Unidad 7 Batimetria

7/30/2019 Unidad 7 Batimetria

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TOPOGRAFA (INC 3201) CAPTULO VII: BATIMETRA

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Unidad VII: BATIMETRA

7.1 Conceptos de Batimetra

- Batimetra:El trmino Batimetra, procede del griego; el Diccionario de la Real Academia de

la Lengua, lo define como el arte de medir las profundidades. En Topografa, se entiendepor Batimetra, al levantamiento del relieve de superficies subacuticas, tanto en el fondodel mar, cursos de agua, embalses, etc.

Al igual que en Levantamientos convencionales, en un Levantamiento Hidrogrfico,la finalidad ser la obtencin de las coordenadas (X,Y,Z) de todos los puntos.

La parte ms compleja y que caracteriza a los diversos mtodos de levantamientosbatimtricos, es la determinacin de la profundidad. Esta operacin se denominageneralmente operacin de sondeo.

La profundidad de un punto se obtendr midiendo la distancia vertical entre elnivel del agua y la superficie del fondo. Para obtener la verdadera cota del puntolevantado, se deben tener en cuenta, por ejemplo, la correccin por marea u oleaje.

Figura 7.1: Medicin de la profundidad, efecto de marea y oleaje.


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- Marea:

La marea es el movimiento peridico de ascenso y descenso del nivel del mar. Esta

onda de marea es fundamentalmente la manifestacin de las fuerzas de atraccingravitacional que ejercen los cuerpos celestes sobre la Tierra en rotacin, en especial laLuna y el Sol, lo cual es conocido como marea gravitacional. Las mareas se miden conMareografos.

Tipos de Marea: Diurna: Solo hay un momento de marea alta y otro de marea baja al da. Semidiurna: Existen dos momentos de marea alta y dos de baja en un perodo

lunar. Mixta: Cualquier tipo de marea que se encuentre entre las dos anteriores.- Pleamar:

Marea alta. Nivel ms alto del agua. Puede ser u

- Bajamar:Nivel mnimo alcanzado por una marea vaciante en un da cualquiera.

Figura 7.2: Ejemplos de altura de marea.


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- Nivel Medio del Mar: (N.M.M.)

El nivel medio del mar se calcula en base a la observacin horaria de la altura de la

marea y puede ser definido en una primera aproximacin como el plano en torno al cualoscila la marea. El mtodo ms sencillo consiste en determinar el promedio aritmtico.

Para fines prcticos, el nivel medio del mar corresponde al promedio de las alturashorarias de la marea y puede ser diario, semanal, mensual y anual.

- Nivel de Reduccin de Sondas: (N.R.S.)Es el plano al cual estn referidas las sondas o profundidades de una localidad. Las

necesidades de navegacin requieren que la carta nutica en la cual se insertan las sondasmuestre la mnima profundidad que se puede encontrar en un punto, por lo tanto,usualmente se adopta como dtum de la carta algn nivel relacionado con las bajamares.

Al no existir uniformidad en cuanto a la eleccin de este plano, se reconociinternacionalmente que el dtum de marea de la carta nutica deber ser un plano tanbajo que la marea rara vez descienda bajo l. Normalmente, el dtum de la carta nuticaes tambin el dtum utilizado en las predicciones de marea que se incluyen en las tablasde marea.

Cada pas adopta el N.R.S. de acuerdo con las caractersticas del rgimen de mareade sus costas. Dado que el tipo de marea predomina en el litoral chileno corresponde al de

marea semidiurna mixta, se adopta para nuestras costas como nivel de reduccin desondas el plano determinado por la mayor bajamar en sicigias (Luna Llena o Nueva),estando la Luna en el perigeo (La Luna se encuentra a su menor distancia de la Tierra).

Sin embargo, Factores meteorolgicos y/o geomorfolgicos pueden ocasionar quela mayor bajamar en una localidad ocurra en das apartados de las sicigias y perigeos. Portanto, considerando un criterio conservador, al disponerse de una serie de observacin dela marea en un perodo, una buena aproximacin en la determinacin del N.R.S. la entregael nivel que alcanza la mayor bajamar registrada en el perodo.


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Figura 7.3: Esquema de Planos de Marea


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7.2 Levantamiento Batimtrico

Estos levantamientos se refieren a los trabajos necesarios para la obtencin de los

planos de masas de aguas, lneas de litorales o costeras, relieve del fondo de lagos y ros,ya sea para fines de navegacin, para embalses, toma y conduccin de aguas,cuantificacin de recursos hdricos, etc.

a) Zonas de EstudioEn primer lugar, hay que dividir el entorno marino en dos zonas muy distintas

entre s, en cuanto a caractersticas de la zona, tecnologa necesaria, etc.:

Litoral. Corteza ocenica.

Litoral:

Las zonas de litoral suelen verse afectadas por la accin de las corrientes, laerosin, el transporte y depsito de sedimentos, y la actividad humana (contaminacin,infraestructuras, etc.).

Si consideramos las zonas menos profundas del mar (con una profundidad inferiora los 20 m), cartografiarlas no es sencillo debido a la continua accin del hombre (eltrfico continuo de embarcaciones recreativas, de pesca, de transporte; la creacin deinfraestructuras, extracciones para playas, etc.), la accin de las mareas y susmovimientos, etc. Para no considerar el efecto de las mareas, el nivel del mar se miderespecto al nivel medio de la bajamar.

Figura 7.4: Batimetra de Litoral.


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Corteza Ocenica:

Se conoce como corteza ocenica (Oceanic Crust) aquella zona de la litsfera que

comprende los fondos marinos ms profundos (Kilmetros).

El conocimiento y cartografa de la corteza medio-ocenica ha sido especialmentedetallado; debe realizarse tanto a escala global, como mediante cartografas locales, loque ha llevado a un desarrollo de metodologa y aparatos concretos para este tipo deestudios.

Figura 7.5: Batimetra de Corteza Ocenica. (3D)

b) Mtodos Topogrficos en Batimetra Mtodos de posicionamiento planimtrico. Mtodos de posicionamiento altimtrico. Mtodos de posicionamiento 3D.

Como hemos indicado anteriormente, el objetivo de los levantamientosbatimtricos es la determinacin de las coordenadas X, Y, Z de los puntos del fondo. Hastapoca reciente los trabajos necesarios para ello se dividan en dos partes, separando lametodologa de obtencin de los datos en planimetra y altimetra.


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En cada punto observado se meda la situacin horizontal y la profundidad por

separado. En la actualidad la metodologa GPS hace posible aunar ambas tareas. Unabatimetra realizada por mtodos clsicos precisa en primer lugar que se realicen una

serie de trabajos topogrficos terrestres para poder representar la lnea de costa(implantacin de una red bsica, trabajos de nivelacin y la radiacin).

En una segunda fase se realiza el levantamiento del relieve submarino, que es el finde todas estas operaciones. Para las tareas de georeferenciacin (enlace con un sistemade coordenadas existente), se aplican los mtodos estudiados en los temas anteriores,determinando con precisin la posicin de un determinado nmero de bases sobre elterreno cercanas a la zona de trabajo. Estas bases pueden estar referidas directamente alos vrtices geodsicos o bien a otras bases de orden superior, todo ello depender de ladistancia existente entre la zona de trabajo, de los vrtices geodsicos y de lasnecesidades del trabajo.

Mediante mtodos altimtricos determinamos las altitudes de los distintos vrticesde la red altimtrica refirindolas a la superficie del Nivel medio del mar o Nivel deReduccin de Sonda. Apoyndonos en estas bases establecidas, y con sus coordenadasperfectamente definidas, se observarn los puntos que representan la lnea de costa y losaccidentes del terreno.

Efectuado el levantamiento de la lnea de costa, se procede a realizar ellevantamiento batimtrico propiamente dicho. Este proceso se realiza en dos etapas:

1) Determinar la posicin de la embarcacin. Esto depender de si existe visualposible con las bases terrestres previamente determinadas, determinando desde ellas pormtodos topogrficos la posicin del barco. En caso contrario tendramos que apoyarnosen visuales astronmicas.

2) Sondar, es decir, determinar la cota submarina correspondiente a cada punto.

Por ltimo, acabaremos representando grficamente sobre un plano los datosprocesados y procedentes de las medidas efectuadas anteriormente expuestas. En ellevantamiento batimtrico los puntos se organizan en curvas de nivel batimtricas.


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Mtodos de posicionamiento planimtrico:

El levantamiento topogrfico de las costas realizado desde tierra, se realiza como

en cualquier trabajo topogrfico, pero para determinar la posicin planimtrica de unpunto marino (materializado por la embarcacin que efecta el sondeo), cuyaprofundidad queremos medir, es necesario recurrir a procedimientos especiales.

Existen varios mtodos de posicionamientos para obtener las coordenadas (X, Y)de los puntos submarinos, mtodos que han ido evolucionando a medida que lo hanhecho las tecnologas:

Mtodos directos: Es el ms bsico y se utiliza para poca precisin. Se fundamenta en lamaterializacin de una alineacin, por medio de una cuerda atada a cada extremo de laorilla, a distancias determinadas. El mtodo consiste en colocar el buque en cada marcade la cuerda y determinar en estos puntos la profundidad. Est limitado por lasdimensiones de trabajos y la precisin requerida.

Radiacin: Se realiza con una estacin total situado en tierra en un punto decoordenadas conocidas, y que se ha orientado a otro punto de coordenadas tambinconocidas. El prisma va en la embarcacin. El mayor inconveniente es el movimiento delbarco y el oleaje del agua. El prisma, que refleja la onda emitida por el distancimetro,est en continuo movimiento y esto provocar una prdida de seales.

Metodologa GPS: Los equipos GPS han hecho posible la aplicacin de las observaciones

a satlites en la determinacin de la posicin de puntos en la superficie terrestre o enembarcaciones. Los escasos tiempos de observacin que se requieren permiten alcanzarelevadas precisiones, evitando la excesiva influencia del movimiento de la embarcacin.Se necesita situar una estacin de referencia en tierra y llevar un receptor en laembarcacin.

Radiobalizas: Esencialmente consiste en la medicin de distancias entre el buque y dospuntos de coordenadas conocidas, por medio de ondas electromagnticas, comparandodiferencias de fase o de tiempos. Este mtodo tiene un alcance de 1200 Km. con ondasUHF u 80 Km. con microondas.


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Mtodos de posicionamiento altimtrico:

La determinacin altimtrica consiste en determinar la cota de los puntos

midiendo la distancia vertical existente entre la superficie del agua y el punto en el fondo.Estas cotas habrn de referirse siempre, a las coordenadas (X,Y) del punto en el que seest situado en el momento de la obtencin de la profundidad. A esta determinacinaltimtrica del relieve submarino se la denomina operacin de sondeo. Se debe realizar untrabajo previo que consiste en situar un origen altimtrico (punto de cota conocida) entierra, respecto al cual se determina la cota de la superficie de agua.

El sondeo es la parte definitiva de cualquier batimetra y aporta los elementossuficientes para garantizar la seguridad en la navegacin al facilitar informacin de lasprofundidades submarinas.

El instrumento que se utiliza para la medicin de profundidades se denominaSONAR: Sound Navigation and Ranging. Son aparatos que graban informacin detransmisiones bajo el agua. Consta de un emisor de ondas de sonido y de un receptor. Lasondas regresan tras rebotar en algn cuerpo material. Mediante el sonar, la medida de laprofundidad es continua a lo largo de la lnea que sigue la embarcacin, pudindoseobtener bien en un registro grfico o en un medio magntico.

Podemos encontrar los siguientes equipos:

Escandallo: Las primeras sondas eran simples pesos de plomo de forma tronco cnica

(especie de plomada) atados a una cuerda (sondaleza), que se dejaba caer hasta tocar elfondo. Este tipo de sonda slo se utiliza hoy en da para trabajos muy expeditos y cercanosa la costa.

Figura 7.6: Escandallo

Sondas mecnicas: Formada por una bobina de cuerda de acero y un dispositivo deregistro de profundidades. Est influenciada por las corrientes, lo que le hace perder laverticalidad pudiendo estar afectados los resultados de un gran error de desplazamiento.


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Sondas elctricas: En estos aparatos se aplica la electricidad reemplazandoventajosamente a las sondas anteriores. Un cilindro vertical lleno de mercurio hasta ciertaaltura, va sujeto a una cuerda que contiene tejido un doble conductor flexible y aislado;

los dos extremos de los hilos son los reforos de una pila que se halla en el buque yterminan en una caja cilndrica; en el circuito, cerca de la pila, va un timbre; el cilindro sehalla completamente cerrado. Mientras desciende el escandallo, el mercurio ocupa laparte baja del cilindro, no hay contacto y el circuito est abierto; pero en el momento enque el cilindro ha tocado fondo se inclina, y el mercurio cubre los reforos, los uneelctricamente, y cierra el circuito haciendo sonar el timbre. Luego se hace girar untambor, que pone en movimiento a un contador que seala la profundidad.

Sondas acsticas: (Ecosonda) Permiten una mayor rapidez en el levantamiento, a la parque proporcionan una mejor representacin del fondo submarino, al registrar de unaforma continua la lnea que se va levantando. El principio fundamental consistesimplemente en registrar el tiempo que transcurre desde que un impulso sonoro esemitido desde el buque y recogido nuevamente en l tras reflejar en el fondo del mar.Como la velocidad del sonido en el agua es conocida, el problema se reduce a medir eltiempo empleado en el doble recorrido.

Figura 7.7: Ecosonda

Mtodos de posicionamiento 3D:

Como se ha indicado el problema en los levantamientos batimtricos es

correlacionar la posicin planimtrica y la determinacin de la profundidad para nointroducir errores en la determinacin de la posicin del punto situado por debajo de lasuperficie del agua, y que va a ser el que se represente en la cartografa final. El problemadel movimiento en la superficie se consigue disminuir al aumentar la rapidez en ladeterminacin de las coordenadas del punto radiado. Existe gran variedad de mtodospara realizar los levantamientos batimtricos, pero sin lugar a dudas, el ms extendido yutilizado actualmente, es el mtodo combinado de GPS + Ecosonda digital.


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Figura 7.7: Mtodo de Posicionamiento 3D (GPS + Ecosonda).

c) Aplicaciones de Batimetra en Obras de Ingeniera

En obras de ingeniera, las aplicaciones principales son:

Obras portuarias, tanto en la construccin de nuevos proyectos como enrehabilitacin, drenado, ampliacin, o trabajos de otros ya existentes.

Emplazamiento de los rompeolas, espigones, etc. en puertos y zonas costeras. Simulacin y prediccin de movimientos de agua en zonas de inters, a travs de

modelos matemticos y a partir de modelos digitales del terreno. Tendidos de lneas subacuticas, como pueden ser lneas elctricas y fibra ptica,

u otro tipo de conductos como gasoductos, oleoductos, etc. Prospecciones petrolferas, tanto en tareas de anlisis de las posibilidades de una

zona, como del emplazamiento de las plataformas en s. Navegacin y posicionamiento de equipos, sumergibles tripulados, y seguimiento

durante y despus de la inmersin. Optimizacin de transportes navales, mediante el estudio de las mejoresalternativas a partir de modelos digitales del terreno.

Estudio y determinacin de posibles vas de depsito y movimiento de sedimentos. Estudio de los movimientos tectnicos, erupciones volcnicas, etc. Determinacin de volmenes; Etc.

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