuntamente con la batimetría. Las
especificaciones del levantamiento cubrirán con detalle la línea de separación. Si
las anomalías magnéticas están graficadas, planee observarlas y repórtelas.
Planifique las observaciones magnéticas en tierra si se ordena en las
especificaciones del levantamiento (Bureau Hidrográfico Internacional, 2010).
56
2.2.11 Línea costera y topografía:
Como parte de la parte de los levantamientos previos, se deben establecer puntos
de referencia para control y amarre del proyecto. Normalmente estos puntos se
monumentan de forma que puedan resistir el embate del tiempo, clima o actividad
humana, con la idea que se pueda utilizar cada vez que sea necesario. Estos
puntos o bases, deben de contar con su respectiva ficha técnica definiendo sus
coordenadas, elevación, nombre y referencias a puntos fijos para su posterior
ubicación.
Una vez establecidos estos puntos, se pueden realizar trabajos de topografía de
campo a partir de estos puntos, de forma que los trabajos estarían referidos al
mismo sistema de coordenadas. Trabajos como levantamiento de curvas de nivel,
levantamiento de detalles y demás que sirvan para complementar el trabajo de
batimetría, en especial para proyectos como marinas o atracaderos. Bajo esta
perspectiva se haría el levantamiento detallado de la línea de costa, esto porque
es una zona donde una embarcación no puede acceder si las condiciones no son
óptimas.
2.2.12 Luces y boyas:
Es posible encontrar boyas en altamar cuando se realizan levantamientos
batimétricos, no así en lagos o embalses, situación similar a luces, pero
normalmente estas se encuentra algunos kilómetros mar adentro, desde esta
perspectiva levantamientos de poca escala es difícil encontrar estas marcas, sea
cual sea la situación estos objetos puede ser fácilmente ubicados con el sistema
GNSS, al estar trabajando en tiempo real (RTK), por lo cual no es un tema crítico,
2.2.13 Direcciones de navegación y perspectivas:
Establecidas las líneas de sondeo en el proceso de planificación la embarcación
buscaría seguir estas direcciones, situación que no siempre se cumple por lo
indicado anteriormente referente a obstáculos y naufragios, es por ello que se
57
debe tomar en cuenta que pueden existir variaciones en las rutas de navegación
que son de tipo imprevistas.
Desde la perspectiva de duración, teniendo en cuenta las rutas de navegación, las
velocidades recomendadas, obstáculos, estado climático, se puede dar un
estimado de duración que puede llevar a cabo hacer todo el trabajo batimétrico.
Material adicional como fotografías, mapas y cartas náuticas son de gran utilidad
en esta etapa.
2.2.14 Señales de radio:
En caso que se vaya a mantener algún tipo de comunicación mediante la emisión
de ondas de radio, o que se cuenta con información que es emitida por ondas
radiales es de suma importancia revisar la calidad de la emisión de estos.
2.2.15 Observaciones secundarias:
Cualquier otro tipo de observación o levantamiento adiciona que se va a realizar
según los requerimientos del proyecto, medición de distancias, linderos,
mediciones magnéticas y gravimétricas, etc.
2.2.16 Observaciones de pasajes:
Se refiere a cuando exista la necesidad de levantar puntos bajo puentes, muelles,
cuevas que puedan hacer que la señal del sistema GNSS pueda perderse, son
aspectos que se toman en cuenta a fin de planificar su medición.
Sin estar específicamente mencionado en la Tabla 3 anterior de la OHI, una vez
que termina el levantamiento batimétrico se procede a la parte de cálculo, análisis
y dibujo.
58
2.2.17 Cálculo, análisis y dibujo.
2.2.17.1. Descarga de datos: este punto se procede a descargar los datos
de las medidas realizadas.
2.2.17.2. Exportando los datos de la medición: debido a la gran variedad
de programas para cálculo, diseño y dibujo digital existente, la mayoría de
software proveen distintas herramientas para la exportación de datos, así
como distintos formato. Se puede elegir formatos de tipo shape para su
posterior manejo en software de sistemas de información geográfica, así
como archivos tipo dwg para su manejo en AutoCAD©, o archivos de
formato de texto o de hojas de cálculo (.txt, .csv, .xls) según el gusto y la
necesidad.
2.2.17.3. Obtención de datos: es inevitable la pérdida de algunos puntos y
su debida profundidad, debido a la gran cantidad de mediciones realizadas.
Desde una vista general de todos los puntos medidos se puede determinar
cuáles puntos no cuenta con las precisiones deseadas así como puntos
donde el GNSS no pudo realizar la medida.
2.2.17.4. Procesado de datos y dibujo: Según las especificaciones del
trabajo realizado así serán los datos que se entregaran, normalmente para
la propuestas de marinas o atracaderos turísticos se acostumbra a entregar
láminas de isobatas, para dragados se acostumbre entregar láminas de
comparación de depósitos de sedimentos o cual sea el caso, hecho por el
cual no se trata el tema en específico, más bien se hace de conocimiento
que normalmente una vez con la nube de datos se procede a la depuración
de puntos que puedan generar error fácilmente detectables ya que el
informe del GNSS indica cuales puntos son débiles o del todo están mal,
después se procede cálculo y dibujo de láminas en distintos software de
dibujo por computadora y realizar el informe final junto con memoria de
cálculo a entregar.
59
Comentario
La OHI por ser el organismo rector a nivel mundial y ser una entidad
investigadora, dentro de su esquema de levantamiento batimétrico, propone el
análisis de muchos tópicos que se escapan de un trabajo solicitado a un
profesional en ejercicio liberal, o bien para una empresa que brinda servicios de
ingeniería topográfica, también se debe tener en cuenta que la propuesta de la
OHI es una norma general y que engloba de manera completa el levantamiento
batimétrico desde una óptica de la investigación, por lo cual dentro de su esquema
de trabajo algunas cosas son difíciles de realizar en función de los tiempos de
entrega y alcances de un trabajo contratado.
CAPITULO 3
61
CAPITULO 3: Metodología Propuesta
Con base en todo lo anterior y sintetizando lo expuesto hasta el momento, de
donde se extraen dos metodologías muy similares, la primera por parte de la DMP
y la segunda por parte del Ing. Guadamuz, aunado a la Tabla 3 de referencia
propuesta por la OHI, explicada paso a paso cuidadosamente se realiza el
siguiente esquema que describe de manera resumida los pasos a seguir dentro de
la metodología planteada, ubicándolos en 4 grandes áreas, a saber
Guía de tramitológíca; resumen de trámites previos.
Guía de Levantamiento; resumen de metodología de levantamiento.
Procesamiento; cálculo de los datos obtenidos.
Revisión; revisión y visto bueno del proyecto.
A continuación el respectivo esquema para mejor comprensión de lo expuesto
hasta el momento, dividido en dos partes, y en cada una esboza las etapas de
tópicos anteriormente mencionados.
La OHI define los parámetros para la realización de levantamiento batimétricos de
una manera muy detallada, englobando aspectos más allá de levantamientos
batimétricos, como son observaciones oceanográficas u observaciones geofísicas
entre otras, pero de manera general sin tomar en cuentas las condiciones y
características de cada país o zona donde se vaya a realizar el trabajo.
Por otro lado la metodología utilizada por la DMP y la parte privada se enmarcan
dentro de la realidad del país, manejando de muy buena manera los aspectos
administrativos o de levantamiento pero no detalla o lleva a cabo un proceso tan
esquematizado como el que define la OHI.
Por lo que surge la necesidad de hacer un extracto de los 3 procesos, (OHI, DMP
y parte privada) compilando lo que se considera mejor para el levantamiento de
batimetrías en costa. A continuación se presenta la metodología propuesta y de
donde surge cada punto propuesto y por qué se recomienda.
62
3.1 Guía tramitológica:
3.1.1 Objetivo del proyecto:
La OHI, la DMP y la parte privada coinciden en que es el fin del
levantamiento define el ámbito de precisión, de ejecución y realización. De
aquí que como primer paso se recomienda definir la finalidad que llevará el
levantamiento.
3.1.2 Información preliminar:
La OHI explica de manera general que se debe contar con todo tipo de
información existente en el sitio previo al inicio de los trabajos. Analizando
la DMP y la parte privada, se recomienda contar con: Hojas cartográficas y
fotografías aéreas del sitio, fichas de bancos de nivel, tabla de predicciones
de mareas y en caso de ser levantamientos en sitios con puntos de control
contar con las coordenadas (x, y, z) respectivas.
3.1.3 Visita preliminar:
La OHI recomienda realizar un gira previa o de inspección, este es un
aspecto importante ya que se evalúan variables que puedan influir en el
desarrollo del proyecto como estadía u obstáculos entre otros, la DMP al
conocer en su mayoría los sitios que visita y tener un cronograma y
planificación preestablecida no realiza giras previas cuando se dirige a
trabajar en los puertos del país, no así cuando es un proyecto nuevo. Al
igual que le DMP la parte privada siempre incluida en su cronograma una
gira previa, de acuerdo a lo anterior se considera indispensable realizar
esta gira.
3.1.4 Asignación de actividades de la cuadrilla:
La OHI no recomienda la asignación de actividades de manera rígida, ni la
forma que debe estar conformada la cuadrilla enviada al sitio, tampoco la
DMP ni la parte privada consultada, pero debido a las competencias y
63
responsabilidades profesionales; se requiere que deba existir dentro de la
cuadrilla al menos un ingeniero topógrafo dentro de la cuadrilla enviada el
cual asigne las funciones a su equipo de trabajo. La OHI no recomienda la
cantidad de personal de la cuadrilla, la DMP recomienda cuantas personas
pueden conformar una cuadrilla, de igual forma la parte privada consultada
considera prácticamente el mismo personal que la DMP. De esta forma la
configuración mínima de una cuadrilla para levantamiento batimétrico debe
estar constituida por: 2 ingenieros topógrafos para la realización y
coordinación del levantamiento, el capitán del barco y al menos un asistente
de campo.
3.1.5 Viáticos y estadía:
La estimación del rubro de viáticos y el pago de la estadía se debe realizar
con base en lo estipulado por la Contraloría General de la República de
Costa Rica en la Ley 3462 del 26 de noviembre de 1964, Ley Reguladora
de los Gastos de Viaje y Gastos por concepto de Transporte para todos los
Funcionarios del Estado; esta ley se usa para la gestión pública, pero las
empresas privadas también pueden utilizar esta herramienta para la
estimación de sus costos.
3.1.6 Planificación detallada del proyecto:
Dentro de este rubro la OHI indica de manera general todos los aspectos a
contemplar dentro de un proyecto de levantamiento batimétrico; los cuales
pueden surgir dentro de la realización del trabajo asignado; también la DMP
con base en su experiencia ya tiene una estructura definida para la
realización de estos trabajos, como es la logística de salida, estadía, trabajo
en sitio, y regreso. La parte privada maneja una estructura más flexible a la
hora de planificar y realizar los proyectos batimétricos. Con base en lo
anterior se recomienda la confección de un plan de trabajo como todo
proyecto de ingeniería para poder estimar los costos y tiempos y personal
requerido en función de las labores a realizar.
64
3.1.7 Cronograma:
Según la OHI en este apartado debe indicarse el tiempo para la realización
del proyecto batimétrico, dentro de la DMP por ser un ente estatal a cargo
de todas las obras portuarias del país, ellos manejan un programa de visita
regular a los puertos del país, como parte de las obras de mantenimiento de
esta infraestructura; la parte privada cuenta con cronograma de actividades
el cual es el tiempo de entrega del producto final del proyecto. Es necesaria
la confección de este cronograma para llevar el control del proyecto.
3.1.8 Planificación final del proyecto y aprobación:
La planificación del proyecto pasa por una aprobación final, que en el caso
de la DMP está en función de los presupuestos con que cuenta la
institución, la parte privada de la aceptación entre las partes interesadas; la
OHI indica que debe haber un visto bueno de la labor a realizar. Esto debe
realizarse ya que está en función de la propuesta de trabajo, cobro, así
como entrega del proyecto, lo que implica un compromiso de parte de los
interesados.
3.1.9 Permisos:
La DMP por ser un ente estatal coordina de manera interinstitucional con
todas las instituciones del Estado, la parte privada debe realizar estas
labores de manera previa y con anticipación, ya que no cuenta con el
carácter oficial en los tramites de permisos no solo para acceso sino
también para seguridad del personal y equipo de trabajo; todo esto va de
acuerdo con lo indicado por la OHI en este tópico, la cual indica que deben
solicitarse todos los permisos requeridos para realizar la labor de
levantamiento batimétrico. Es necesario coordinar los permisos mínimos
para el acceso al sitio, así como para el resguardo de los equipos; en caso
de ser dejados en las cercanías del sector del proyecto batimétrico, además
de si es necesario el permiso respectivo de navegación.
65
3.1.10 Bitácora del proyecto (diaria):
La OHI establece que es necesario definir una planificación diaria de todo
proyecto, así como la parte privada lleva a cabo un control diario mediante
una bitácora que especifica cada una de las labores que se realizan. Por su
parte la DMP realiza un informe donde especifica las labores realizadas una
vez terminada la gira de levantamiento. La bitácora a usar será la
herramienta para el control diario de la labor realizada.
3.1.11 Recolección de datos y revisión:
La OHI menciona que es necesario contar con un encargado de la
recolección de los datos y la revisión de los datos obtenidos en el trabajo; la
DMP al igual que la parte privada, cuentan con el personal adecuado para
estas labores específicas que conlleva el proyecto, a saber dibujantes y
calculistas. Basados en lo anterior es recomendable que el personal a
cargo de las labores de levantamiento batimétrico tenga conocimiento y
experiencia en estas labores.
3.1.12 Entrega final:
Con base en la planificación administrativa la OHI recomienda definir el
tiempo y las características del proyecto final a entregar. La DMP ya tiene
definido de acuerdo a sus responsabilidades que se debe entregar al
finalizar el proyecto, por su parte la parte privada no define estas
características más bien se acopla a los requerimientos del contratante;
esto nos indica que el proyecto contratado es el que define la entrega final
del proyecto; por lo que cada profesional a cargo debe ajustarse a este
requerimiento.
66
3.2. Guía de Levantamiento
3.2.1 Control Geodésico:
La OHI comenta las distintas modalidades para llevar a cabo el enlace
geodésico del levantamiento batimétrico; por su parte la DMP realiza el
control geodésico mediante la modalidad de levantamiento independiente;
sin enlace en tiempo real al sistema de coordenadas nacional y la parte
privada lleva a cabo este control mediante la modalidad de levantamiento
en tiempo real mayormente, debido a la facilidad de esta técnica, además
de que reduce los tiempos de revisión y de trabajo de oficina para la
entrega final; la reducción de tiempos y revisión de datos es algo
importantísimo en la inversión privada, así como para la maximización de
las ganancias del trabajo realizado, por lo cual se recomienda realizar
levantamientos en tiempo real. Es necesario establecer puntos de control
debidamente documentados y monumentados para posteriores proyectos o
verificaciones de campo mientras dura el proyecto.
3.2.2 Método del levantamiento y calibración del equipo (previo):
En la parte de calibración tanto la OHI, la DMP y la parte privada realizan la
calibración del equipo antes de iniciar el levantamiento. El tipo de
levantamiento según la OHI debe ser realizado enlazado al sistema de
coordenadas del país; coincidiendo con la DMP y la parte privada. Dentro
de toda ingeniería que utilice equipos, estos deben realizarse las
calibraciones indicadas por el fabricante, más los chequeos pertinentes.
3.2.3 Líneas de sondeo:
La OHI determina la relación que debe existir entre la separación de la
líneas de sondeo y la precisión que buscada por el proyecto, siendo la está
la manera recomendada de determinar esta configuración entre línea. La
DMP al igual que la parte privada, debido a su experiencia en el campo,
cuentan con lineamientos que definen las líneas a levantar en función de la
67
densidad de puntos requeridos por metro cuadrado, con lo cual se obtiene
una mejor precisión de las isobatas; sin dejar de lado la precisión de los
equipos usados.
3.2.4 Definición de frecuencia del sonar:
La frecuencia del sonar está en función de los materiales en suspensión,
además del grado de penetración del haz de sonido en el fondo marino, la
OHI al igual que la DMP y la parte privada recomiendan tener estas
consideraciones iniciales para definir la frecuencia del equipo a usar; para
la obtención de isobatas comúnmente se utiliza 200kHz.
3.2.5 Predicción de mareas y estudio de mareas:
La OHI define todos los posibles estudios de mareas para la determinación
del nivel del mar, o la cota de elevación de partida, de la misma manera lo
hace la parte privada, la DMP ya lo tiene preestablecido debido a la
experiencia y los estudios realizados en cada zona de trabajo; esto nos
indica que en el caso de no contar con cotas de elevación ni mareógrafos
cercanos, es necesario la realización de un estudio de mareas para la
definición de la elevación de partida.
3.2.6 Ubicación de obstáculos (manejo):
La OHI recomienda identificar qué tipo de obstáculos hay presentes en el
sitio que puedan afectar la navegación, además indica que, a la hora de
levantarlos, se debe hacer con equipo adecuado. De igual forma la parte
privada analiza en su visita preliminar este tipo de afectación. Por su parte
la DMP, al realizar, generalmente, los trabajos de batimetría en los mismos
sitios, conoce a fondo los obstáculos de más antigüedad, pero si
contemplan la posibilidad de nuevos obstáculos en el análisis de
obstáculos en sectores nuevos de trabajo.
Con base en lo anterior se recomienda hacerlo de manera coincidente con
las tres fuentes analizadas.
68
3.2.7 Levantamiento de la línea de costa y detalles:
La OHI recomienda utilizar cualquier tipo de fuente posible en la
determinación de la línea de costa, a saber, cartas náuticas, fotografías
aéreas y gráficas. La DMP, al tener un programa de visitas continuas de
levantamiento, evalúa la necesidad de levantar nuevos detalles o de
actualizar la información existente. La parte privada realiza el levantamiento
de detalles y línea de costa en función de los requerimientos del
contratante. Se recomienda levantar los detalles y línea de costa
independientemente de la necesidad, ya que es un complemento para el
trabajo de batimetría.
3.2.8 Manejo de navegación:
Es necesario tener en cuenta mareas corrientes y tratar de seguir las líneas
de navegación, no siempre es posible por lo que se debe contemplar la
posibilidad de desvío en la navegación, así que se vuelve necesario
analizar los sitios donde esto ocurre para no dejar el sector sin medir.
3.2.9 Calibración del equipo (posterior):
La OHI hace referencia a la necesidad de contar con equipo debidamente
calibrado y revisado. La DMP realiza las debidas calibración antes de iniciar
los trabajos de medición y la parte privada recomienda que además es
necesario hacer la verificación y calibración del equipo tanto antes como
después de realizadas las mediciones diarias. Siendo esta última la práctica
más recomendada en este tipo de trabajos.
3.2.10 Misceláneos (otras):
La OHI indica que es necesario completar otros tipos de variables como
fenómenos naturales o afectación magnética, estas variables son
considerables dependiendo del tipo de proyecto que se vaya a realizar,
para el caso de levantamientos batimétricos es necesario tomar en cuenta
cualquier aspecto de este tipo pero son más comunes en proyectos de
69
mayor envergadura como puertos, rompeolas o estudios geofísicos donde
hay más variables significativas. La DMP, al conocer las necesidad y el fin
de las necesidad del levantamiento, introduce todo tipo de variable adicional
dentro de su planificación así de esta forma omite este apartado, al igual
que la DMP la parte privada planifica cualquier aspecto a tomar en cuenta
durante el levantamiento principal, además menciona para levantamiento
batimétricos variables físicas de estas características son difícilmente
tomadas en cuenta.
3.3. Procesamiento:
3.3.1. Descarga de datos:
Consiste en el manejo y traslado de los datos de levantamiento desde los
equipos de medición a las computadoras destinas al procesamiento de los
datos. La OHI recomienda el protocolo de comunicación NMEA en el
intercambio de datos y comunicación entre el equipo GNSS y los aparatos
de medición marina, al ser el más común y de compatibilidad universal se
recomienda usar este protocolo. Es recomendable respaldar en una unidad
extraíble la información y descargar los crudos (sin modificación) del equipo
GNSS.
3.3.2 Corroboración de datos:
Se analizan los datos descargados para descargar los puntos que por su
precisión deban ser descartados. Automáticamente de medición el equipo
GNSS indica la palabra “error” o deja sus variables en cero. Estos puntos
deben ser eliminados del archivo a calcular para evitar basura.
70
3.3.3 Modelaje:
Es necesario realizar un modelaje previo de con los puntos levantados para
visualizar posibles fuentes de error, los puntos son claramente apreciables
si se calcula una malla tridimensional preliminar en el programa de cálculo.
3.3.4 Graficación:
Luego de realizada la aprobación del proceso anterior, se grafican las
isobatas producto del levantamiento batimétrico, intentando que la salida de
estas líneas sean de contornos lo más suaves posibles, teniendo como
premisa que las líneas de nivel no se cruzan entre ellas.
3.3.5 Exportación de los datos:
Al finalizar todo lo anterior se realiza una exportación de los datos finales en
un formato de texto para ser usado o en el deseado, para la confección de
los productos finales del proyecto.
Lo anterior es una forma de realizar el procesamiento de datos aunque no
es la única forma de hacerlo, lo comentado corresponde enteramente a la
manera recomendada por las fuentes citadas.
Una vez terminado el procesamiento existe una etapa adicional, el cual es
la de realización de los productos finales del proyecto, esta etapa aunque
tradicionalmente se realiza, actualmente en algunas ocasiones no se realiza
debido a que con la implementación de las tecnologías digitales, la entrega
de láminas finales no se hace necesario, y el contratante solo pide los datos
del sector de interés para ser usados en los procesos siguientes de diseño
y construcción de las obras de interés o el interés deseado.
71
3.4. Revisión:
3.4.1 Importación: Despliegue de la información final procesada y revisada
en el software de dibujo para empezar con la realización de las láminas de
entrega.
3.4.2 Modelaje: Modelado de los datos se refiere a la presentación de los
datos para que el software haga la generación de las curvas isobatas,
según las especificaciones requeridas, cada metro o cada 2 metros es lo
típico en este tipo de trabajos. Por lo general se utilizan sistemas de diseño
asistido por computadora CAD. El modelaje es la inserción de estos datos
en las láminas a entregar.
3.4.3 Dibujo de láminas de entrega: es la confección de las láminas del
proyecto donde se especifican datos, notas procedimientos, ubicación,
tablas, etc., relativas al levantamiento. De igual manera lo normal para la
realización de estas láminas son los sistemas CAD. Es de suma
importancia anotar la mayor cantidad de referencias necesarias para el
mejor entendimiento de lo que se realizó y de cómo se realizó.
Normalmente consiste en mínimo tres tipos de láminas:
Primera lámina: consiste en la presentación del proyecto donde se
trata de exponer todo el trabajo realizado sin entrar en los detalles
técnicos y centrado más en la información lo visual que en la parte
técnica. Por lo general incluye modelado de superficies en tres
dimensiones, materiales aplicados, optimización de imágenes e
iluminación.
Segunda lámina: por lo general es la nube de puntos levantados a
una escala adecuada para su visualización y diseño. Es de utilidad
acompañar esta nube de puntos con un gráfico de pendientes de los
puntos levantados para una mejor interpretación de la información.
72
Tercera lámina: consiste en la presentación de las curvas isobatas
en la lámina a una escala adecuado, lo que significa es que sea a
una escala apta para diseñar sobre sí misma.
Todas estas láminas deben llevar, además de lo indicado anteriormente,
todas las características de una lámina de ingeniería, como es:
localización, ubicación, cajetín, escalas, notas, sistema de coordenadas,
simbología, responsables del proyecto, área del proyecto.
3.4.5 Impresión de láminas y revisión de láminas: Por lo general se
utilizan formatos grandes de papel a fin de poder tener la mayor cantidad de
datos e información, es bueno contar con personal capacitado en dibujo o
dibujantes con experiencia. Normalmente se imprimen borradores a fin de
valorar las láminas, normalmente se analizan los colores, las escalas, los
grosores de línea, tipos y tamaño de letra y materiales aplicados en caso de
utilizarlos, a fin de determinar que todo coincida con lo deseado.
3.4.6 Aprobación: Revisado lo anterior se da la aprobación de las láminas
realizadas, a fin de proceder con la impresión final de las mismas.
3.4.7 Entrega final: Entrega al interesado las láminas finales junto a una
nota de recibido del trabajo realizado junto al visto bueno por parte del
interesado o contratante. Es común dar un plazo después de realizada la
entrega para realizar cambios o arreglos de forma en lo entregado, siempre
y cuando no sea más de lo establecido en los requerimientos iniciales.
73
Figura 24. Esquema de la metodología, primera parte.
74
Figura 25. Esquema de la metodología, segunda parte.
75
Los esquemas antes expuestos son de la metodología propuesta, debe ser
llevados a cabo de forma confunda de forma lineal, ciertos puntos de puede
desarrollar de forma transversal, pero la idea llevar un orden preestablecido para
conseguir mejores resultados. La propuesta enmarca un ámbito de administración
de los recursos debido así como de administración del proyecto, organización del
trabajo, siempre buscado optimizar el tiempo y demás factores para beneficio y
rápida conclusión de las labores en el sitio.
CAPITULO 4
77
CAPITULO 4: Levantamiento Batimétrico
Con base en la metodología propuesta se pone en práctica dicha metodología a
fin de demostrar su funcionalidad. Se explicará a modo de informe cada uno de los
puntos de la metodología de levantamiento batimétrico utilizando equipo de
recepción de doble frecuencia del Sistema de Navegación Global por Satélite y
Ecosonda Monohaz
4.1 Práctica de Levantamiento:
Puerto Caldera, Puntarenas, Costa Rica
Levantamiento Batimétrico
Fecha de Inicio abril 2013
Fecha de finalización: abril 2013
El levantamiento se da en la época lluviosa, pero el día de levantamiento se
presentó un día soleado y sin lluvias. Por el efecto de rompeolas el área de
navegación no se vio muy afectada por corrientes y oleaje.
El levantamiento se estimó en un área aproximada de 400000m2 (40ha),
obteniendo como resultado final un área de 35ha de la finalidad de esta práctica
es la determinación de las líneas isobatas, se categorizó dentro del tipo de
levantamiento dentro Orden 2 según lo establecido por la OHI.
4.2 Guía tramitológica:
4.2.1 Objetivo del proyecto:
La finalidad de esta práctica desde el punto de vista técnico y topográfico
será la obtención de curvas isobatas cada metro buscando una precisión en
la profundidad de al menos 10 centímetros de error. Para este caso la
práctica realizada no se comparara con algún dato anterior ya que la
pretensión es solo mostrar los resultados de la metodología propuesta.
78
4.2.2 Información preliminar: Se tomó como referencia, hoja cartográfica Barranca escala 1:50000, las
ortofotos del portal SNITCR (Sistema Nacional de Información Territorial), y
puntos de control de la DMP: CRUZ y PAZ, estos puntos antes
mencionados tiene su elevación referida al nivel medio de bajamares de
sizigias.
Tabla 4
Coordenadas y elevación del control geodésico.
PUNTO ESTE NORTE ELEVACION
CRUZ 420721.400 1096073.000 6.79
PAZ 421258.400 1096190.000 4.97
Figura 26. Medición GNSS, control terrestre, punto CRUZ.
79
Figura 27. Medición GNSS, control terrestre, punto PAZ.
Además el Muelle de Puerto Caldera cuenta con boyas como sistema de ayuda de
navegación, estás tiene las siguientes coordenadas.
Tabla 5
Coordenadas y profundidad de boyas instaladas en sitio.
UBICACIÓN DE LAS AYUDAS DE NAVEGACION (navaids)
NOMBRE LATITUD LONGITUD PROFUNDIDAD
Boya N°2 1096541 421094.08 7.2
Boya N°3 1096408 421291.78 6.2
Boya N°8 1096345 420638.66 6.0
80
4.2.3 Visita preliminar:
Se realizó una visita preliminar 8 días antes de realizar el levantamiento, la
finalidad fue buscar los puntos PAZ y CRUZ de la DMP, así como para
solicitar los permisos respectivos de acceso al puerto de Caldera y los
permisos de navegación con la guardia costera.
4.2.4 Asignación de actividades de la cuadrilla:
En este caso la cuadrilla se conformó por 3 ingenieros, se cuenta con el
aporte del Ing. Topógrafo Jimmy García Leitón, especialista con más de 10
años de experiencia en el área de la batimétrica, un operador de bote o
capitán, y un asistente de campo. El ingeniero García se dedicó a la
supervisión y explicación de la puesta en funcionamiento de los equipos así
como en el aporte de sugerencias y observaciones. Planificación del
programa de esa unidad: Para este caso en especial un ingeniero se
encargó del establecimiento y puesta en funcionamiento del equipo en tierra
GNSS, otro ingeniero de la toma y recolección de datos en la embarcación,
el ultimo ingeniero se encargó únicamente de supervisión.
4.2.5 Viáticos y estadía:
En la gira previa se planifica para llevar a cabo las mediciones en 2 días,
esta se aprovecha para establecer los puntos de pernocte, alimentación, así
como las horas de viaje hasta el sitio de la medición, así de esta forma se
optimizan los tiempos de realización del trabajo, además de costos y
beneficios de ir o estar en uno u otro sitio. Para la estimación de gastos se
utilizó como referencia la estimación de pago de gastos de viaje establecida
por el Estado Costarricense a la fecha. Para este caso los gastos son
personales, serán costeados de forma particular.
81
4.2.6 Planificación detallada del proyecto:
En la gira previa no se realizaron mediciones, pero se ubicó puntos de
interés para el desarrollo del levantamiento, como lo son los puntos de
control del Puerto Caldera, que cuenta con coordenadas en el sistema
nacional de coordenadas CRTM05, ubicados en el rompeolas y en el
Atracadero 3 del sitio, por último se evaluaron las condiciones de acceso, la
embarcación utilizado para el levantamiento. Gracias la experiencia en
campo del Ing. Jimmy García, se estima que por día se puede cubrir un
aproximado de 20 o 25 hectáreas, lo anterior en condiciones ideales de
mareas, corrientes y climatológicas, con base en lo anterior se estima que
el proyecto en lo relativo al trabajo de levantamiento se puede llevar a cabo
en dos días. De acuerdo a ello, se proyectó solo 1 día de estadía en el sitio,
al ser una estadía corta se puede valorar la situación de la cercanía al sitio
en relación al costo. De la misma forma se identifican los sitios de
alimentación y se estima la duración de traslado de sitio de pernocte al
puerto de Caldera. La parte de cálculo depende totalmente de la
experiencia que tenga la persona encargada en la realización de este tipo
de trabajo, para este caso en especial y por tratarse de un trabajo de escala
pequeño se estimó en una semana la parte de cálculo y dibujo, en el
apartado siguiente se explica a fondo el detalle del cálculo.
4.2.7 Cronograma: Figura 27. Página 90
4.2.8 Planificación final del proyecto y aprobación:
Se volvió a estudiar la logística, pero en este caso por ser un trabajo
independiente solo pasa por la aprobación de los interesados
4.2.9 Permisos:
Se solicitó acceso a la guardia costera de Puerto Caldera, en este caso en
específico por tratarse de un proyecto estudiantil no existió ninguna
complicación una vez explicado el proyecto.
82
4.2.10 Bitácora del proyecto (diaria): Día 1:
Hora de inicio: 8:00 horas
Ruta de acceso: Ruta 27, C San José – Orotina – Caldera
Sitio de Alimentación: Restaurante
Hora final: 15:00 horas
Día 2:
Hora de inicio: 8:00 horas
Ruta de acceso: Ruta 27.
Sitio de Alimentación: Restaurante
Hora final: 15:00 horas
4.2.11 Recolección de datos y revisión:
Recolección de datos: Ing. López e Ing. Sotelo
Encargados de la parte de cálculo: Ing. López e Ing. Sotelo
Revisión: Ing. García
Dibujo y láminas finales: Ing. López e Ing. Sotelo
4.2.12 Entrega final:
Se define que el trabajo a realizar será una batimetría a fin de conseguir
curvas isobatas cada 2 metros de elevación, con un total de al menos 3
láminas de dibujo con sus respectivos datos indicados.
4.3 Guía de Levantamiento:
4.3.1 Control Geodésico:
El control se realizó a partir de los puntos de control propios del Muelle de Puerto
Caldera denominados CRUZ y PAZ, referenciados al nivel cero (0.0) de la cota
83
registrada en el Punto Topográfico PAZ (4.97m.). Estos puntos sirvieron con los
requerimientos al obtener precisiones de ± 0.10cm a la hora de realizar su
medición.
Tabla 6
Coordenadas y elevación del control geodésico.
PUNTO ESTE NORTE ELEVACION
CRUZ 420721.400 1096073.000 6.79
PAZ 421258.400 1096190.000 4.97
Coordenadas referidas a Sistema Nacional de Coordenadas proyección CRTM05,
transformación de coordenadas de Lambert Norte a CRTM05 basada en Helmert
de 7 parámetros. Nivel referido al nivel medio de baja mares de sizigias.
4.3.2 Método del levantamiento y calibración del equipo (previo):
Se realizó la planificación de medición con Sistemas GNSS con el software
Trimble Office, utilidad denominada Planning. Se procede a establecer la medición
de puntos abordo se hace con un levantamiento tipo RTK:
Instalación de equipo: Se arma el equipo en la lancha de medición, con la
idea de corregir los errores por oleaje y el error de excentricidad se coloca
la antena del GNSS en la misma vertical que el transductor (en la misma
línea), tal y como se indica inicialmente.
84
Figura 28. Armado del equipo de medición batimétrica, instalado en la
embarcación.
85
Figura 29. Armado del equipo, incluyendo control terrestre.
86
Tipo y modo de operación de los sistemas utilizados: El levantamiento
batimétrico se realizó mediante la modalidad de levantamiento en tiempo
real (RTK) con GNSS diferencial de doble frecuencia (DGPS). Se colocó la
base el punto PAZ, con coordenadas en el Sistema Nacional de
Coordenadas indicadas en la Tabla 4, al utilizar esta modalidad de
levantamiento no es necesario realizar post proceso en los datos medidos,
solo se comprueba que no se pierda el enlace a los puntos de control para
no perder la sincronización que define las coordenadas horizontales del
bote; se utilizó el software Hydro Pro Navigation sincronizado con la
Ecosonda ECHOTRAC CVM
Sistemas utilizados y calibración del equipo: El día en que se inicia a las
8 horas con la calibración del equipo para la realización de la batimetría, a
saber ecosonda, este proceso se lleva a cabo mediante la metodología e
instrumentación denominada bar-check, y siempre bajo los lineamientos de
la OHI; se define la velocidad del proyecto de 8nudos.
Resultando en: Tabla 7 Proceso de calibración de la ecosonda, inicial.
Posición de
Barra (m.)
Lectura
(200Khz)
1 0.99
2 2.00
3 3.00
4 3.99
5 4.99
Por las características de la zona, al ser un puerto y por el fin de la medición
se establece que la embarcación llevará un velocidad de 8 nudos, según
recomendación del (Bureau Hidrográfico Internacional, 2010). Se utilizó una
87
lancha de 3 metros de largo por 1.5 metro de ancho, un motor Yamaha 2, se
adoptó una velocidad de 8 nudos.
4.3.3 Líneas de sondeo:
La separación entre línea de sondeo fue de 15m entre líneas. Se realizó la
planificación de la línea de sondeo mediante un programa tipo CAD y con ayuda
de WMS las imágenes satelitales disponibles en el Sistema Nacional de
Información Territorial SNIT (snitcr.go.cr).
Figura 30. Portal SNIT, Sistema de Información Territorial de Costa Rica.
Levantamiento de las líneas de sondeo: Una vez en la embarcación, el
proceso de medición es básicamente automático, la computadora de
abordo indica la ruta que se definió mediante las líneas de sondeo, se van
siguiendo las mismas en la medida de lo posible ya que puede existir
factores externos que imposibiliten seguir del todo este plan, es muy
importante tomar en cuenta la duración de las baterías para determinar el
tiempo de medición que se está navegando, una práctica común es contar
con baterías externas de alto rendimiento para evitar posibles descargas.
4.3.4 Definición de frecuencia del sonar:
Se utilizó una ecosonda de doble frecuencia marca Odom Echotrac CVM a una
frecuencia de 200Khz, esto debido al objetivo del proyecto, las líneas isobatas.
4.3.5. Predicción de mareas y estudio de mareas:
No se realizó estudio de mareas debido a que los puntos de la DMP, PAZ y CRUZ
están referidos al nivel medio de bajamares de sizigias.
88
4.3.6 Ubicación de obstáculos (manejo): Al tratarse de un puerto tan transitado se
volvió necesario esperar a que exista espacio entre los buques o naves, espacios
llamados ventanas, de igual forma por ser un puerto no hay obstáculos o
naufragios en el sitio, por lo cual no se hizo un levantamiento previo y la zona del
sondeo.
4.3.7 Levantamiento de la línea de costa y detalles:
La línea de costa se determinó en el levantamiento, la orilla está compuesta por el
rompeolas ubicado al oeste de los muelles. A su vez la zona de estudio se
compone de 3 muelles denominados “Atracadero 1“, “Atracadero 2“ y “Atracadero
3“. Le levantó un total de 10 mil puntos aproximadamente, mediante la modalidad
de levantamientos de GNSS Real Time Kinematic
4.3.8 Manejo de Navegación:
Para el control y manejo de la navegación surgió la necesidad de contar con un
capitán experimentado, capaz de poder mantener la uniformidad y constancia a la
hora de seguir las rutas definías en la planeación. A pesar de contar con
condiciones buenas para la navegación, tales como poco viento, mar tranquilo,
poca interferencias, dar seguimiento a las líneas de navegación es un aspecto que
presenta mucha dificultad, los resultados se puede observar en la lámina 2, donde
de forma clara se aprecia cual fue el resultado y su diferencia con las líneas de
navegación preestablecidas. Prácticamente se mantuvo la velocidad de 8 nudos
en el 95% de la navegación.
4.3.9 Calibración del equipo (posterior):
Se vuelve a realizar las labores de chequeo del equipo, comunicación, estado de
la medición del GNSS visualizado en pantalla en tiempo real, y se realiza de nuevo
un bar-check, obteniendo resultados casi idénticos a los del inicio. Resultando en
la tabla 8
89
Tabla 8 Proceso de calibración de la ecosonda, final.
Posición de
Barra(m.)
Lectura
(200Khz)
1 1.00
2 2.00
3 3.00
4 3.99
5 4.99
La diferencia es despreciable, debido a las presiones preestablecidas, esta
diferencia se puede deber no a una falla del equipo sino más bien a la variación de
la temperatura del agua.
4.3.10 Misceláneos (otras):
No se realizaron mediciones u observaciones de otro tipo:
No se realizó corrección de mareas.
No se realiza toma de muestras de fondo marino.
No se realizan observaciones oceanográficas de corriente, salinidad, y
temperatura.
No se realizan observaciones de las corrientes de mareas.
No se realizan observaciones geofísicas.
No se establecieron y utilizaron ni boyas ni luces respectivamente.
Se hizo uso de radio de onda corta para monitorear que funcionamiento en
todo momento de la base del GNSS, a fin de no perder conexión.
No hay observaciones secundarias.
No hay observaciones de pasajes.
90
Planificador del Proyecto
Plan
PERÍODOS (DÍAS)
ACTIVIDAD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ACTIVIDADES
1 Especificación del fin del levantamiento batimétrico
2 Visita Previa y de reconocimiento
3 Estimación de la duración del levantamiento
4 Planificación administrativa (pernocte, hospedaje y viáticos)
5 Planificación Planeación detallada del levantamiento
6 Solicitud de Permisos de acceso
7 Requerimientos del levantamiento (alquiler de equipo y lancha)
8 Envío a una unidad designada, día de entrada
9 Levantamiento batimétrico
10 Regreso de la cuadrilla
11 Planificación final (aprobación y revisión)
12 Calculo y dibujo
13 Entrega de datos
Figura 31. Cronograma del proyecto.
91
4.4. Procesamiento:
4.4.1 Descarga de datos:
Se realiza el “volcado” de datos desde los equipos GNSS al computador se
utilizara para todo el cálculo, se respalda la información cruda en un disco
duro externo. Se obtiene un total de 10 mil puntos.
4.3.2 Corroboración de datos:
Se revisan los datos para verifica que si presentan error de medición, lo
anterior a pesar que el equipo se programó para no grabar datos que
estuvieran fuera del rango de tolerancia. No se encontraron datos con el
mensaje “error”
4.3.3 Modelaje:
Se cargan los datos de forma preliminar en formato “txt” en el programa de
cálculo CAD, y se realiza una malla tridimensional de triangulación
preliminar, esta grilla o malla consiste en una red de 5 metros por 5 metros
no se observaran inconsistencias en los datos. Se respalda y se guarda la
información. Se puede elegir formato de tipo shape para su posterior
manejo en software de sistemas de información geográfica, así como
archivos de formato de texto o de hojas de cálculo (.csv, .xls) según y la
necesidad.
4.3.4 Graficación:
A partir de la malla de triangulación se calculan las curvas isobatas,
siempre desde el mismo programa de dibujo y calculo tipo CAD. Se
analizan inconsistencias, en lo referente a curvas de nivel en general,
incluyendo isobatas, las inconsistencias se presentan como curvas
entrecruzadas, se eliminaron los errores obtenidos, además se suavizan las
curvas para una mejor presentación, en ingles a este proceso se le
denomina “smoothing”. Se respalda y se guarda la información.
92
4.3.5 Exportación de los datos:
Se exportan los datos en formato .dwg para que puedan ser manejadas en
forma de bloque para ser incluidas en las láminas, además se respalda y
guarda la información.
4.4. Revisión:
4.4.1 Importación:
Se insertan los datos de la parte anterior con esto se define el tamaño de la
lámina que se utilizará para presentar los datos, para este caso es una
lámina con dimensiones de 90cm. por 60 cm.
4.4.2 Modelaje:
Una vez ubicados los datos como un bloque, se empieza a distribuir la
información para encontrar una mejor composición, si sobre cargar la
lámina, es un proceso de acomodo y decisión subjetivo.
4.4.3 Dibujo de láminas de entrega:
Se dibujan las láminas primordiales, se insertan detalles, notas y demás
elementos de presentación necesarios.
4.4.5 Impresión de láminas y revisión de láminas:
Se imprime un borrador de cada lámina para análisis y revisión.
4.4.6 Aprobación:
Se imprimen las láminas finales.
4.4.7 Entrega final:
Se adjunta las láminas con los resultados finales.
4.5 Resultados finales (LAMINAS): Ver anexo
CAPITULO 5
94
CAPITULO 5: Conclusiones
Esta metodología se realizó apegada a la normativa de la OHI, además tomando
en cuenta las prácticas de la DMP y el ejercicio liberal, es necesario indicar
algunos aspectos que deben tomarse en considerarse a la hora de aplicar esta
metodología.
5.1 Dificultades
Estado del tiempo: El estado del tiempo imperante afecta la buena realización de
estos trabajos, teniendo como ideal el buen estado del tiempo para obtener
mejores resultados y para la seguridad de las personas a cargo del trabajo en el
sitio, pero eso no siempre es posible.
Permisos y trámites: Dentro de la planificación de oficina, es necesario contar
con varios insumos; algunos de estos insumos deben ser solicitados, o tramitados
ante instituciones del Estado, por lo que existen plazos de entrega de estas
solicitudes, por lo cual es necesario contemplar estos tiempo a la hora de realizar
la planificación y el establecimiento de plazos.
Navegación: Este tipo de trabajos no son de realización común para muchos
ingenieros topógrafos, lo que provoca que se contrate un bote en el sitio, esto
aparte de que implica un costo que debe incluirse en el esquema de costos del
proyecto, también debe contratarse un botero conocedor del sitio, que conozca el
comportamiento de las mareas, así como ágil en la conducción del bote y que
cuente con condiciones mínimas para la realización del trabajo.
Red Vertical: Costa Rica no cuenta con una red vertical actualizada; esto provoca
que las cotas de elevación deban trasladarse desde sitios alejados al sector de
interés, o que los bancos de nivel usados cuenten con una cota de elevación
desactualizada en función de los sismos acontecidos en nuestro país en los
últimos años.
Equipo y software: La adquisición de los equipos usados en esta metodología así
como el software para el manejo de los datos, puede que estén fuera del alcance
para muchos ingenieros, debido a su alto coste, por lo que es algo importante que
debe tomarse en cuenta a la hora de realizar este tipo de trabajos.
95
Mareógrafos: La mayoría de los mareógrafos existentes se encuentran en desuso
o sin mantenimiento, además que son relativamente pocos considerando la gran
extensión de costa que puede ser objeto de estudio.
5.2 Limitaciones
Es necesario indicar algunas limitaciones de esta metodología, las cuales
corresponden a aspectos que no fueron tomados en cuenta en la realización de
esta metodología.
Costos: No se realizó un análisis del costo de este trabajo, ni cuanto seria el pago
de los honorarios profesionales, por lo cual esto no se incluyó en el presente
documento.
Equipo: Este trabajo se realizó con el equipo indicado a saber equipo GNSS de
doble frecuencia, y ecosonda monohaz, no se llevó a cabo esta metodología con
otros equipos.
Control Geodésico: Esta metodología se aplicó, y se puede aplicar sin
problemas en áreas de poca extensión, por lo que no fue necesario más control
geodésico debido a curvatura terrestre o por deformidades de la corteza terrestre.
Red Vertical: Los puntos de red vertical usados se han tomado por buenos y no
se hizo una revisión ni comprobación de las cotas de los puntos usados.
Precisión equipo: la precisión del equipo usado es dada por el fabricante, por lo
que al final las precisiones del proyecto dependerán del equipo.
Estado del tiempo: No se realizó un análisis de las condiciones imperantes en el
estado del tiempo y su posible afectación a la metodología propuesta o su
afectación a los equipos usados, aún y cuando los equipos usados el fabricante
garantiza que funcionan bajo las condiciones meteorológicas encontradas.
Bibliografía: A pesar de que se contó con mucha bibliografía acerca de este tipo
de trabajos, se cuenta con muy poca bibliografía nacional.
96
5.3 Recomendaciones
Además de todo lo indicado hasta el momento, a continuación se presentan una
serie de recomendaciones de forma y fondo para la realización de esta
metodología:
5.3.1 Esta metodología debe realizarse usando levantamiento GNSS en el modo
RTK para que se realicen las correcciones de navegación en tiempo real
por el software del computador instalado en el bote durante el
levantamiento batimétrico.
5.3.2 El levantamiento en RTK debe realizarse en el sistema de coordenadas
nacional, para reducir el manejo de información de grandes cantidades de
datos, así como para mejorar el control y la calidad de los datos obtenidos.
5.3.3 Debe procurarse mantener una velocidad constante o entre los 6 a 8 nudos
durante el levantamiento batimétrico; usando el equipo y embarcación acá
mencionados, esto para garantizar la correcta realización del trabajo.
5.3.4. Se debe contar con un capitán de embarcación conocedor de la zona; que
conozca del comportamiento de las aguas y corrientes de la zona para
procurar la seguridad de las personas a bordo, así como del equipo usado
para el levantamiento batimétrico.
5.3.5. Mantener una comunicación constante de radio con personal ubicado en
tierra, así como mantener canales abiertos hacia personal de Cruz Roja o
salvavidas en caso de urgencia o accidentes.
5.3.6. Es necesario para este tipo de trabajos el uso de equipos resistentes al
agua, y también al agua salada, para evitar la corrosión y el rápido deterioro
de partes metálicas, así como de los componentes electrónicos.
5.3.7. Como parte de las comprobaciones que deben realizarse acerca del buen
funcionamiento de los equipos, debe realizarse la calibración de la
ecosonda antes y después de realizado el levantamiento batimétrico, esto
para cerciorarse que el levantamiento realizado haya cumplido con los
estándares iniciales del equipo.
97
5.3.8. En la medida de lo posible, a la hora de instalar el equipo, este debe ser
ubicado bajo el mismo eje vertical del bote, a saber la ecosonda y la antena
GNSS, esto para reducir al mínimo los errores en el levantamiento
batimétrico.
5.3.9. Este tipo de trabajos por las condiciones del sitio implica un riesgo mayor
para el recurso humano así como para el equipo usado, por lo que no debe
escatimarse en medidas de seguridad, chalecos salvavidas, protección
solar, zapatos adecuados y ropa que contenga filtros solares, así como
cualquier otra medida de seguridad que proteja la integridad del personal,
así como de los equipos usados.
5.3.10. Además de lo recomendado respecto a medidas de seguridad, no
debe dejarse de lado los reportes meteorológicos, así como mareas altas,
huracanes, así como cualquier otro fenómeno atmosférico que pueda
afectar el levantamiento batimétrico.
5.4 Impacto Ambiental
La Ingeniería Topográfica siempre ha sido promotor de progreso de nuestro país y
es la intención de esta metodología ser instrumento de ese impulso para el
progreso de Costa Rica. En los últimos años, el ejercicio de la Ingeniería
Topográfica ha cambiado grandemente y se ha pasado de ser base de la pirámide
del desarrollo del país, a estar en la cúspide de la toma de decisiones acerca de la
realización de obras de ingeniería; para el caso de este tipo de trabajos, los
levantamiento batimétricos son base para la realización de los estudios de impacto
ambiental de las obras a instalar en áreas costeras, y por el tipo de levantamiento
realizado el cual es de una invasión mínima y que no produce desechos ni
instalación de equipos que produzcan ondas sónicas permanentes, el impacto
ambiental de estos trabajos es mínima para el ambiente; ya que como se indica,
estos trabajos son base para la estimación de estudios de impacto ambiental en el
caso de instalación de obras de gran envergadura como marinas, atracaderos, o
muelles y puertos.
98
5.5 Conclusiones
Fue posible integrar la metodología de la DMP con la de la OHI así como
con la de la utilizada en el ejercicio liberal a la metodología de
levantamiento batimétrico plantea en este estudio, captando lo que se
consideró más aplicable y funcional.
El levantamiento batimétrico realizado se llevó a cabo con éxito siguiendo
los pasos establecidos en la metodología propuesta.
Los resultados obtenidos de 25cm de error en la obtención de la
profundidad y de 5cm de exactitud planimétrica (X,Y) fue mayor a la
convencional usada para levantamientos de otros tipos ejecutados.
No existen guías para este tipo de trabajos en las instituciones, así como
empresas dedicadas a estas labores.
Se logró confeccionar una guía y esquema de la propuesta de metodología
de levantamientos batimétricos, que cumple con las normas mínimas
establecidas por la OHI.
Existe carencia de profundidad en la instrucción y puesta en escena de lo
que se refiere a Batimetría en las Academias Educativas enseñan la
Carrera de Ingeniería Topográfica, lo cual genera desconocimiento del tema
en gran parte del gremio.
Se logra evidenciar que la embarcación es vital para la realización del
trabajo; tanto en la parte del manejo de costes y viáticos así como en el
manejo y despeño de la misma durante las jornadas de medición, un mal
manejo puede dar al traste con las mediciones y se depende en gran
medida de la capacidad del capitán encargado de la navegación.
99
Bibliografía
L. Ballestero, D. García. (2010). Estudio Batimétrico con ecosonda multihaz y clasificación de fondos. Universidad Politécnica de Cataluña: España. Bureau Hidrográfico Internacional. (2010) Manual de Hidrografía. Mónaco. De Corral Ignacio, De Villena Manuel. (2000). Topografía de Obras. Distrito Federal: México. Ingham Allan E, V. J. Abbott. (1992). Hydrography for the Surveyor and Engineer. University of Michigan. Estados Unidos de América. Lizano Omar, Lizano Melvin. (2010) Creación de escenarios de inundación en la Ciudad de Puntarenas ante el aumento del nivel del mar. Universidad de Costa Rica: Costa Rica Lizano Omar. (2010). Batimetría, modelos de elevación digital y sus aplicaciones, Revista Azimut, Colegio de Ingeniero Topógrafos de Costa Rica: Costa Rica. Méndez Odilón. (2006). La Investigación Científica. Costa Rica. Sickles Jan Van. (2008). GPS for Land Surveyors. New York: Estados Unidos de América. Wolf Paul, Brinker Russell. Topografía. (2008). Distrito Federal: México.
Guide on the Development of a Vertical Reference Surface for Hydrography.
(2006). Federación Internacional de Geómetras. N°37. Copenhagen: Dinamarca.
Guidelines for the Planning, Execution and Management of Hydrographic Surveys
in Ports and Harbours. (2010). Federación Internacional de Geómetras. N°37,
Copenhagen: Dinamarca.
Referencias de Internet: http://www.colegiotopografoscr.com http://www.fig.net http://www.iho.int/
Anexos
101
Anexo 1: Exactitud de la profundidad.
De acuerdo con el Manual de la OHI es necesario crear un estimado de error a fin de
evaluar la conformidad con la S-44. A continuación se representa la estimación del error
para un ecosonda particular y para condiciones de operaciones particulares, tomado del
Manual de Hidrografía del a OHI, Capitulo 3.
Características de ecosonda
Condiciones operativas
Frecuencia 200 kHz
Vel. del sonido promedio 1500 m/s
Ancho de haz 20° (β=10°)
Balanceo 1 m
Duración del pulso 0.1 ms
Rolido 5°
Velocidad de la nave 8 nudos
Asiento N/A
Asentamiento 0.05 m
Errores Estimados o estándar (1σ)
Errores estimadas (2σ) 95% nivel de confianza
Error de calado 0.05 m
Error de calado 0.10 m
Variación vel. del sonido 5 m/s
Variación de vel. De sonido 10 m/s
errores de profundidad debido a:
Errores de profundidad debido a :
Variación vel. del sonido (5/1500)z m
Variación de vel. De sonido (1/150)z m
Medición de tiempo 0.02m
Medición de tiempo 0.04m
Asentamiento 0.05 m
Asentamiento 0.10 m
Balanceo 0.10 m
Balanceo 0.10 m
Error de marea 0.05 m
Error de Marea 0.10 m
Error co-mare 0.05 m
Error co-marea 0.10 m
𝜎𝑧 = √𝜎𝑧𝑐2 + 𝜎𝑧𝑡
2 + 𝜎𝑖2 + 𝜎ℎ
2 + 𝜎𝑟2 + 𝜎𝑚𝑎𝑟𝑒𝑎
2
102
Anexo 2: Muestra de resultados y errores obtenidos en la medición
Muestra de los datos levantados en la realización práctica del levantamiento batimétrico,
los datos se están el Sistema Nacional de Coordenadas CRTM05
PUNTO NORTE ESTE PROFUNIDAD
1 1096514.00 420540.569 -12.42
41 1096517.64 420544.159 -12.38
81 1096521.32 420549.169 -12.51
121 1096524.81 420554.819 -12.6
161 1096528.55 420561.339 -12.7
201 1096532.06 420568.079 -12.8
241 1096536.11 420574.499 -12.81
281 1096540.65 420580.219 -12.74
321 1096545.7 420585.999 -12.81
361 1096551.69 420590.719 -12.83
401 1096557.31 420595.109 -12.89
441 1096563.17 420599.889 -12.88
481 1096569.2 420605.419 -12.87
521 1096575.16 420611.079 -12.85
561 1096580.56 420616.719 -12.85
601 1096585.91 420622.639 -12.81
641 1096591.33 420628.489 -12.83
681 1096596.84 420634.489 -12.8
721 1096603.16 420641.079 -12.79
761 1096609.18 420647.299 -12.74
801 1096615.15 420653.519 -12.71
Errores Obtenidos:
Después de realizado el levantamiento, siguiendo la metodología finalidad de este trabajo,
se obtuvieron los siguientes errores de medición:
PLANO ERROR OBTENIDO
VERTICAL, PROFUNDIDAD 0.25 m
HORIZONTAL, (X, Y) 0.05 m
103
ANEXO 3
LAMINAS FINALES
457
460
459
458
MATA DE LIMON
CALDERA
BAHIA DE CALDERA
GOLFO DE NICOYA
ESTERO MATA DE
LIMON
SALINAS
ALTO DE LAS
MESAS
UBICACION
HOJA BARRANCAESCALA 1:25000
211
212
213
A BARRANCA
A PLAYA TIVIVES
A EL JOCOTE
A PLAYA TIVIVES
210
PUERTO CALDERA
1. LAMINA 1: FOTOGRAFIA AEREA, UBICACION, LOCALIZACION E INDICE
2. LAMINA 2: LINEAS DE NAVEGACIÓN, SEPARACIÓN ENTRE LINEAS DE 15 METROS.
3. LAMINA 3: PUNTOS DE LEVANTAMIENTO BATEIMETRICO PARA ISOBATAS
4. LAMINA 4: ISOBATAS A CADA METRO DE PROFUNDIDAD
PUERTO CALDERA
GOLFO DE NICOYA
A PLAYA TIVIVES
210500
PUERTO CALDERA
4575
00
A MATA LIMON
LOCALIZACION ESCALA 1:10000
PROYECTO :
DISTRITOCANTON
PROVINCIA
CONTENIDO :
LAMINA FECHA ESCALA
NOVIMBRE
INDICADA
SISTEMA DE REFERNCIA DE COORDENADAS: CRTM05
FECHA DEL LEVANTAMIENTO: ABRIL 2013
4
2014
FOTOGRAFIA AEREA DEL PROYECTO
INDICE
UBICACION
LOCALIZACION
1
SUSTENTANTES: OMAR SOTELO PORRAS Y MAIKOL LOPEZ CASTRO
HOJA BARRANCA
ESCALA 1:2000
R
O
M
P
E
O
L
A
S
PROYECTO :
DISTRITOCANTON
PROVINCIA
CONTENIDO :
LAMINA FECHA ESCALA
NOVIMBRE
INDICADA
FECHA DEL LEVANTAMIENTO: ABRIL 2013
4
2014
LINEAS DE SONDEO
2
SUSTENTANTES: OMAR SOTELO PORRAS Y MAIKOL LOPEZ CASTRO
LINEAS DE NAVEGACIÓN
R
O
M
P
E
O
L
A
S
4202
00
4204
00
4206
00
4208
00
4210
00
4212
00
4214
00
1096600
1096400
1096200
SISTEMA NACIONAL DE COORDENADAS CRTM05
SISTEMA DE REFERENCIA DE COORDENADAS: CRTM05
ISOBATAS CADA METRO
R
O
M
P
E
O
L
A
S
SUSTENTANTES: OMAR SOTELO PORRAS Y MAIKOL LOPEZ CASTRO
PROYECTO :
DISTRITOCANTON
PROVINCIA
CONTENIDO :
LAMINA FECHA ESCALA
NOVIMBRE
INDICADA
FECHA DEL LEVANTAMIENTO: ABRIL 2013
4
2014
3
SUSTENTANTES: OMAR SOTELO PORRAS Y MAIKOL LOPEZ CASTRO
ESCALA 1:2000
R
O
M
P
E
O
L
A
S
R
O
M
P
E
O
L
A
S
4202
00
4204
00
4206
00
4208
00
4210
00
4212
00
4214
00
1096600
1096400
1096200
ISOBATAS CADA METRO
SISTEMA NACIONAL DE COORDENADAS CRTM05
SISTEMA DE REFERENCIA DE COORDENADAS: CRTM05
PUNTOS LEVANTADOS
R
O
M
P
E
O
L
A
S
PROYECTO :
DISTRITOCANTON
PROVINCIA
CONTENIDO :
LAMINA FECHA ESCALA
NOVIMBRE
INDICADA
FECHA DEL LEVANTAMIENTO: ABRIL 2013
4
2014
4
SUSTENTANTES: OMAR SOTELO PORRAS Y MAIKOL LOPEZ CASTRO
ESCALA 1:2000
R
O
M
P
E
O
L
A
S
R
O
M
P
E
O
L
A
S
4202
00
4204
00
4206
00
4208
00
4210
00
4212
00
4214
00
1096600
1096400
1096200
PUNTOS DE LEVANTAMIENTO
SISTEMA NACIONAL DE COORDENADAS CRTM05
SISTEMA DE REFERENCIA DE COORDENADAS: CRTM05
