UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA

MODELO DE PROCESAMIENTO DE DATOS TOPOGRAFICOS APLICADO EN INGENIERIA HIDRAULICA

MARCOS ANTONIO DIAZ NUEZ 2002

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA

MODELO DE PROCESAMIENTO DE DATOS TOPOGRAFICOS APLICADO EN INGENIERIA HIDRAULICA

TRABAJO DE TITULACIN PRESENTADO EN CONFORMIDAD A LOS REQUISITOS PARA OBTENER EL TTULO DE INGENIERO DE EJECUCIN EN GEOMENSURA

PROF. GUIA: VCTOR PANTOJA MAZZINI

MARCOS ANTONIO DIAZ NUEZ 2002

AGRADECIMIENTOQuiero partir agradeciendo a mi familia por su apoyo incondicional, especialmente a mis padres y hermanos, que estuvieron en todo momento junto a mi, los quiero mucho.

Quisiera agradecer a mis amigos de la Universidad, que hicieron que el paso por ella fuera una de las mejores experiencias de mi vida, y que los momentos difciles, fueran tomados como desafos y no como problemas.

Finalmente agradezco a todas las personas que trabajan en el Instituto Nacional de Hidrulica, por haberme permitido desarrollarme como persona y como profesional, especialmente al seor Juan Carlos Vergara, quien me brind su apoyo en todo momento.

NDICERESUMEN 1

CAPTULO 1. INTRODUCCIN 1.1 ANLISIS HIDRULICO DE LA CONFLUENCIA DEL ESTERO LAMPA CON EL RO MAPOCHO 1.1.1 Generalidades 1.2 MARINA Y PUERTO DE CRUCEROS EN CALETA EL MORRO IQUIQUE I REGION 1.2.1 Generalidades

2

5

9

CAPTULO 2 MARCO TERICO 2.1 FUNDAMENTO TERICO 2.1.1 CAMPAAS TOPOBATIMTRICAS 2.1.1.1 Hidrografa 2.1.1.2 Campaas batimtricas 2.1.1.3 Levantamientos topobatimtricos en playas 2.1.1.4 Medicin de la marea 2.1.2 TCNICAS DE POSICIONAMIENTO 2.1.2.1 TCNICAS VISUALES Y MANUALES DE POSICIN 2.1.2.1.a mtodos visuales de posicin 2.1.2.1.b posicin mediante lnea de etiqueta 2.1.2.1.c interseccin o triseccin 2.1.3 TCNICAS DE MEDIDA DE LA PROFUNDIDAD 2.1.3.1 MTODOS MANUALES 2.1.3.1.a escandallo 2.1.3.1.b la barra de sondeo (plancha) 2.1.3.2 MTODOS ACSTICOS (ECOSONDAS) 2.1.3.2.a acstica bsica en hidrografa 2.1.3.2.b ecosonda de haz simple

12 12 12 12 13 14 17 19 20 20 21 21 24 24 24 25 26 27 30

2.1.3.2.c compensador de oleaje 2.1.3.2.d calibracin del ecosonda

37 38

2.1.4 MTODOS DE MEDICIN DE CAUDALES 2.1.4.1 Tipos de aforadores 2.1.4.2 Caractersticas de un aforador 2.1.4.3 Medicin de aforo 2.1.4.4 Seccin de aforo 2.1.4.5 Medicin mediante molinete 2.1.5 MODELOS A ESCALA 2.1.6 NORMAS Y ESTNDARES DE INFORMACIN TERRITORIAL, UNA VISIN ACTUAL 42 43 44 46 48 50 52

CPITULO 3 DESCRIPCIN DE LA TOMA DE DATOS, FORMAS DE OBTENCIN E INFORMACIN COMPLEMENTARIA 3.1 Recopilacin de antecedentes 3.1.1 Fotografas areas 3.2 Medicin topogrfica 3.2.1 Planteamiento del problema 3.2.2 Definicin del problema 3.3 Trabajos de terreno 3.3.1 Levantamiento Topobatimtrico 3.3.2 Medicin de caudales 3.4 MARINA Y PUERTO DE CRUCEROS EN CALETA EL MORRO IQUIQUE I REGION 3.4.1 Recopilacin de antecedentes 3.4.2 Medicin topogrfica 3.4.2.1 Planteamiento del problema 3.4.2.2 Definicin del problema 3.4.2.3 Medicin de la red de apoyo 3.4.2.4 Medicin de costa y batimetra 69 69 70 70 71 71 74 60 60 60 61 61 62 63 64 67

3.4.2.5 Toma de muestras superficiales playa y fondo marino 3.4.2.6 Medicin de mareas

75 76

CAPTULO 4 DESCRIPCIN DE LOS PROCESOS DE CLCULO Y DIBUJO 84 4.1 ANLISIS HIDRULICO DE LA CONFLUENCIA DEL ESTERO LAMPA CON EL RO MAPOCHO 4.1.1 Control 4.1.1.1 Ro Mapocho 4.1.1.2 Estero Lampa 4.1.2 Evaluacin 4.1.2.1 Pendiente del cauce 4.1.2.2 Problemas hidrulicos en los puentes 4.1.2.3 Problemas con la densificacin del cauce 4.1.3 Generacin de la superficie tridimensional 4.1.4 Representacin fotorrealista 84 86 86 89 90 91 92 95 96 98

CAPTULO 5 RESULTADOS 5.1 GENERACIN DE LA GRILLA DE PUNTOS PARA MIKE 21 5.2 GENERACIN DE PERFILES TRANSVERSALES 5.3 CONSTRUCCIN PLANOS DE ZONAS DE INUNDACIN 5.4 CLCULO DE AFOROS 106 108 110 111

CAPTULO 6 ANLISIS Y CONCLUSIONES 6.1 RESUMEN DEL MODELO PROPUESTO 6.1.1 Estructura bsica del modelo 6.2 RECOMENDACIONES PARA LLEVAR A CABO EL MODELO 6.3 CONCLUSIONES 112 113 114 123

ANEXOS FOTOGRAFAS AREAS EJE HIDRULICO AFOROS CARTA GANT PLANOS 126 131 136 145

147

RESUMENEste trabajo tiene como objetivo demostrar que, es posible que a travs de un modelo de trabajo, se puede agilizar cada estudio, y as llevar un mayor control y orden de los datos, adems de disminuir los tiempos requeridos para cada estudio.

Se abordan en esta presentacin las etapas necesarias, que bien planificadas permiten llegar al producto final deseado, que es entregar la informacin topogrfica necesaria para realizar trabajos de ingeniera hidrulica.

Mediante el modelo propuesto, se espera optimizar los procesos tendientes a la elaboracin de planos, tablas, e informacin de distintos mbitos de la ingeniera, como hidrologa, hidrografa, hidrometra, etc., relacionados de una u otra manera con el quehacer de la ingeniera hidrulica. Tambin constituye un factor importante responder a la entrega de estos resultados dentro de cnones de confiabilidad en cada estudio realizado por el Instituto Nacional de Hidrulica.

Por todo lo mencionado, se requiere de personal preparado, que sea capaz de enfrentar el terreno, su posterior proceso y presentacin de la informacin topogrfica afn necesaria para los objetivos de un estudio.

CAPITULO 1. INTRODUCCIN

El instituto nacional de hidrulica (INH), es una entidad autnoma del estado, incorporada al Ministerio de obras Pblicas (MOP).

Sirve al pas en los campos de la ingeniera hidrulica fluvial y martima, calibracin de instrumentos y maquinarias hidrulicas docencia e investigacin cientfica y aplicada. Para el desarrollo de su labor utiliza, mediciones de terreno, tcnicas experimentales modernas de laboratorio y modelos numricos de ltima generacin.

En esta institucin se han desarrollado estudios como el mejoramiento de los track de navegacin en Valdivia, mejoramiento de la estructura fsica de los puertos de San Antonio, Valparaso, San Vicente, etc., en el rea martima; y en el rea fluvial estudios de defensas y obras ribereas para distintos tramos de los ros Mapocho, Maipo, Cachapoal, etc.

En la actualidad el INH se encuentra desarrollando varios proyectos, que requieren como antecedente base, de la informacin proporcionada por la topografa del lugar.

Esta informacin recopilada en terreno, sumada a otras anexas o complementarias, se procesa, dando como producto final planos de informacin general, de detalle de obras, de batimetra, de redes, de muestras granulomtricas o sedimentolgicas, etc.

Estos procesos requieren actualizarse permanentemente de acuerdo a la implementacin de nuevas tecnologas instrumentales, computacionales o de otro tipo.

En este contexto y considerando que las empresas del Estado hoy se encuentran en proceso de modernizacin, proces o al cual el INH se ha incorporado dada su condicin natural y su rol en el pas, se plantea reestructurar y replantear los sistemas de manejo, control, evaluacin, proceso y resultados de las funciones especficas de la empresa.

De esta forma, se genera la necesidad de redefinir entre otras, la estructura de procesamiento de la informacin topogrfica y la entrega de sus resultados. Esta nueva estructura, debe ajustarse a la necesidad de optimizar y sistematizar los actuales procesos utilizando el recurs o y la tecnologa actual.

Dicha estructura implementada de acuerdo a las necesidades de la empresa y los continuos cambios tecnolgicos, puede obedecer a un modelo. Este, ha sido propuesto de acuerdo a lo planteado y pensado para ser un aporte a los futuros estudios, teniendo como objetivo principal dar agilidad a los procesos, tener mayor control y orden, disminuyendo y optimizando los tiempos hasta ahora utilizados en este tipo de procesos.

El modelo propuesto se realizar a partir del trabajo realizado en dos estudios, uno fluvial y otro martimo. De estos dos estudios hidrulicos, ahora se hace una introduccin para la interiorizacin de ellos.

1.1 ANLISIS HIDRULICO DE LA CONFLUENCIA DEL ESTERO LAMPA CON EL RO MAP OCHO

1.1.1 GENERALIDADES

En Enero de 2001, la Direccin de Obras Hidrulicas del Ministerio de Obras Pblicas, en adelante DOH, encarg al Instituto Nacional de Hidrulica, INH, el desarrollo del estudio denominado "Anlisis Hidrulico de la Confluencia del estero Lampa con el ro Mapocho".

Este estudio tiene por objetivo determinar las intervenciones que permitan mejorar el funcionamiento hidrulico de la confluencia del estero Lampa con el ro Mapocho, dado que este ltimo acta como condicin restrictiva a la evacuacin del estero, represndolo e incrementando sus niveles, inundando sus reas ribereas.

La zona inicial del estudio se encuentra emplazada en el sector de Lo Aguirre, Regin metropolitana, en el kilmetro 18 de la ruta 68, que une Santiago con Valparaso. Este estudio abarca desde 600 metros aguas abajo de la confluencia y se extiende 1000 metros aguas arriba por el ro Mapocho y 1300 metros por el estero Lampa.

El estudio de la confluencia del ro mapocho y el estero Lampa, o estudio original, comprenda la zona mencionada, pero durante el transcurso del trabajo de la zona de la confluencia, la DOH pidi unir al mismo estudio la zona inmediatamente aguas abajo, o estudio complementario, de una extensin aproximada a los 2300

m., entonces para referirse a la zona de la confluencia se hablar de zona 1 y para referirse a la zona inmediatamente aguas abajo se hablar de zona 2 o estudio complementario.

La nueva zona de estudio qued definida entonces como se ve en la figura n1

Es importante sealar que en la unin de ambas zonas se produce un traslape, que debi ser analizado y comparado minuciosamente, pues el que hubiese una perfecta coordinacin o enlace entre las zonas 1 y 2, fue fundamental para que el estudio pudiera cumplir con sus objetivos.

1.2 ESTUDIO MARINA Y PUERTO DE CRUCEROS EN CALETA EL MORRO IQUIQUE I REGION

1.2.1 GENERALIDADES

La Ilustre Municipalidad de Iquique solicit al Instituto Nacional de Hidrulica un estudio de ingeniera avanzada, que considera aspectos tericos y experimentales de un Proyecto de Marina Deportiva y Puerto para Cruceros en el sector de Caleta El Morro en Iquique.

Para cumplir con los objetivos planteados para este estudio, se realiz una modelacin numrica y una modelacin fsica, tanto bidimensional como tridimensional. Para que esto sea posible, se realiz una campaa de terreno para recabar la informacin topogrfica e hidrogrfica, como as tambin un muestreo superficial de playa y de fondo marino en el sector a estudiar.

La siguiente fotografa y esquema, muestra la ubicacin del proyecto en una vista area de Iquique y un detalle de la zona en estudio

CAPTULO 2 MARCO TERICOEn este captulo se especifican y enuncian los mtodos y normas a seguir en la actividad normal y ms cotidiana de esta institucin (INH) relacionada con la ingeniera hidrulica.

Para ello, se fundamentan desde el punto de vista terico y legal los diferentes mtodos y tcnicas utilizadas hoy en da, as como tambin la normativa vigente que regula este mbito de la ingeniera.

2.1 FUNDAMENTO TERICO

Existen

variados

mtodos

para

enfrentar

una

medicin

topogrfica.

La

conformacin de redes a travs de triangulaciones, poligonales, cuadrilteros o cualquier otra forma que permita conocer, compensar o ajustar los valores medidos. Los mtodos de levantamiento terrestre como interseccin angular, radiacin o taquimetra que permiten la configuracin de un relieve a travs de un plano o figura tridimensional.

Los mtodos combinados como la aerofotogrametra, que a travs de fotografas areas y levantamientos de apoyo terrestre permiten conocer la topografa o conformacin del relieve en un rea de inters.

Se tiene dentro de estos ltimos los levantamientos hidrogrficos que utilizando tcnicas de apoyo terrestre, visual o de imgenes, en combinacin con tcnicas marinas y el uso de embarcaciones, permiten conocer la estructura de los fondos marinos.

2.1.1 LAS CAMPAAS TOPO-BATIMTRICAS

2.1.1.1 Hidrografa

Se puede definir Hidrografa como la descripcin y el estudio de los mares, lagos, ros y cualquier otra extensin de agua con respecto a:

a) La medida del flujo y la investigacin de la conducta de las corrientes, especialmente con referencia al control o la utilizacin de sus aguas.

b) El estudio de la variacin de las propiedades fsicas del agua, como salinidad, temperatura y oxgeno disuelto.

c) La medida de mareas y c orrientes sobre todo como ayuda a la navegacin.

d) Analizar y trazar planos de la superficie terrestre bajo las extensiones de agua.

Dentro de la definicin del punto d, se encuentran los trabajos batimtricos, que contienen todos los aspectos relacionados con la medida y definicin de la configuracin del fondo bajo la superficie del agua y en algunos casos las reas adyacentes o contiguas de tierra.

2.1.1.2 Campaas batimtricas

Con lo expuesto anteriormente , se puede decir que una campaa batimtrica consiste en la toma de datos en la naturaleza, que permita reproducir en un plano la superficie de tierra que se encuentra bajo la capa de agua, para lo que es necesario obtener las tres coordenadas (x, y, z) de una malla de puntos. Esta informacin sirve de soporte para una gran variedad de actividades: construccin y control de proyectos de ingeniera martima, conservacin y dragado de puertos, ingeniera costera (estudios de erosin y realimentacin de playas), planificacin, mantenimiento y regulacin de la navegacin civil, construccin de tuberas y hasta, en determinadas ocasiones, la definicin de la naturaleza de los fondos marinos (arena, fango, roca, algas, etc.).

En un levantamiento batimtrico se obtienen por un lado, las coordenadas de posicin x e y" y por otro la coordenada "z" correspondiente a la profundidad. Mientras se realizan estos trabajos el nivel de agua generalmente no permanece constante, y por tanto es de suma importancia obtener los valores de estas variaciones, de tal manera que se puedan corregir en tiempo real o en posproceso las medidas obtenidas de la profundidad. Adems, el volumen de datos recogidos con la mayora de los mtodos actuales es tan amplio, que se hace necesario almacenarlos en un computador, dotado del software adecuado para la gestin de los diversos sensores del sistema que se usan en cualquier tipo de inspeccin hidrogrfica.

A continuacin se nombran y explican algunos de los mtodos que se han usado, o se usan en la actualidad para la obtencin de las coordenadas de posicin.

2.1.1.3 Levantamientos topo-batimtricos en playas

En determinados trabajos de ingeniera de costas los datos de la zona sumergida se deben complementar con datos topogrficos de la zona emergida. Algunas veces se realiza un levantamiento topogrfico y uno batimtrico por separado, que representa una imagen instantnea de la situacin de una playa, para realizar un proyecto de regeneracin o proteccin de la costa, por ejemplo, mientras que en otras ocasiones, es necesario realizar inspecciones sistemticas para determinar la tendencia a largo plazo de la estabilidad o inestabilidad de un playa, las variaciones del perfil de la misma, un balance de sedimentos, el diseo y posterior seguimiento de obras,etc.

En este tipo de reconocimientos suelen planificarse perfiles perpendiculares a la costa (perfiles transversales), a lo largo de toda la playa y referidos a una lnea base establecida en la trasplaya o en el paseo martimo. Estos perfiles, que combinan la topografa convencional en tierra con perfiles hidrogrficos en la zona sumergida, pueden ser alineados desde sus propias cabeceras Con un acimut de referencia. Si la playa es rectilnea y uniforme, los perfiles se disearn paralelos y equidistantes, mientras que si es curvilnea se mantendr la perpendicularidad a la costa y en funcin de la curvatura de sta tendern a cortarse mar adentro o en la trasplaya. En formaciones singulares de la playa seca, como pueden ser las dunas, el levantamiento se efecta por radiacin en los puntos ms significativos.

El espaciado entre perfiles depende en gran manera del proyecto. Para estudios costeros generales de erosin, la distancia entre perfiles puede ser de 100 o 150 metros en funcin de la regularidad de la costa. En cambio, si se trata de calcular el volumen para el pago de una alimentacin artificial es necesario ampliar el nmero de perfiles separndolos entre 35 y 70 metros. En playas con obras, la distancia entre perfiles debe ser ms reducida (50 m) al menos en la cercana de las mismas, ya que las variaciones (en las diversas secciones transversales) suelen

ser mayores y una mayor densidad facilitar que la evaluacin volumtrica sea ms correcta.

El punto crtico en estos reconocimientos es precisamente la zona de traslape entre trabajos topogrficos y batimtricos. La topografa de la playa emergida debe realizarse en marea baja, mientras que la playa sumergida ha de ser inspeccionada en marea alta.

La estacin de referencia ser la misma, tanto para la lnea base en tierra como para el nivel del mar, condicin indispensable para que exista continuidad entre la playa emergida y sumergida. Al mismo tiempo las zonas de traslape, resueltas topogrfico e hidrogrficamente, servirn de comprobacin.

En el levantamiento de la playa emergida los mtodos empleados son los de la topografa convencional (estaciones totales, o teodolito ms distancimetro) y, ya en la actualidad, el GPS diferencial con correcciones de fase, con el que se han alcanzado precisiones centimtricas en la definicin de las tres coordenadas. La playa sumergida puede ser realizada con cualquiera de los mtodos ya citados, en funcin de las caractersticas del proyecto.

En determinadas ocasiones se ha planteado la necesidad de prescindir de la masa de agua, por ser la causante de muchos errores que se cometen en este tipo de trabajos, recurrindose a la medida directa de la diferencia de cota entre un punto y el origen. Los mtodos empleados, prolongacin del sistema convencional o utilizacin de vehculos anfibios, estn limitados a profundidades muy pequeas.

2.1.1.4 Medicin de la marea

Para efecto de corregir la marea al momento de la medicin en los valores registrados en el ecograma de los puntos medidos, se realiza una medicin de la marea del lugar.

Existen distintos mtodos hidrogrficos para conocer la marea de un lugar en cualquier instante del ao. Estos mtodos se traducen en un conocimiento anticipado o pronstico de la marea para todo un ao, a travs de la publicacin anual del SHOA tablas de marea para todos los puertos principales y secundarios del pas, y adems algunos puertos de importancia para el resto del mundo.

Estos pronsticos se apoyan bsicamente en observaciones o registros del servicio, utilizando reglas de mareas, maregrafos de inscripcin anloga o digital, instalados a lo largo de todo el litoral y especialmente en puertos, caletas y pasos de importancia para la navegacin.

Una muestra de estas tablas se aprecia en la figura 2.1

FIGURA 2.1 MUESTRA TABLA DE MAREAS PUERTO DE IQUIQUE AO 2002

Dada la brevedad del tiempo disponible para realizar una campaa de terreno para los fines usualmente requeridos, los das de sondaje batimtrico no sobrepasan la semana. Para perodos inferiores a un mes es conveniente, recomendado y aceptado por el SHOA utilizar reglas de marea.

Las reglas de marea se instalan en muelles o estructuras existentes, mientras sea posible, en caso contrario, se trinca un madero o fierro gua sujeto con vientos anclados y a l se fija una regla de marea de largo consecuente con la variacin de marea del lugar. La regla de marea es muy similar a la mira topogrfica y normalmente requiere de adiestrar en el terreno a una persona que acte como lector de mareas. Las lecturas se realizan por lo general durante el da (salvo casos especiales) aprovechando la luz solar y considera 2 a 5 antes del sondaje e igual perodo despus de este.

2.1.2 TCNICAS DE POSICIONAMIENTO

Como es sabido no se necesita el mismo nivel de precisin para todos los trabajos que se realizan en el medio acutico. Durante la planificacin de cada uno de ellos, ser imprescindible establecer la calidad de los datos a recoger y en funcin de estos, escoger los mtodos de trabajo ms adecuados para conseguir esa precisin. Para la determinacin de las coordenadas (x, y) existen varios mtodos que se pueden separar en dos grandes grupos: las tcnicas visuales y manuales de posicin, y las tcnicas electrnicas.

2.1.2.1 Tcnicas visuales y manuales de posicin

Se abordarn en esta seccin los mtodos visuales, la lnea de etiqueta, el sextante y la biseccin o triseccin. Aunque la mayora de stas tcnicas ya no son muy utilizadas, su conocimiento es conveniente pues pueden tener aplicacin ocasional en zonas donde los medios electrnicos o las tcnicas GPS no sean posibles de realizar, as como en trabajos pequeos, donde no se cuenta con un presupuesto que permita utilizar tcnicas ms modernas.

2.1.2.1.a Mtodos visuales de posicin

Consiste en determinar la posicin por medio de la interseccin de visuales, con respecto a objetos identificables situados en tierra. Por medio de jalones, banderas etc., situadas sobre lneas base con distancias prefijadas, se crea una cuadrcula. Se asume una velocidad constante para la embarcacin (generalmente un bote) y se interpolan las sondas entre puntos definidos de la malla. La exactitud es muy escasa por lo que los datos obtenidos son aproximados y no deben ser usados ni para diseo ni para construccin. El error promedio es de unos cien metros y slo se usa para determinados tipos de dragado.

2.1.2.1.b Posicin mediante lnea de etiqueta

Conocida una alineacin determinada (marcada por banderas, sextantes, teodolitos), la posicin queda fijada mediante un cabo o cable etiquetado. Es un procedimiento exacto en distancias limitadas y con la ejecucin apropiada, ya que su precisin depende sobremanera de la tensin del cable y del mantenimiento de la alineacin de la nave frente a las corrientes o el oleaje.

2.1.2.1.c Interseccin o triseccin

Consiste en dos o ms observadores con teodolitos, situados en puntos conocidos de tierra, que lanzan visuales hacia el mvil determinando los ngulos (respecto a un origen) que ocupa en cada una de las posiciones. El punto de cruce de estas lneas fijar la situacin de la embarcacin en cada uno de los puntos donde se ha efectuado un sondeo. Para obtener simultaneidad entre toma de posicin y sonda, debe existir una buena comunicacin entre los operadores situados en tierra y el que maneja el equipo de sondeo en la embarcacin. Los datos pueden ser anotados o pasar directamente a libretas electrnicas aunque, como en el caso anterior, se pueden transmitir los ngulos si se pretende trabajar en tiempo real, lo que no es frecuente. Los resultados obtenidos son ms precisos si el nmero de instrumentos se ampla a tres, permitiendo adems que uno de ellos se use para marcar la alineacin del perfil, desplazndose por las cabeceras de los mismos.

Este mtodo es aceptable para todo tipo de trabajos batimtricos. Tiene la limitacin de que es til nicamente en aquellos casos en los que existe una perfecta visibilidad desde tierra de la embarcacin a posicionar, por lo que s es conveniente para trabajos de ingeniera de costas.

La exactitud de la posicin es de evaluacin compleja ya que depende no slo de la precisin de los instrumentos, sino de la destreza de los operadores, de la simultaneidad de las lecturas y tambin del rea de proyecto.

Las figuras 2.2 y 2.3 muestran esquemas de los mtodos de interseccin angular.

2.1.3 TCNICAS DE MEDIDA DE LA PROFUNDIDAD

En esta seccin se vern algunos de los mtodos existentes para la determinacin de la profundidad, estos mtodos se dividen en dos grupos: las tcnicas manuales y las tcnicas electrnicas.

2.1.3.1 Mtodos manuales

Las dos tcnicas ms usadas son, el escandallo y la barra de sondeo.

2.1.3.1.a Escandallo

Consiste en una lnea de plomo, cadena de acero o cualquier variedad de materia metlica flexible, de expansin mnima, de la que se suspende una plancha o disco pesado. Las lneas van etiquetadas a intervalos, que son ms o menos densos en funcin de la precisin requerida. Las etiquetas sern fcilmente legibles y se pueden sujetar a la lnea de diversas maneras en funcin del material, siempre tratando de que no sufran ningn tipo de desplazamiento. El disco o plancha es conveniente que vaya taladrado de forma simtrica y gire libremente sobre la lnea. Con escandallo no es recomendable superar profundidades de 15 20 metros aunque la precisin disminuye en gran manera en cuanto se superan los 6 7 metros.

La medida se efecta mediante cada libre sobre la vertical, teniendo cuidado en evitar el ngulo sobre la misma que se produce en caso de flujo de marea, corrientes u oleaje. Las medidas con este aparato es conveniente que no sean excntricas con respecto a la referencia del sistema de posicionamiento, debiendo ser aplicadas las correcciones oportunas en caso contrario. Las profundidades

observadas se registran en hojas de campo y sern corregidas posteriormente con las variaciones resultantes de los datos de marea o de las calibraciones peridicas. Estas lneas sern calibradas mediante la comparacin de los intervalos marcados con una cinta de acero, obteniendo los valores que se deben computar como diferencia entre intervalos verdaderos y marcados. Los errores mximos no excedern de los admisibles al uso y en caso contrario las marcas mal situadas han de ser repuestas en el lugar adecuado.

2.1.3.1.b La barra de sondeo (plancha)

Consiste en una barra plana uniforme y ligera, de no ms de 6 metros de longitud, dotada de un plato circular o cuadrado de aluminio en la base, marcada con pintura a intervalos regulares en funcin de la precisin requerida. Son especialmente recomendables en reas con vegetacin espesa en el fondo donde las seales electrnicas pueden dar respuestas falsas y es necesario sondar a mano. Es el mtodo de medicin de profundidad ms exacto en aguas superficiales, especialmente adecuado para la piedra sumergida. Su uso queda restringido a profundidades inferiores a 5 metros. La barra ser calibrada con una cinta de acero, siendo comprobada a intervalos de tiempo peridicos y si las diferencias exceden el mximo admisible, las marcas han de ser repintadas.

Las lecturas sern directas y es conveniente no ejercer ninguna presin en su manejo, sobre todo si existen sedimentos blandos en el fondo. La barra debe ser mantenida vertical, pudiendo llevar un nivel, especialmente en caso de corrientes fuertes. Las observaciones al ser referidas al nivel del agua deben ser anotadas y corregidas posteriormente, tanto por variacin de marea como por calibracin o excentricidad horizontal.

La barra de sondeo o plancha, de acuerdo a las normas del SHOA debe utilizarse para calibrar el ecosonda con mediciones a distintas profundidades, al inicio y final de cada batimetra.

2.1.3.2 Mtodos acsticos (ecosondas)

Ya en 1822, Daniel Colloden hizo una tentativa para calcular la velocidad de transmisin del sonido en el agua, mediante la tcnica de golpear una campana sumergida cuyo sonido era recogido por un hidrfono rudimentario, obteniendo resultados notablemente cercanos a los actuales. En el ao 1900, midiendo lo que tardaba un sonido por el aire y otro por el agua, generados al mismo tiempo que una onda radio entre dos embarcaciones alejadas, se obtuvo una medida ms precisa.

Sin embargo, no fue hasta la primera mitad del siglo XX, cuando se comprob que el sonido se comporta de forma diferente en diversas partes del ocano, ya que la temperatura y la salinidad pueden cambiar la velocidad y direccin del mismo cuando se transmite por el agua.

Como en la actualidad las tcnicas acsticas (ecosondas) son las ms usadas para la determinacin de la profundidad, se muestran a continuacin conceptos de acstica bsica.

2.1.3.2.a Acstica bsica en hidrografa

Para medir una distancia en el agua por medio de ondas sonoras, slo hay que conocer el tiempo transcurrido entre la emisin y su posterior recepcin tras rebotar en un obstculo y la velocidad del sonido en el medio. Veamos a continuacin algunos de los principios bsicos de la Acstica que pueden servir de apoyo para el apartado siguiente.

a) Las ondas de sonido en el agua no siempre viajan en lnea recta, sino que siguen el camino de menor resistencia. Sus rayos se pueden flexionar de acuerdo con las propiedades fsicas del agua (densidad, velocidad del sonido). Supongamos que disponemos de un sistema de emisin de ondas sonoras apuntado perpendicularmente al fondo de una columna de agua y de otro sistema que lo hace con un determinado ngulo a travs de la misma. Si existen capas con diferente velocidad del sonido, el haz que viaja perpendicularmente a estas capas no sufrir refraccin alguna. Sin embargo, el rayo que lo hace de forma inclinada, trazar un camino real que no ser una recta, sino que sufrir unas ciertas desviaciones (cada vez que atraviese una capa de agua con diferente velocidad de transmisin) que lo har incidir en una zona del fondo difcilmente predecible. Conforme las ondas sonoras viajan a travs de capas con distinta velocidad del sonido se retractan en ngulos pequeos, produciendo el efecto de "flexin del rayo". Si los hidrgrafos disponen de una medicin precisa del perfil de la velocidad del sonido, existen frmulas para determinar la magnitud de las retracciones del rayo y se puede predecir con mayor precisin la posicin real en la que la onda sonora golpea el fondo.

b) Las ondas sonoras siguen las leyes bsicas de las ondas electromagnticas.

c) Conforme aumenta la frecuencia de las ondas, as lo hace la precisin de las mediciones, basadas en ellas.

d) Cuanto mayor es la frecuencia de la onda, mayor es la disipacin de energa, ya que conforme las ondas sonoras viajan a travs del agua, su energa se disipa a causa de las partculas en suspensin, burbujas de aire, etc. Las ondas sonoras de alta frecuencia disipan rpidamente su energa y no pueden ser utilizadas en aguas profundas.

e) Cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la reflectividad. Uno de los inconvenientes de las emisiones de alta frecuencia (ms de 200 kHz) es que sus ondas se reflejan en casi todo: vegetacin, burbujas de aire, escamas de los peces y sedimentos en suspensin. Para obtener ecos en aguas profundas (superiores a 1.000 metros), se usan generalmente frecuencias muy bajas (entre 3 y 12 kHz) que pueden producir ondas sonoras que alcanzan el fondo y vuelven sin disiparse.

f) El tamao fsico de los emisores de ondas de sonido (llamados transductores en las ecosondas) ha sido ciertamente reducido en las ltimas dcadas. Sin embargo, cuanto ms baja es la frecuencia, ms grande es el transductor. Los transductores de menor frecuencia son ms pesados y ms grandes que los transductores de mayor frecuencia y a veces complican el procedimiento de montaje.

A continuacin damos un repaso a los diversos mtodos existentes de sondeo por eco: Sonar de haz sencillo (frecuencia simple y doble) y el sonar de barrido (Multitransductor y multihaz).

2.1.3.2.b Ecosonda de haz simple

Un ecosonda es un aparato que se usa para la medida de la profundidad y se basa en la emisin y recepcin de ondas de sonido. Generalmente constan de un transceptor, acompaado de un grabador analgico y/o un digitalizador que suelen formar un bloque, unidos a un transductor que se sumerge en el agua. Al principio de la fase de mediciones, el transceptor de la ecosonda enva energa elctrica al transductor. El transductor convierte esta energa en ondas de sonido y se enva un "impulso de salida" a travs de la columna de agua. La ecosonda o sonda acstica, calcula la profundidad midiendo el tiempo transcurrido entre la emisin de ese impulso snico y la recepcin del mismo, despus de haber sido reflejado por el fondo. Conociendo la velocidad de propagacin del sonido en el agua, este tiempo se traduce en distancia.

Una parte crucial de la instalacin de cualquier ecosonda hidrogrfica es el montaje apropiado del transductor. Puede ser colocado de diversas maneras, veamos a continuacin tres de las configuraciones ms comunes:

a) A travs del casco. De esta forma la parte superior del transductor es accesible desde el interior de la embarcacin, mientras que su cara inferior queda directamente expuesta al agua. Mediante la instalacin de un voladizo con una visera se obtiene un doble efecto: el de minimizar el posible dao ocasionado por un golpe y al mismo tiempo el suavizado del flujo de agua sobre la superficie del transductor.

b) Cofre marino. En esta configuracin se adosa al casco exterior de la embarcacin un compartimento lleno de fluido, de tamao suficiente para contener el transductor. El casco exterior se retira en la zona del cofre y se sustituye por una ventana acsticamente transparente, que se monta enrasada con el casco que rodea al cofre.

c) En un costado. Suele ser un montaje temporal u obligado por otras circunstancias (cambio de embarcacin, forma de introduccin en el agua etc.). El transductor se coloca en el costado de la nave mediante un soporte fijado de forma firme al barco. El dispositivo debe tener el tamao necesario para poder colocar el transductor bastante por debajo de la lnea de flotacin de tal forma que no se salga del agua por efecto de los movimientos del barco.

En todos los casos, debe tenerse especial cuidado en asegurar que la cara de emisin permanezca lo ms paralela posible a la superficie del agua "entras el barco efecta sondeos. Debe colocarse lo suficientemente retrasado de la proa, como para que las burbujas generadas por las olas del morro no pasen por debajo

de la cara de la unidad, evitando asimismo las fuentes de turbulencia y burbujas de cavilacin, tales como hlices, resaltes del casco, etc.

El transductor debe ser montado, en lo posible, directamente bajo el sistema de posicionamiento, ya que es la solucin ms cmoda, aunque en la actualidad muchos de los sistemas lgicos de navegacin y toma de datos, corrigen la excentricidad existente entre ambos puntos de medida.

Los transductores de los ecosondas producen haces de distintas formas, algunos haces son estrechos y otros son anchos. La mayora de las ecosondas utilizadas en trabajos hidrogrficos, tienen un haz principal que se dirige perpendicularmente desde la placa facial del transductor y dos "lbulos laterales" que forman un ngulo respecto al haz principal. El "ngulo del haz" de un transductor se determina midiendo el campo del nivel de 6 dB.

El transceptor dispone de varios controles analgicos. El de potencia de transmisin sirve para ajustar el nivel de energa de transmisin. El control de sensibilidad ajusta la magnitud de la atenuacin o amplificacin del receptor. El control automtico de ganancia (CAG) determina la amplitud de la ganancia variable aplicada al circuito preamplificador. El de umbral determina la amplitud con la que las seales del receptor sern capturadas por el digitalizador.

Cuando la onda sonora llega al fondo, la energa es reflejada por el mismo y redirigida al transductor. ste la convierte de nuevo en seales elctricas y las devuelve al transceptor para su anlisis. La amplitud de la energa reflejada depende de la potencia del impulso de salida y de la reflectividad del fondo. Cuanta ms energa emita el transductor, ms energa ser reflejada hasta el mismo.

Para el mismo impulso de salida, el fondo ms duro (ms reflectante) devuelve ms energa al transductor en un intervalo de tiempo ms corto. Sin embargo, la arena "difumina" la energa, absorbiendo parte de ella. La mayora de las ecosondas utilizan un control analgico para determinar el nivel de energa de la seal de retorno, y se puede influir en la profundidad ajustando esos niveles. Ya que obtenemos distinta profundidad de sondeo, segn el tipo de fondo, utilizando el mismo impulso de salida, si se calibra la ecosonda sobre roca dura y luego se realiza un levantamiento sobre fondo arenoso, se pueden introducir errores en las mediciones de sondas.

La velocidad del sonido en el agua vara con la densidad y las propiedades elsticas del agua representadas bsicamente por la temperatura y la salinidad. Todas ellas varan con la profundidad lo que se traduce en cambios de velocidad cuando el sonido se desplaza entre la embarcacin y el fondo. Para un trabajo prctico de sondeo con ecosonda, se asume generalmente una velocidad promedio, obtenida mediante la calibracin, ya que corregir esta velocidad para los diferentes intervalos de profun didad es difcil. Esta velocidad promedio se debe determinar en o cerca de las profundidades de sondeo de proyecto y no sobre toda la columna de agua. La velocidad del sonido puede ser medida directamente por medio de sondas de medida o de forma indirecta mediante una calibracin por chequeo de barra como veremos posteriormente. La utilizacin de una velocidad incorrecta produce un error del mismo signo (y por lo tanto no compensable), en la determinacin de la profundidad de cada punto y crece con la misma.

Hemos dicho que el transductor es la parte de la ecosonda que se encarga de transformar la energa elctrica en pulsos acsticos y viceversa. El tipo de transductor usado es un factor determinante en la obtencin de una medida adecuada de la profundidad. La respuesta del mismo es dependiente de la frecuencia. Estas frecuencias van desde 20 a 1000 kHz y cada una de ellas se acomoda particularmente a un tipo de trabajo.

Los transductores de ms alta frecuencia, entre 100 y 1000 kHz, proporcionarn una medida ms precisa de la profundidad, debido tanto a las caractersticas de la frecuencia como a la mayor estrechez del rayo. El ecosonda de haz simple tradicional emplea frecuencias alrededor de los 200 kHz.

Los emisores de baja frecuencia, inferior a 40 kHz, al tener anchuras superiores del haz, pueden causar la deformacin y suavizado en fondos irregulares o en pendientes fuertes. Un transductor de baja frecuencia, aunque estrictamente es menos preciso, hace posible que las ondas pasen a travs de algunos materiales (fango, arena, cieno) hasta alcanzar un fondo ms estable.

Las frecuencias ms bajas tienen menor atenuacin del rayo, lo que se traduce en una mayor penetracin en el sedimento y un mayor alcance de profundidad. Sobre un fondo blando, un transductor de baja frecuencia proporciona generalmente sondas ms profundas que un transductor de alta frecuencia. Sobre un fondo duro (roca), los dos transductores producen casi la misma sonda. Las condiciones locales y los requisitos del proyecto marcarn el sistema ptimo de sondeo y la frecuencia a la que debe ser utilizado.

Una combinacin de transductores de alta y baja frecuencia, lo que se conoce como doble frecuencia, puede reportar informacin sobre el espesor y la naturaleza de las distintas capas de sedimento hasta llegar a un fondo duro o rocoso.

Muchos ecosondas son capaces, en la actualidad de registrar hasta 10 sondas por segundo. Generalmente no se requiere una densidad tan alta de sondas y se suele adaptar el nmero de registros al de posiciones grabadas, que suele ser de una por segundo. En ese caso, se puede tomar como nica sonda la que se mide ms cercana a la definicin de la posicin, o un promedio de todas ellas, o el mximo o mnimo de las profundidades registradas en una serie. Registrar el mximo o

mnimo requiere un software adecuado y utilizar la profundidad promedio puede suavizar excesivamente el fondo lo que puede ser o no deseable.

La precisin de cualquier levantamiento batimtrico depende de que los movimientos de la nave sean mnimos, por tanto efectuar el sondeo en buenas condiciones de oleaje es lo ms apropiado. Sin embargo, la existencia de impactos econmicos significativos pueden obligar a efectuar sondeos en condiciones no muy deseables de mar. En cualquier caso, el oleaje admisible depender tanto del tamao de la nave como de su estabilidad, y no existe una norma que dicte un criterio sencillo sobre la mxima altura de ola en que se pueden efectuar sondeos, ya que pequeas alturas pueden ser el lmite mximo tolerable para un sondeo final de aceptacin de una excavacin en piedra con un precio unitario alto y, sin embargo, olas mucho mayores pueden ser tolerables para el sondeo de anteproyecto.

2.1.3.2.c Compensador de oleaje

El movimiento de una embarcacin es un movimiento que puede descomponerse en tres desplazamientos y tres giros alrededor de los ejes de la embarcacin. Los tres giros se denominan cabeceo, balance y guiada ("pitch, roll and yaw" en la literatura anglosajona) y arfada (alteada), deriva y vaivn o largada ("heave, sway and surge"), los tres desplazamientos.

Los movimientos que ms afectan al calado del buque, y por aadidura a la medida de la sonda, son la arfada, el balanceo y el cabeceo. El primero es una traslacin sobre el eje "z", el movimiento de cabeceo es un giro sobre el eje que atraviesa la embarcacin de babor a estribor por su centro de gravedad y produce la mxima oscilacin en la proa y en la popa, mientras que el balanceo afecta a los costados de la embarcacin al ser un giro sobre el eje situado de proa a popa.

Corregir las profundidades medidas por la sonda con los efectos sobrepuestos de la arfada, el cabeceo y el balanceo es quiz el aspecto ms difcil de solucionar en un sondeo hidrogrfico, pues las tres condiciones pueden ocurrir simultneamente o en periodos diferentes. Estos tres movimientos introducen un error que arroja como resultado una profundidad distinta a la existente, que se amplifica para el cabeceo y el balanceo en los transductores montados en el costado o en transductores de haz muy estrecho.

La interpretacin de los efectos de los tres movimientos potenciales en un registro analgico requiere una gran habilidad y experiencia, pues la ondulacin aparente no tiene por qu ser necesariamente la correcta, ya que depende del tamao y caractersticas de la nave y ms si el fondo es irregular. Si el registro es digital, las profundidades no son susceptibles de ninguna interpretacin humana. En esas situaciones es conveniente el uso de los compensadores de oleaje (MRU, Motion Reference Unit), diseados especficamente para la medida de estos movimientos y que son el nico mtodo prctico para aminorar sus efectos negativos.

2.1.3.2.d Calibracin del ecosonda

Como se ha dicho, la precisin de la medicin de la profundidad depende de la velocidad del sonido en el agua, por tanto es importante determinar un valor ajustado a la realidad para este parmetro. Como la velocidad del sonido es funcin de la temperatura, la salinidad y la presin locales, puede variar ampliamente, lo que conduce a la necesidad de calibrar cualquier tipo de instrumento para medicin de sondas a fin de obtener los valores ms precisos para una localizacin dada. sta calibracin debe realizarse al comienzo y final de cada jornada de trabajo.

La tcnica de calibracin ms comn para una ecosonda es el mtodo de comprobacin de barra. Adecuadamente empleado, tiene la ventaja de que corrige las variaciones de velocidad, las variaciones de distancia a la superficie del transductor (draft) y los errores de ndice del sistema. Cuando se calibra mediante este mtodo, los retornos acsticos son generados por un blanco o una barra sumergido en posicin horizontal, que se hace descender a una profundidad conocida entre el transductor y el fondo. En esta circunstancia, es deseable disponer de un sistema por el cual el transductor slo pueda ver la barra y se le impida conectar con los ecos procedentes del fondo real. Dado que muchas sondas utilizan una puerta o ventana de seguimiento dinmico por la que el digitalizador detecta los ecos del fondo, disponen de la opcin de mantener una puerta fija que permite al operador controlar la profundidad y anchura de la misma, de tal forma que slo busque en la columna de agua en que se encuentra suspendida la barra. Este dispositivo inhibe la lectura de sondas errneas procedentes del fondo o de otros retornos indeseables como los de la cadena o cable de suspensin de la barra.

La calibracin debe efectuarse para una columna de agua semejante a la que va a ser objeto del sondeo y en una zona de caractersticas similares a la zona de trabajo.

En forma resumida, el procedimiiento de calibracin es el siguiente:

Primero, se baja una barra o disco directamente debajo del transductor a una profundidad de 4 metros o menos. Se fija la puerta para una anchura y profundidad que coincida con la de la barra, para impedir que retornos procedentes de otras fuentes sean tenidos en cuenta por el transductor. Se introduce en el apartado "valor del parmetro distancia a la superficie del transductor ("draft" o "deriva") de la ecosonda, la diferencia entre lo que marca la carta de papel o el digitalizador y la sonda conocida de la barra. Este paso corrige tanto la desviacin de la "deriva" del

transductor com o la desviacin debida al ndice del sistema generada por el transductor y los componentes electrnicos de la sonda.

A continuacin se hace descender la barra a la mayor profundidad y se ajusta de nuevo el parmetro de la profundidad y anchura de puerta para que coincida con la profundidad de la barra. Luego seleccionamos el parmetro velocidad del sonido y deslizamos arriba o abajo su valor, hasta conseguir que la sonda de la carta o del digitalizador coincida con la profundidad conocida de la barra.

Se deben repetir ambos pasos de este proceso tantas veces como sea necesario para que las lecturas en ambos niveles sean correctas.

2.1.4 METODOS DE MEDICION DE CAUDALES

- DEFINICIN

En general todos los mtodos de medicin de corrientes de agua pueden clasificarse en: Mtodo de Area - Velocidad Mtodo de Gasto o Caudal Directo

En el mtodo de Area - Velocidad es necesario conocer el valor real de la velocidad media del agua. En esta clasificacin tenemos los siguientes mtodos

El Aforador o Molinete Los Flotadores El Tubo de Pitot Mtodo del Color

Los mtodos de gasto o caudal directo no comprenden mediciones directas de velocidad, son mtodos generalmente usados en laboratorio, aunque destacan algunas obras de vertederos de significativa importancia en Centrales

Hidroelctricas, obras de regado, etc.,

Para fines Hidrulicos e Hidrolgicos, en Chile se usa el aforo con Molinete. Utilizndose los otros mtodos para casos particulares.

2.1.4.1 tipos de aforadores

En general hay dos tipos de aforadores o medidores de corriente:

- El diferencial, de copas o de cazoletas, que consiste en un eje vertical con una serie de cazoletas o copas que giran por el exceso de presin de su parte cncava sobre la convexa.

- El de hlice, que es de tipo directo, donde las aspas estn dispuestas sobre un eje horizontal que giran por la accin de la corriente.

2.1.4.2 caracteristicas de un aforador

Ser tan pequeo como sea posible El roce de la rueda debe ser mnimo No deben influir en l las corrientes verticales funciona bsicamente por la componente dinmica que ejerce el flujo en el sentido principal de la corriente.

2.1.4.3 medicion de aforo

La realizacin de aforos directos es el fundamento del buen funcionamiento de las estaciones de aforo de redes fluviomtricas de ros o canales.

Estas mediciones se realizan para obtener los puntos necesarios para construir Curvas de Descarga que permiten conocer directamente el valor de un caudal instantneo, en un momento determinado.

Se denomina aforo a la medicin del volumen de agua o Caudal, que pasa por una seccin transversal de un ro en una unidad de tiempo.

Para la medicin con molinete es necesario que la seccin de medicin sea dividida en pequeas reas parciales [Ai] mediante franjas verticales y horizontales, circunscribiendo los puntos de medicin, determina las velocidades medias [Vi] de las reas respectivas en m/s.

Al conocer el rea de influencia de medicin o de la seccin en m2 se determina el caudal medio instantneo de la seccin.

Finalmente, el caudal total se determina por la expresin:

Q [m3/s] = A [m2] / v [m/s]

Con varios caudales medidos en la misma seccin, es posible correlacionar el nivel o altura de agua (h) expresado en metros [m], con el caudal o gasto (Q) expresado en metros cbicos por segundo [m3/s] a travs de una curva h v/s Q, llamada:

Curva de Descarga o de Calibracin. [ Q = f (h) ]

Para esto es necesario controlar el nivel de agua al momento de la medicin (inicio/final o cada cierto rango de tiempo) a travs de un limnmetro o por cota topogrfica.

2.1.4.4 SECCION DE AFORO

La seccin de aforo debe elegirse cuidadosamente, esta debe ser de comportamiento estable al momento de la medicin, esto quiere decir que no se produzcan embanques, socavaciones o se divida en brazos.

No tener turbulencias ni contracorrientes y no estar cubierta de vegetacin. Se recomienda que el tramo de medicin sea recto tenga a lo menos tres veces el ancho de la seccin, tanto aguas arriba como aguas abajo y la corriente debe ser paralela al canal o ro medido y que sea lo ms cercano a un movimiento uniforme.

En lugares donde las secciones no establecen buenas condiciones de medicin, es posible mejorar estas utilizando vertederos y/o secciones del tipo venturi.

Las secciones del tipo venturi, se basan en la ecuacin de Bernouilli, que establece : si en un lugar cualquiera de una tubera o canalizacin, se altera su seccin, se altera tambin la velocidad del fluido; al disminuir la seccin, aumenta la velocidad.

Por consiguiente, en toda estrangulacin o contraccin, hay una prdida de carga que proviene de la transformacin de energa de presin en energa de velocidad.

La secciones tipo venturi conocidas como parshall, son de gran uso, y consisten en una contraccin gradual que conduce a una seccin reducida para volver a otra parte de ensanchamiento gradual.

La contraccin permite que el flujo llegue a la profundidad crtica. Existe una relacin definida entre la profundidad y el caudal, cuando existe flujo crtico. El caudal depende del ancho de la seccin de la garganta [L] y de la altura [H] el que se mide en un lugar especfico.

Su condicin geomtrica preestablecida permite conocer el caudal a travs de frmulas.

Sin embargo es conveniente verificar su comportamiento a travs de aforos ejecutados cada cierto tiempo.

La otra opcin es utilizarlas como secciones de aforo permanente, sabiendo de la bondad de mejoramiento de las condiciones de escurrimiento de un caudal en un punto dado.

Las mediciones con un aforador pueden hacerse desde un puente, un carro suspendido de un cable areo, un bote o por vadeo si son caudales pequeos.

2.1.4.5 Medicion mediante molinetes

Se marcan en el puente o cable areo, las distancias en que se medirn las verticales de aforo. Estas consideran un punto de referencia inicial permanente y otras distancias a separacin regular, se acostumbra a medir adems un par cercano a cada orilla.

La velocidad media de una vertical se obtiene por:

Medicin de la velocidad superficial, reducida a velocidad media al multiplicarla por un factor promedio de 0.85 (0.80 a 0.95). (Mediciones efectuadas en ros por R. Casanueva y citadas en el libro de Hidrulica de F. J. Domnguez)

Velocidad a 0.6 de la profundidad El promedio de las Velocidades a 0.2 y 0.8 de la profundidad El promedio de las Velocidades a 0.2 , 0.6 y 0.8 de la profundidad El promedio de las Velocidades en la superficie, a 0.2 , 0.6 y 0.8 de la profundidad y apegado al fondo. Curvas con mediciones en varios puntos de una vertical, suficientes para definir el perfil de velocidad. Integracin (se mueve el aforador lentamente desde la superficie al fondo por la vertical, observando tiempo y nmero de revoluciones). No se aconseja realizar este mtodo a observadores sin experiencia.

Cada medida debe durar a lo menos 60 segundos por punto, manteniendo el molinete siempre orientado normalmente a la seccin de aforo. Usando barra esta debe tocar el fondo y por esta desplazar el molinete a cada vertical establecida.

En el caso de usar carro se usa un torno especial que permite desplazar el instrumento segn la horizontal y luego segn la vertical. Para evitar el arrastre del molinete por la corriente se acopla bajo este un escandallo o peso lastre que haga contacto con el fondo del lecho.

Se debe recordar que Al momento de realizar el aforo se debe medir el nivel de agua a travs de un limnmetro o tambin por cota topogrfica. Para esto, es necesario fijar un PR en la cercana de la seccin, con cota arbitraria o nivel medio del mar, segn sea necesario.

2.1.5 MODELOS A ESCALA

El trmino modelo fsico y sus sinnimos modelo hidrulico, modelo a escala o modelo reducido, se emplea en ingeniera hidrulica para describir la rplica fsica reducida o ampliada de un ente fsico (elemento, dispositivo, estructura o sistema) cuyo comportamiento desea estudiarse y describirse, usualmente en trminos cuantitativos o semicualitativos.

El uso de los modelos fsicos ha contribuido en forma significativa a mejorar y optimizar los diseos en ingeniera, constituyndose en una herramienta tcnica a la cual se recurre hoy en da habitualmente para verificar o perfeccionar diseos propuestos, en especial cuando stos involucran fenmenos hidrulicos complejos o desconocidos.

En trminos generales, el modelo conlleva la idea de una herramienta tcnica (fsica, analgica o matemtica) mediante la cual la informacin de entrada acerca de un fenmeno, se transforma o sintetiza en un resultado de salida, lo que permite adquirir cierto tipo de conocimiento de ste y tomar las decisiones que sean pertinentes. En el caso de los modelos fsicos se persigue normalmente tomar decisiones para optimizar tcnica y econmicamente diseos propuestos.

Al emplear un modelo fsico se subentiende que los fenmenos que ocurren en la versin original o a escala natural del ente fsico, denominado prototipo, estn relacionados con aquellos que ocurren en el modelo en forma mutua y nica. De este modo, las observaciones y mediciones realizadas en uno (usualmente el modelo) constituyen la informacin necesaria y suficiente para comprender la

naturaleza y desarrollo de los fenmenos de inters en el otro (usualmente el prototipo).

La adecuada reproduccin de las situaciones en el modelo depende de la formulacin precisa del problema a estudiar y de la correcta identificacin de los parmetros caractersticos del fenmeno, para lo cual se requiere no slo comprender cabalmente los principios de la moderacin sino tambin tener los conocimientos bsicos suficientes acerca de los fenmenos que intervienen. Especial mencin merecen los llamados efectos de escala que se originan al cobrar una importancia desproporcionadamente grande ciertas fuerzas o influencias en el modelo, que a la luz de experiencias previas, se consideran poco significativas o despreciables en el prototipo. Si estos efectos de escala han de minimizarse o eliminarse, es preciso considerar cuidadosamente y en su real dimensin, las leyes o reglas de semejanza y sus lmites de validez dadas por el conocimiento del problema fsico que se pretende representar y estudiar en el modelo.

2.1.6 NORMAS Y ESTNDARES DE INFORMACIN TERRITORIAL, UNA VISIN ACTUAL

Se quiere mencionar como un tema que comienza a cobrar relevancia la creacin de un Sistema Nacional de Informacin Territorial (SNIT).

En la actualidad y obedeciendo al instructivo presidencial N 14 del 25 de septiembre de 2001, que fija pautas precisas para la creacin de un sistema nacional de informacin territorial, se encuentran trabajando ms de 70 instituciones del mbito privado y estatal.

Se han definido siete reas temticas coordinadas por distintos entes o instituciones, a saber las siguientes:

Infraestructura: MOPTT Informacin territorial bsica: MINISTERIO DE DEFENSA IGM Recursos naturales: ECONOMA CIREN Social: MIDEPLAN Propiedad: HACIENDA (a travs de SII) Patrimonio: Educacin (a travs de DIBAM-CNCR) Regiones: Interior (a travs de la SUBDERE)

Dentro de lo que es el manejo de la informacin territorial bsica, se encuentran trabajando en conjunto, instituciones que tienen que ver con la cartografa y el posicionamiento geodsico nacional, Instituto geogrfico militar (IGM) Servicio hidrogrfico y oceanogrfico de la armada (SHOA) Servicio aerofotogramtrico de la fuerza area (SAF) Centro de investigacin y recursos naturales de la corfo (CIREN)

Hasta hoy estos servicios se encontraban operando con las siguientes referencias geodsicas:

- En el control horizontal:

El datum provisorio sud-americano PSAD-56 La Canoa, Venezuela. Elipsoide internacional de 1924, entre las latitudes 17 30` a 45 30`.

El datum sudamericano SAD-69 de Chua, Brasil. De la latitud 45 30` al sur.

- En el control vertical

Referencia al nivel medio del mar, control por red de maregrafos Modelo geoidal de elevacin EGM 96

Referente a la cartografa, el IGM basa sus normas y especificaciones en lo recomendado por el instituto panamericano de historia y geografa (IPGH) y la agencia nacional de cartografa e imgenes de los Estados Unidos (NIMA).

El SHOA se basa en las especificaciones de la organizacin hidrogrfica internacional.

El SAF sigue los parmetros tcnicos de las empresas proveedoras de materia prima y maquinaria.

El CIREN trabaja en conjunto con el SAF e IGM y sigue sus lineamientos. En lo que respecta a suelos, adopta al norma americana, y en su catastro frutcola trabaja su propia normativa.

El SNIT se entiende como un instrumento fundamental de apoyo para la adecuada, eficiente y eficaz toma de decisiones polticas de impacto territorial.

El instructivo presidencial N 14 seala que se debe avanzar en principio en:

a) generar un inventario de la informacin territorial existente en el pas.

b) Proponer un plan de normalizacin y estandarizacin para la adquisicin, generacin y transferencia de datos territoriales.

c) Elaborar un plan de captura y estandarizacin de la informacin territorial.

El servicio Hidrogrfico y Oceanogrfico de la Armada (SHOA), por su responsabilidad en el mbito de la seguridad de la navegacin, debe basarse en las especificaciones de la Organizacin Hidrogrfica Internacional. La carta electrnica utilizada por los navos de los distintos pases tienen sistemas que deben ser compatibles, por tanto existe una obligatoriedad de cumplir con estndares que dicen relacin con contenido, normas de funcionamiento de los sistemas de informacin, transferencia de datos hidrogrficos (datum, proyeccin, unidades de medida, unidades de coordenadas, celdas, propsito, etc.). El SHOA tambin dispone de instrucciones hidrogrficas que permiten difundir los procedimientos para realizar correctamente algunos tipos de trabajos: la realizacin de sondajes de precisin para la elaboracin de planos marinos, contenidas en las instrucciones hidrogrficas N 5 y 10, en orden a obtener productos de buena calidad.

Se espera que en el futuro y de acuerdo a los objetivos del nuevo sistema de informacin territorial, se adoptarn nuevas normas y estndares que guiarn la actividad geodsica, hidrogrfica y cartogrfica en el mbito nacional, guiada por estas instituciones. Entre otras se enuncian las siguientes:

- Modernizacin del sistema de referencia geodsica con un sistema geodsico de referencia a nivel continental del grupo SIRGAS, datum SIRGAS 2000.

- Adoptar estndares internacionales para la cartografa nacional.

- Centro distribuidor de datos o catlogo cartogrfico, llamado CLEARING HOUSE, que actuar como una base de datos dinmica, esto significa que puede ser ampliada o modificada.

El INH ha adoptado los valores establecidos por las instituciones mencionadas para cada operacin topogrfica en terreno, como referencia inicial geogrfica e hidrogrfica.

2.2 FUNDAMENTOS LEGALES

INTRODUCCiN

Conforme se establece en el Decreto Supremo N2 192 publicado en el diario oficial N2 27.320 de 16 de abril de 1969, modificado por el Decreto Supremo N2 784 del 14 de agosto de 1985, al Servicio Hidrogrfico y Oceanogrfico de la Armada le corresponde:

"Controlar, revisar y aprobar todo trabajo de levantamiento hidrogrfico o de cartografa martima, fluvial o lacustre, que para fines de obras portuarias, concesiones martimas u otros objetivos, sean ejecutados en circunstancias especiales -previa autorizacin del SHOA por entidades fiscales, semifiscales, autnomas, municipales o particulares. El Servicio Hidrogrfico y Oceanogrfico de la Armada podr destacar un supervisor con el fin de que fiscalice el fiel cumplimiento de los procedimientos, instrucciones y requisitos bsicos de precisin establecidos; debiendo absorber la entidad o particulares que ejecuten dicho trabajo, todos los gastos que originen el envo de este funcionario".

Consecuente entonces con el espritu de la legislacin vigente ya citada, es que el SHOA emite estas Instrucciones Hidrogrficas NI' 5, "Especificaciones Tcnicas para la realizacin de sondajes de precisin", cuyo principal objetivo es el de establecer las normas que debern regir las actividades hidrogrficas que realicen las entidades y empresas, en cualquiera de las reas antes indicadas, orientadas a la representacin batimtrica de un sector para proyectos de obras civiles, determinacin de calados mximos, dragados y otras aplicaciones.

Con el fin de acotar en mejor forma el trmino "Sondaje de precisin", a continuacin se entrega lo que el SHOA define como tal:

De acuerdo a las definiciones que entrega la OHI en sus publicaciones oficiales, se entiende como sondaje de precisin "el conjunto de medidas o registros de las profundidades del agua, que son efectuadas para obtener la configuracin general del fondo marino, con un grado de aproximacin superior al utilizado en los sondajes cuyo propsito esencial lo constituye la navegacin."

"En este contexto, los sondajes de precisin estn circunscritos a reas muy especficas, donde el espacio que a los buques les queda bajo sus quillas pasa a ser un factor de principal importancia, adems de ser zonas potencialmente riesgosas para la navegacin, considerando sus caractersticas geomorfolgicas y, principalmente, el uso que el mandante desee darle al rea en cuestin".

"En este tipo de sondajes todos los posibles errores deben ser minimizados y en lo posible eliminados. Para conseguir esto, lo recomendable es que el sondaje sea ejecutado con el mnimo de espaciamiento entre las corridas, incluyendo adems el us o de sonar de rebusca lateral, para discernir con claridad sobre la existencia de posibles objetos depositados sobre el fondo marino. En caso de que se disponga, el sondaje con ecosonda de muitihaz, es el mtodo ideal que asegura obtener el 100% de cobertura del lecho marino".

Caben dentro de esta definicin todos los levantamientos hidrogrficos que se desarrollen en terminales portuarios, fondeaderos, canales artificiales, drsenas naturales o artificiales, reas de acuicultura y en general todo lugar donde existan obras artificiales sumergidas, sea que ellas se encuentren a media agua o asentadas sobre el fondo marino y que parte de su estructura sobresalga o no del agua (se incluyen en esto los cables y caeras submarinas para cualquier propsito, muelles, dIques de alba, pilotes hincados, plataformas petroleras y otros). Cabe hacer presente, finalmente, que el SHOA slo certificar planos batimtricos realizados conforme a sus Instrucciones Hidrogrficas.

CAPTULO 3. DESCRIPCIN DE LA TOMA DE DATOS, FORMAS DE OBTENCIN E INFORMACIN COMPLEMENTARIA.En este captulo se incluyen los mecanismos de recopilacin y estudio de antecedentes, obtenidos tanto en terreno como los ya existentes.

3.1 RECOPILACION DE ANTECEDENTES

ESTUDIO ANLISIS HIDRULICO DE LA CONFLUENCIA DEL ESTERO LAMPA CON EL RO MAPOCHO

3.1.1 FOTOGRAFAS AREAS

Se dispuso de fotografas areas del rea de estudio, obtenidas en el Servicio Aerofotogramtrico de la Fuerza Area de Chile (SAF), de acuerdo al siguiente detalle: Foto Area N1: Mosaico no controlado, Crecida del 16/07/87, Fotos N 202045-202054, Esc. 1:4.000. Foto Area N2: SAF 94, N 258287-258293, Esc. 1:5.000.Foto Area N3: CH30, N 21293, 1980, Esc. 1:25.000.Foto Area N4: SAF S09, N 25172, 1994, Esc. 1:20.000.-

Las escalas de estas fotografas se deben solamente a la disponibilidad de ellas en el SAF.

Las fotografas mencionadas se encuentran en el anexo de fotografas areas.

3.2 MEDICIN TOPOGRFICA

3.2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Los ros presentan complicaciones para su medicin, y cada uno tiene sus propias particularidades. En el caso del ro Mapocho, este presenta en la zona de estudio, abundante vegetacin en sus zonas ribereas, principalmente caaverales, bosque nativo, maleza, etc. El estero Lampa, adems de las condiciones ya mencionadas, se presenta con viviendas en algunas zonas de sus riberas y su fondo se encuentra embancado.

Como ayuda natural se dispone en la ribera occidental del ro, desde aguas arriba hacia aguas abajo (siguiendo el curso del agua), de una cadena de cerros, lo que permite acotar bien las crecidas, motivo del estudio, delimitar mejor el rea de estudio, y adems apoyar en estos cerros la red topogrfica principal.

3.2.2 DEFINICIN DEL PROBLEMA

La estrategia de medicin de la topografa del fondo del cauce, relieve de sus riberas, detalles de obras, caminos, etc., se defini de acuerdo al siguiente esquema: Base de confiabilidad: vrtice IGM, que se adquiri para poder ligar el trabajo a la red nacional. Control de referencia: Estaciones topogrficas INH del estudio Mapocho rural. Red principal de medicin: nuevos vrtices en posiciones estratgicas, definidas en el mismo terreno. Red secundaria: vrtices de apoyo, definidos de acuerdo al momento de la medicin Estaciones por perfil: en cada perfil transversal se materializ una o ms estaciones que permitan medir en la lnea del perfil deseado. Esto fue debido a la densa vegetacin que se produce en las riberas y que en algunos casos alcanz un ancho considerable. Medicin de perfiles transversales: se realiz en forma perpendicular al eje del cauce, tomando puntos del fondo, pelos de agua (lneas de agua en la orilla), riberas superiores, y taquimetra del entorno hasta una cota claramente alta, lo que permita asegurar que los niveles de agua no sobrepasarn aquella altura. Medicin de obras y puentes en detalle, inc luso con huincha si fuese necesario.

3.3 TRABAJOS DE TERRENO

En la obtencin de antecedentes se ejecutaron las siguientes tareas:

Taquimetra

Hidrografa

Sedimentologa

Mediciones de caudal

Para cumplir con los trabajos topogrficos, sedimentolgicos e hidrogrficos, se emplearon los siguientes equipos e implementos:

GPS Geodsico marca Trimble

Estaciones Totales Distanciometros

Teodolitos digitales y mecnicos

Niveles pticos

Prismas, jalones, miras, etc.

Rozones y otros elementos de apoyo.

Juego de tamices para anlisis granulomtricos

Saca muestras de mandbula

Molinete A 0tt C2 N6529

Cuatro radios de comunicacin marca Kenwood

Un Bote Zodiac con motor MKI Futura

3.3.1 LEVANTAMIENTO TOPOBATIMTRICO

La Red Topogrfica, de apoyo de las mediciones se estableci planimtricamente en metros, con Coordenadas UTM de referencia en el Datum PSAD-1956 para la Zona 19 Sur y Meridiano Central 69. Altimtricamente las cotas estn expresadas en metros y referidas al Nivel Medio del Mar (m.n.m.m.).

Como base de medicin se utilizaron puntos o vrtices geogrficos del Instituto Geogrfico Militar (IGM), de la Empresa Geocom y del Levantamiento Topogrfico realizado por el INH para el Estudio anterior llamado Ro Mapocho Rural.

Estos vrtices, utilizados en este tramo constituyen la Base topogrfica de medicin de perfiles y detalles de obras y relieve en el sector de estudio.

TABLA 3.1 Base topogrfica de Medicin

Estos puntos se encuentran materializados por un monolito de concreto, que tiene en el centro de su cara superior un estacn de fierro de y una placa con el nombre del vrtice.

El posicionamiento de esta Red se realiz con GPS Geodsico marca Trimble, por el mtodo esttico. La verificacin y densificacin de otros puntos se realiz con instrumental topogrfico convencional.

Este mtodo consiste en determinar las coordenadas de un receptor mvil a partir de otro instalado en un vrtice de coordenadas conocidas (base). Ambos receptores deben realizar un registro continuo de un mnimo de cuatro satlites. El intervalo de grabacin de ambos receptores debe ser necesariamente igual, en este caso se opt por utilizar intervalos de tiempo de 6 segundos.

La taquimetra fue ejecutada en base a perfiles transversales. Para ello se efectuaron perfiles cada 100 metros aproximadamente en toda la zona en estudio.

En la medicin de perfiles transversales se utiliz una embarcacin sujeta a una cuerda fijada en cada ribera. Sobre ella un alarife iba dando puntos de la configuracin del fondo del lecho, adems de los pelos de agua en ambas orillas.

En cada perfil transversal se hizo labor de despeje y roce, dada la tupida vegetacin y maleza en una franja de ancho importante, aledaa a las riberas.

Se tuvo el inconveniente de que el fondo del estero Lampa tena una capa de sedimento (barro) considerable, lo que haca que la mira se hundiera, para ello fue necesario poner una base plana y medir con ella, adems de hundir la mira en el sedimento hasta tocar fondo y obtener las cotas de ambos fondos. Para el estudio fue usado el fondo que conformaba el sedimento, pues al ser un estudio hidrulico interesa slo la superficie donde existe agua; el fondo real sin embargo fue un antecedente que ayud a comprender el comportamiento de la sedimentologa del estero.

Los detalles de riberas, caminos, obras o puentes, se midieron por taquimetra convencional o radiacin electrnica.

De la misma forma que la taquimetra, la hidrografa fue ejecutada en base a perfiles transversales en el lecho cada 50 metros, utilizando un bote zodiac.

Cada perfil fue discretizado en cuatro o cinco puntos, para lo cul el bote se posicionaba sobre el punto a medir, introducindose una mira topogrfica con la cul se meda la profundidad del cauce. El Posicionamiento planimtrico del bote y el pelo de agua de cada punto medido fue con GPS, con el mtodo cinemtico.

3.3.2 MEDICIN DE CAUDALES

Las mediciones de caudal en el ro Mapocho se realizaron en dos secciones: aguas abajo del puente Mapocho y a 100 metros aguas abajo de la confluencia. En el estero Lampa la seccin de medicin se ubic a 50 metros aguas arriba del Puente Pudahuel.

Las mediciones de caudales consisten fundamentalmente en medir en una seccin determinada el perfil transversal del lecho. En la misma ubicacin en que se coloc la mira topogrfica se mide la velocidad en varios puntos de la vertical, dependiendo de la altura de escurrimiento.

El clculo posterior se basa en dividir la seccin en subsecciones asocindoles una velocidad, con lo cul se obtienen caudales por subseccin, cuya suma total representa el caudal total por unidad de tiempo que pasa por la seccin.

3.4 ESTUDIO MARINA Y PUERTO DE CRUCEROS EN CALETA EL MORRO IQUIQUE I REGION

3.4.1 RECOPILACIN DE ANTECEDENTES

La recopilacin de antecedentes se realiz en dos etepas, antecedentes existentes y trabajos de terreno. Se comienza por la recopilacin de antecedentes existentes.

Para generar los dominios fsicos, necesarios para la modelacin matemtica, se utilizaron dos cartas nuticas del Servicio Hidrogrfico y Oceanogrfico de la Armada de Chile SHOA. Estas son las siguientes:

1) Carta N 1100 Rada de Arica a Baha de Iquique, que fue utilizada para generar el dominio regional. Dicho dominio se utiliza para estudiar el comportamiento del oleaje desde aguas profundas, en donde no se ve afectado por el fondo, hasta una zona cercana al puerto (aproximadamente hasta el veril 100m NRS).

2) Carta N 1211 Baha de Iquique, que fue utilizada, complementada con los datos topobatimtricos obtenidos en terreno, para generar el dominio local. Dicho dominio se utiliza para estudiar el comportamiento del oleaje en la zona de estudio (aproximadamente hasta el veril 100m NRS hasta la costa).

Una explicacin ms detallada de los dominios fsicos se hace en el punto 4.2.

3.4.2 MEDICIN TOPOGRFICA

3.4.2.1 planteamiento del problema

La zona del estudio comprende aproximadamente 2000 metros de costa, y se requiri obtener medidas hasta el veril 50 metros de profundidad para efectos de modelacin, lo que quiere decir, que se debi realizar una batimetra de aproximadamente 1500 metros mar adentro. El sector de la caleta natural (drsena) debi ser ms densificado, dado que es el lugar donde se proyectar construir las obras. El sector a levantar se aprecia en la figura 3.1

3.4.2.2 Definicin del problema

La estrategia de medicin de este sector costero comprende los siguientes aspectos: Base de confiabilidad: vrtice SHOA con coordenadas UTM y cota en metros referidos al NRS, para ligar el trabajo a la red nacional. Red principal de medicin: nuevos vrtices de acuerdo a la medicin Red secundaria: estaciones auxiliares, si es necesario para complementar la medicin. Taquimetra: levantar todo el borde costero, muros, playas, obras, etc. Batimetra: sondaje del fondo marino, controlado por regla de marea instantnea.

3.4.2.3 Medicin de la red de apoyo

La Red Topogrfica de apoyo de las mediciones se estableci planimtricamente en metros, con Coordenadas UTM de referencia en el Datum WGS 1984 para la Zona 19 Sur con Meridiano Central 69. Altimtricamente, las cotas o sondas estn expresadas en metros y referidas al Nivel de Reduccin de Sondas del lugar (NRS).

Como base de medicin se utiliz el punto geogrfico y de Cota Fija de Marea del Servicio Hidrogrfico y Oceanogrfico de la Armada (SHOA):

Vrtice CF-11 : N = 7.765.415,949 E = 380.107,375 Cota m [NRS]= 3.710

La materializacin de puntos topogrficos que establecen la Red de estaciones de medicin, consider el estacado de vrtices, la utilizacin de puntos existentes en el sector, y especialmente el uso de monolitos de propiedad municipal. Una vista de

la ubicacin de cada estacin y su entorno, se aprecia en el Anexo Fotogrfico del presente informe.

El posicionamiento de esta Red se realiz con GPS Geodsico marca Trimble, por el mtodo esttico. La verificacin y densificacin de otros puntos se realiz con instrumental topogrfico convencional.

Los valores se expresan en Coordenadas Geogrficas planas UTM y Cotas en metros referida al Nivel de Reduccin de Sondas del lugar.

El listado de Vrtices o Estaciones y el sistema coordenado con su posicionamiento, se presenta a continuacin:

3.4.2.4 medicion de costa y batimetra

La topografa de playa y los detalles de obras de inters, se midieron por radiacin electrnica desde las estaciones de Red en cada sector. La batimetra se realiz por triseccin angular.

La zona medida es de aproximadamente 2000 m. en lnea recta por la costa y 1500 m. perpendicular a esta, llegando hasta el veril -50 de profundidad .

El instrumental de medicin utilizado fue el siguiente: Ecosondas Elac,

Distanciometro Pentax PM 81

Teodolito Electrnico Pentax TH-E100

Estacin Total Pentax PCS-1

Estacin Total Sokkia Set 600

Teodolitos Zeiss Theo 020 A

adems

de

embarcacin,

Prismas,

jalones,

miras

y

Equipos

de

Comunicacin.

3.4.2.5 toma de muestras superficiales de playa y fondo marino

Durante la campaa de terreno se tomaron muestras superficiales de playa, al sur de caleta El Morro, y de fondo marino, en la caleta.

Se tomaron 4 muestras de playa y 4 de fondo marino. La posicin de los puntos en que fueron extradas las muestras, y su denominacin, se puede observar en el plano INH 3794, que se encuentra en el anexo planos. La denominacin de las muestras de playa indica la estacin topogrfica desde donde fue posicionado el punto de extraccin y el nmero de la muestra. Las muestras de fondo marino fueron posicionadas mediante triseccin angular y se marcaron con la letra B (buzo).

Para extraer las muestras de playa se us una paleta de mano. Para las muestras de fondo marino fue necesario el arriendo de una embarcacin y de un buzo. Las muestras fueron posicionadas por interseccin angular.

Todas las muestras se guardaron en bolsas plsticas clasificadas en terreno. El anlisis de aquellas se realiz en el laboratorio sedimentolgico del INH.

3.4.2.6 Medicin de Mareas

Se instal una regla de marea en el muelle de pasajeros , durante los das 06 a 10 de julio de 2002. El proceso utilizado consiste en, poner en el agua una regla, que generalmente es una mira topogrfica, teniendo cuidado de que en todo momento la regla se encuentre sumergida en el agua. Finalmente se debe nivelar la regla con respecto al punto de cota fija de marea, como se indica en la figura 3.5. En esta oportunidad se obtuvo una cota de 0.42m respecto al cero de la regla de marea, es decir 0.42 m bajo el cero de la regla de mareas.

Midiendo la marea, con lecturas cada 10 minutos, y utilizando la Tabla de Marea de la Costa de Chile, del Servicio Hidrogrfico y Oceanogrfico de la Armada, SHOA, con los valores en hora y altura del Puerto de Iquique, se confirm el NRS del lugar.

En La figura 3.3 , se presentan las grficas de las lecturas de marea, realizadas durante la campaa, referidas al NRS del lugar.

A continuacin se hace referencia a aspectos muy importantes en cuanto a las mareas. Estos aspectos pueden caer dentro del marco terico, pero se incluyeron en este captulo debido a la importancia de tenerlos presentes al momento de la toma de datos.

3.4.2.6.a nivel de reduccin de sondas

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 sondas muestre 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 reconoci internacionalmente que el dtum de marea de la carta nutica debera ser un plano tan bajo que la marea rara vez descendera bajo ste. Normalmente, el dtum de la carta nutica es tambin el dtum utilizado en las predicciones de marea que se incluyen en las tablas de marea.

Cada pas adopta el N.R.S. de acuerdo a las caractersticas del rgimen de marea de sus costas. Dado que el tipo de marea que predomina en el litoral chileno corresponde al de marea semidiurna mixta, se adopt como nivel de reduccin de sondas el plano determinado por la mayor bajamar de sicigias estando la luna en perigeo.

Al igual que otros planos mareales, la exactitud que se obtenga en la determinacin del N.R.S. depender de lo extenso del perodo en que se observ la marea.

De acuerdo a este criterio, al disponerse de un perodo corto de observacin de la marea, una buena aproximacin en la determinacin del N.R.S. la entrega el nivel que alcanza la mayor bajamar registrada en el perodo.

3.4.2.6.b cotas de marea y control del nivel cero

Al realizar observaciones de la marea, es imprescindible instalar un sistema de cotas a las cuales se puedan referir los planos de marea. Como cota se utiliza normalmente un disco de bronce debidamente identificado, el cual se instala en una superficie estable tal como una roca expuesta, el muro de un malecn o una construccin notable. Estas cotas, distribuidas en un nmero de 5 en las estaciones primarias de marea (observaciones de largo perodo) y 2 en las estaciones secundarias de marea (observacin de corto perodo), representan puntos supuestamente invariables que se utilizan como referencia para las elevaciones.

Mediante una nivelacin diferencial se establece la diferencia entre el cero del registro instrumental de la marea y estas marcas terrestres, transformndose estas marcas en cotas fijas de marea, las cuales deben ser verificadas peridicamente cuando se trate de observaciones de largo perodo. De esta manera, si las observaciones llegan a su trmino habindose retirado la regla de marea o el nivel cero del registro es alterado durante el transcurso de la observacin, siempre ser posible recuperar el nivel cero original o determinar la diferencia entre diferentes niveles cero de medida a partir de nivelaciones efectuadas oportunamente.

La figura 3.4 esquematiza los planos de marea ms utilizados, obtenidos de un mes de observaciones del nivel del mar efectuados en Antofagasta y referidos a la cota fija de marea N 8. La nivelacin efectuada el da 1 de noviembre de 1997 entreg como diferencia de altura entre le cota fija N 8 y el cero de la regla de marea un valor de 6,899 metros.

La figura 3.5 muestra un procedimiento sencillo de la nivelacin diferencial utilizada como metodologa para vincular y obtener la diferencia de altura entre la cota fija de marea y el cero de la regla de marea.

Este es el procedimiento a utilizar por el INH en cada trabajo de estas caractersticas, y no se podr dar valores de cotas NRS a ni un punto sin que se haya realizado este procedimiento.

L : Largo de la regla de marea a, c : lecturas atrs en la mira topogrfica b, d : lecturas adelante en la mira topogrfica A : altura de cota fija sobre el cero de la regla de marea.

Se puede determinar la altura de la cota fija sobre el cero de la regla de marea como: A = L + (a b) + ( c- d )

En ocasiones la cota se encuentra distante de la regla de marea por lo que ser necesario ejecutar varios tramos de nivelacin utilizando puntos intermedios debidamente sealados, y es recomendable realizarla por doble posicin instrumental.

CAPTULO 4. DESCRIPCIN DE LOS PROCESOS DE CLCULO Y DIBUJO.

Para comenzar este captulo se debe decir, que es fundamental saber que es lo que se requiere de la informacin obtenida, que en la mayora de los casos es tener una malla de puntos en tres dimensiones modelo, el que permitir tener la herramienta necesaria para poder realizar un anlisis hidrulico ptimo, mediante programas computacionales, los que sern comentados ms adelante.

4.1 ESTUDIO ANLISIS HIDRULICO DE LA CONFLIUENCIA DEL ESTERO LAMPA CON EL RO MAPOCHO

Para comenzar este estudio, se dibujaron en el programa Autocad Land Development, opcin Civil, todos los puntos con sus respectivas coordenadas(Este, Norte y Cota) y su descripcin, y con las libretas de terreno, que tambin tienen las descripciones de cada punto, ms los antecedentes ya existentes, como cartas , planos anteriores, y fotografas o videos tomados en la campaa de terreno, se procedi al armado del plano, en su parte gruesa, es decir, unir caminos, senderos, cercos, y todo lo que es representativo de un terreno; adems se dibujaron los detalles ribereos de ambos cauces, como los pretiles, detalle de puentes, etc.

Cabe mencionar que este proceso no estuvo exento de problemas, ya que la zona es de una topografa muy compleja, adems cada vez que se produce una crecida, como por ejemplo la del invierno del ao 2002, los sectores ribereos, son modificados drsticamente. Un ejemplo de lo expuesto anteriormente es la comparacin realizada entre una fotografa area y el levantamiento realizado por el instituto nacional de hidrulica, que se muestra en la figura 4.1

4.1.1 CONTROL

Se hace a continuacin una descripcin de la zona de estudio, indicando los aspectos ms relevantes de ella. Se tomarn en cuenta los factores que se estiman importantes para efectos del comportamiento hidrulico, y que podran ser un factor influyente para este y cualquier otro estudio hidrulico fluvial.

4.1.1.1 Ro mapocho

Presenta una pendiente suave y un lecho conformado principalmente por arenas y ripios.

Se observa que aguas arriba de la confluencia existen en ambas riberas amplias planicies fcilmente inundables, adems la planicie derecha es compartida con el estero Lampa. Aguas abajo el perfil transversal tpico del cauce cambia, siendo como el que se presenta en el Fig. N 4.2 . La ribera derecha tiene aproximadam ente 10m de altura debido a la presencia del cordn Lomas de Lo Aguirre. En la ribera izquierda se presenta un nivel de terrenos bajos que actan como planicie de inundacin en eventuales crecidas, limitada por un talud bien definido de aproximadamente 3m de altura formando un nivel de terrazas utilizado para actividades agrcolas.

Los aspectos relevantes a tomar en consideracin son:

-

A 200m aguas arriba de la Ruta 68 el nacimiento de una proteccin riberea de enrocado de 180 metros de largo, que enlaza con el puente vial.

-

El puente mapocho que es una estructura de la Ruta 68 y que tiene sus estribos dentro del cauce, lo que limita el ancho de la seccin.

-

A 70 metros aguas abajo del puente existe un muro guardarradier de roca con un espesor de entre 10 y 15m. La diferencia de cota entre el nivel superior e inferior del muro es de 1,10m.

-

A 870m de la Ruta 68 se encuentra la confluencia con el estero Lampa. En ese sector, por la ribera izquierda, se observa el nacimiento de varios pretiles, presentando el ms importante un largo de 230m, que segn las fotos areas de la crecida de 1987, sirven al encauzamiento de las crecidas. Adems se observa el nacimiento de un desnivel de terrazas que se extiende hacia aguas abajo, que separa los terrenos de cultivos de los del cauce.

-

A 3450m se produce un estrechamiento del cauce, producto de la presencia del Cerro Chico en la ribera derecha (Foto N4) y por la existencia de un quiebre natural del terreno en la ribera izquierda. En ese mismo lugar, se ubica el Puente Colgante, utilizado para el paso areo de tuberas de regado, la cota superior es de 454,6m NMM.

4.1.1.2 Estero Lampa

Analizando el estero Lampa se aprecia que el cauce en toda su extensin se presenta bien definido, con taludes de pendientes variables y vegetacin en sus riberas, siendo el perfil tpico el mostrado en la Figura 4.3. Las diferencias a lo largo del cauce se deben esencialmente a variaciones de las cotas de las riberas y a algunas modificaciones en la forma del perfil transversal.

Aguas arriba de la Ruta 68 la ribera izquierda presenta alturas de 8m. Delimita una amplia planicie de inundacin esencialmente agrcola y en menor grado industrial que es compartida con el Ro Mapocho.

Por su parte la ribera derecha es delimitada por la presencia del Cerro Amapola, en el sector de Laguna Carn, cuyo faldeo es aprovechado por un pequeo casero.

Inmediatamente aguas abajo del Puente Pudahuel, la ribera izquierda presenta alturas de aproximadamente 8m y la ribera derecha de 12 m. Esta mayor altura se debe a la presencia en tal sector del cordn montaoso Lomas de Lo Aguirre.

Las principales singularidades que presenta son:

El puente Pudahuel en la ruta 68, y los restos de dos pilas metlicas pertenecientes a un antiguo puente, 300 metros aguas abajo de la ruta 68.

4.1.2 EVALUACIN

A continuacin se detalla la forma en que afect o se espera pudieran afectar , las caractersticas mencionadas anteriormente en la representacin del terreno y por consiguiente en el estudio hidrulico.

Se comienza con los puentes debido a que se presentan en ambos cauces, y adems son obras que se encuentran regularmente en cualquier ro o estero.

4.1.2.1 Pendiente del Cauce

El anlisis del perfil longitudinal del lecho del ro muestra tres secciones con pendientes medias diferentes, Figura 4.4 , las cules se presentan a continuacin, desde aguas arriba hacia aguas abajo:

Seccin 1. Corresponde al tramo ubicado entre el inicio de la zona en estudio hasta la confluencia, con una longitud de aproximadamente 1,6km., la pendiente media es de 2 .

Seccin 2. Corresponde al tramo ubicado entre la confluencia y el Cerro Chico, con una longitud de aproximadamente 2,7km., la pendiente media es de 1 .

Seccin 3. Corresponde al tramo ubicado entre el Cerro Chico y el final de la zona en estudio, con una longitud de aproximadamente 1,1km., la pendiente media es de 0,2 .

4.1.2.2 problemas hidrulicos en los puentes

En la medicin de perfiles en las zonas: inmediatamente aguas arriba de los puentes, en los puentes, e inmediatamente aguas debajo de los puentes, se encontraron diferencias de cotas, que llamaron la atencin por lo dismiles de ellas, entregando pendientes muy distintas en ese tramo, ello se puede explicar debido a que al restar anchura al cauce (moderadamente), se resta capacidad de evacuacin al puente. En rgimen lento el agua se acelera para pasar por la parte ms estrecha, presentndose primero una depresin de la superficie libre y luego su recuperacin, cuando se ensancha el cauce, hasta el nivel determinado por las condiciones de contorno de aguas abajo. El efecto global es una sobreelevacin del nivel antes del puente H (llamada tambin re