UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA. RECINTO – UNIVERSITARIO: “PEDRO ARAUZ PALACIOS”. FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION. DEPARTAMENTO DE VIAS DE TRANSPORTE. TEMA: LEVANTAMIENTOS HIDROGRAFICOS PROFESOR DE TEORIA: ING. CLAUDIA REYES CONTENIDOS PÁGINA PRESENTACION………………………………………………………………. INDICE…………………………………………………………………………….. INTRODUCCION………………………………………………………………. OBJETIVOS……………………………………………………………………….. GENERALIDADES……………………………………………………………… INSTRUMENTOS DE SONDEO………………………………………….. REALIZACION DE SONDEOS………………………………………………. METODOS DE LOCALIZACION DE SONDEOS………………………. OBJETIVO GENERAL: · CONOCER LA REALIZACION DE UN LEVANTAMIENTO HIDROGRAFICO. OBJETIVOS ESPECIFICOS: · DESCRIBIR LOS METODOS DE LOCALIZACION DE SONDEOS. · EXPLICAR LA MEDICIÓN DE LAS PROFUNDIDADES (SONDEOS). · DESTACAR LOS INSTRUMENTOS QUE SE UTILIZAN PARA LA MEDICIÓN DE PROFUNDIDADES. INTRODUCCION La hidrografía se encamina al estudio y descripción de las áreas y fondos marinos, lacustres y fluviales y de sus costas adyacentes. Entre sus resultados destaca la confección de cartas náuticas, tablas y derroteros y cuanta información resulta útil y necesaria para la navegación. Los levantamientos hidrográficos sirven para determinar el relieve del fondo de un rio, embalse, lagos, etc. Los levantamientos hidrográficos son similares a los topográficos por lo que se utilizan procedimientos iguales para realizarlos pero presentan una diferencia, la cual es que los puntos que se van a levantar no se pueden observar, por esta razón se efectúan los sondeos. Los sondeos son la medición de la profundidad desde la superficie del agua hasta el fondo. Cuando la profundidad no es muy grande se puede utilizar la estadia para realizar los sondeos, aunque existen instrumentos adecuados para este tipo de levantamientos. Para profundidades pequeñas se utiliza un instrumento similar a la estadia llamado “estadia de sondeo”, los sondeos se realizan colocando la estadia en el fondo del agua y tomando la lectura en la superficie. También es necesario revisar toda la información disponible de la zona, que pueda afectar el levantamiento, como: Mapa topográfico. Fotografías aéreas. Clima. Sondeos realizados anteriormente. GENERALIDADES LEVANTAMIENTOS HIDROGRÁFICOS Los levantamientos hidrográficos pueden definirse como los trabajos topográficos efectuados para definir y determinar la forma de los lechos de ríos, lagunas y mares. Son fundamentales para la planificación y control de proyectos reingeniería que se desarrollan bajo la superficie de las lagunas, tales como las fundaciones de las pilas de los puentes carreteras, túneles, presas, embalses, dársenas, puertos, etc. Los métodos de relevarniento que en la generalidad de los casos podemos emplear son similares a los ya vistos para los levantamientos terrestres. Con la gran diferencia que en esto caso, levantamos una superficie no visible y que está expuesta a permanentes cambios. Para efectuar el relevamiento, convengamos en que podemos tratar en forma independiente, la ubicación planimetría de la posición altimétrica. Para la determinación de la primera, podernos emplear métodos de levantamiento superficiales, como son los levantamientos polares y el resultado final será un plano con curvas de nivel, que en el caso de los levantamientos hidrográficos reciben el nombre de "curvas batimétricas" o "isobatas", bien puede emplearse las clásicas alineaciones, que dará resultado, perfiles transversales del lecho. Determinación de la cota de los puntos sumergidos Debemos proceder en dos etapas: a) Determinar la cota del pelo del agua en la proyección vertical del punto a observar. (A1) b) Determinar la altura desde el lecho hasta el pelo del agua. (h). Esta operación recibe el nombre de sondeo. a. Para determinar la cota del punto A’ , dependerá si se trata de un espejo de agua quieto, o si es un río o mar en movimiento. Conforme a la convención que adoptamos para definir el Geoide, supusimos que la superficie de las aguas en reposo, materializan una superficie equipotencial, de tal manera que en el primer caso (caso ideal) podríamos tomar la cota de un punto cualquiera de la superficie y generalizarla a toda la extensión del levantamiento. Pero en la práctica, las aguas, lejos de estar quietas, se mueven permanentemente por la. acción del viento, en este caso, se determina la posición media de la superficie del agua, colocando una mira en la orilla del lago y registrando sobre la misma las variaciones, mientras dure la operación del levantamiento, luego referimos el promedio. En el caso de los ríos, el nivel de la superficie del agua está cambiando permanentemente ya que por una parte el nivel del pelo de agua nos es horizontal (en el sentido longitudinal) y por otra, que su caudal no es constante. En los grandes ríos como son el Paraná o el Uruguay, su cuenca de aporte es extensa, motivando que el caudal esté en permanente cambio. Esto obliga a que en los ríos tomemos una cota del pelo del agua, en el sentido transversal a las observaciones y simultáneamente a la misma. Un criterio similar adoptamos en el caso de los levantamientos en el mar, pues la superficie del agua cambia por la acción del viento y las mareas. En este caso, dejando de lado la corrección por el viento, podemos suponer las variaciones uniformes en el espacio con relación al tiempo, por tal motivo para calcular la cota de la superficie, efectuamos la corrección interpolando entre dos cotas conociendo el espacio de tiempo transcurrido entre observaciones. PLANTA Sondajes La profundidad de los lechos de agua se determinan con sondeo que en los puentes de antemano se los ubica en el control horizontal del plano topográfico. Las profundidades medidas con la sonda tomados al nivel del agua en el instante de la operación siendo que dicho nivel es variable sobre todo se la fuente está sujeta al régimen de marcas de allí la necesidad de reducir las alturas de agua a una medida de origen común que puede ser una superficie de nivel de agua como por ejemplo el nivel medio de las mareas en el mar o un cota arbitraria. Las bases como control horizontal se establecen generalmente en las orillas desde la cual se ubican puntos de sondaje y en el momento de efectuarlo se denomina su verdadera posición al mismo tiempo se mantiene un registro exacto del tipo de sondaje y de la variación del nivel del agua. El control vertical sirve para relacionar las alturas de agua entre si con las de la orilla Cuando se efectúa sondaje hay que tomar en cuenta que las rocas aisladas del resto de obras de ingeniería u otras obstrucciones pueden producir errores en los sondeos En estos casos es preferible efectuar un dragado con el fin de desalojar los obstáculos a mayores profundidades del área de interés. Equipo de sondeo: En los trabajos de ingeniería generalmente se utiliza mástil con mates de sondeo o una sonda que es lo mas corriente, un mástil de sondeo es un dispositivo de madera de sección circular de 5m de longitud y 5 cm. de diámetro con terminales de metal puede ser también un tubo lastrado (con peso) y graduado simétricamente partir de cada extremo y una sonda consiste en una cuerda de caña o de litro trenzado con un escañado prensado a veces la cuerda se fabrica con alma central de bronce fosforito para contrarrestar el aumento de longitud por tensión. También es usual utilizar una cadena ligera considerando este elemento mas manejable en manos del operador y al mismo tiempo permite ubicar fichas y a disponer marcas graduadas en el sistema de medidas que se desee sea métrico o inglés, el escañado tiene un peso promedio de 3 kilos y frecuentemente en la parte inferior tiene forma de copa donde se pone el cebo para tomar muestras del fondo cuando éste es muy blando o existe mucho limo por sedimentación se utiliza un tubo con un reborde en un extremo que se detiene en el momento que se encuentra con la superficie natural del lecho. Sondeo mediante ecos. Ecosonda o sondímetro: Realiza un registro continuo y exacto de la profundidad del agua por debajo de la embarcación en la cual está instalado, y su funcionamiento se basa en la creación de un onda de sonido en el agua próxima a la superficie y el registro del intervalo de tiempo desde el instante en que se produce el sonido hasta aquel en que se produce el retorno del eco desde el fondo. Estos aparatos están adecuados para determinar profundidades de acuerdo con la velocidad del sonido y el tipo de agua en que está siendo utilizado. Embarcaciones de sondeo Se utiliza botes de remo, lanchas a motor o embarcaciones pequeñas, como por ejemplo: canoa que en ciertos casos están unidas entre ellas para disponer de un soporte fijo para una plataforma de sondeo que se sitúa en el centro de la embarcación y en el lado de estribor para que la sonda pueda ser manejada por el operador con la mano derecha. Varillas graduadas: Para pocas profundidades y ríos no correntosos, se pueden usar miras; con el objeto de facilitar su transporte se las arma en piezas enchufables, deben ser gruesas y de bordes redondeados para evitar que la presión de la corriente del agua las doble. El cero de la mira se encuentra en el pie, el cual debe tener una superficie plana de apoyo, evitando que se hunda en el barro. Es un método incómodo y pesado (hay que estar permanentemente agregando y quitando tramos). Sogas: (de cáñamo, nylon o alambres de acero) Para poder cuantificar la profundidad, sobre la soga se hacen marcas o nudos a distancias constantes; cada 0.20m un tipo y cada metro otro tipo de marca. Entre la cuerda de nylon y cáñamo, es más conveniente usar la primera, pues la segunda se pone dura y pesada al mojarse. Con el uso continuo ambas cuerdas se deforman (el nylon se estira mientras que el cáñamo se encoje al mojarse). El alambre de acero es más seguro pero es más difícil de marcar al tiempo que requiere del empleo de rieles o carretes especialmente construidos. El peso al colocarle a la sonda, depende de la correntada, variando entre los 5 y 30Kg, es conveniente que el lastre tenga la forma de un torpedo con aletas estabilizadoras para que baje lo más vertical posible. En profundidades mayores a los 50m., ya hay que usar un sistema de polea equipado con freno mecánico, para el ascenso y descenso de la sonda. La rapidez y precisión con que se hacen los sondeos, dependen del equipo que estamos utilizando, cuando el relevamiento se realiza en una zona no muy extensa y la profundidad del agua está comprendida entre 1 a 5m, podemos emplear el primer método entre los 5 y 30, 50m, nos inclinamos por el segundo. Para profundidades mayores, grandes levantamientos o ríos de gran correntada es necesario el empleo de las ecosondas. Alineación Para indicar las posiciones de los sondajes se utilizan alineaciones las que se señalan normalmente en un extremo mediante 2 señales en la orilla o en aguas poco profundas por dos boyas o por un sistema combinado. Cuando los sondeos han de realizarse varias veces en el mismo punto han de usarse alineaciones en cruz. Métodos topográficos utilizados en los sondajes: Intersección de alineación Hilo o alambre graduado Una alineación y un ángulo desde la orilla Dos ángulos desde la orilla UN ángulo y una distancia estadimétrica desde la orilla Velocidad a intervalos de tiempo uniforme Dos ángulos medidos con sextante desde el bote a tres señales o boyas. Una alineación y un ángulo medido con sextante desde el bote a dos señales o boyas 1. Métodos de las alineaciones se colocan estaciones permanentes del teodolito en cualquiera de las orillas, la embarcación recorre una línea entre dos banderolas señales ubicadas en las riberas u orillas y los operadores de los teodolitos sirvan el bote por la señal en este y el operador sitúa el bote y su señal desde la estación 2. hilo o alambre graduado Se utiliza para el sondaje de una corriente de agua o caudal para lo cual se utiliza sondajes en las orillas de los lugares en los cuales se desea levantar el perfil del fondo. La profundidad del lago puede leerse en una mira graduada y la posición horizontal esta dada por el hilo graduado y la altura de la superficie de agua se toma con un nivel y una mira a determinado intervalo de tiempo. Otro método Velocidad a intervalos de tiempo uniforme Esto se hace con embarcaciones motorizadas las cuales se dirigen a un mismo ritmo Para realizar un levantamiento hidrográfico se cumplen las siguientes operaciones: registro de nivel de agua, este se basa generalmente en el nivel medio de las mareas en el mar en que se puede definir como un plano de referencia o superficie determinada por la media aritmetica de los niveles del mar a intervalos iguales durante una serie de observaciones y se obtiene promediando las alturas horales (horas) reconocimiento, se toma planos o fotografías aéreas existentes y se proyecta una triangulación en las orillas que sirve de control topografía preliminar, se levanta red de triángulos y se hace una polígonal a lo largo de la orilla y luego se dibuja en un plano la línea de la orilla y los detalles situados en las zonas aledañas seleccionando también sitios para ubicar registro de altura de marea. proyecto, se traza sobre el plano las alineaciones lo mas perpendicular posible a la dirección del flujo Situaciones de las alineaciones, las señales de alineaciones se miden en el campo mediante medidas a partir de la red horizontal de triángulos. Se ubica señales permanentes que se las une a la red topográfica, se determina las posiciones del teodolito a lo largo de la orilla de tal manera que la longitud de la base pueda observarse a dos posiciones del teodolito. Sondeos, los operadores del teodolito y la embarcación deben sincronizar los relojes, los teodolitos se estacionan en puntos adecuados de manera que cubran toda la zona del sondaje. Los teodolitos son apuntados al norte astronómico del sistema coordenado y a partir de ello estaríamos en condiciones de visar u obcecar las embarcaciones, los operadores de los teodolitos mantienen la cruz filal del retículo sobre la embarcación manteniendo la puntería minuto a minuto o según el intervalo de tiempo establecido. Los que anotan en las estaciones de tierra registran la hora, el orden de los puntos y el ángulo de ubicación en la embarcación el que lleva la libreta de registro hace lo mismo y además la profundidad de cada sondeo. La dificultad que se anota en los levantamientos hidrográficos esta por conseguir la adecuada corrección de datos y una vez que se dibuja los ángulos, las intersecciones deben caer aproximadamente las distancias o intervalos aproximadamente uniformes. Levantamiento para puentes Son necesarios además del reconocimiento cuatro tipos de trabajos topográficos que pueden combinarse entre sí y que son los siguientes levantamientos preliminar, levantamiento par el proyecto trabajos para el control de la situación del puente y replanteo. Tipos de trabajos para levantamientos: Levantamiento preliminar. Consiste en un levantamiento topográfico en el lugar donde se va a realizar la estructura y puede ser necesario según la magnitud de la obra de unas pocas secciones transversales en los extremos o en el caso de un puente de gran magnitud requerir levantamiento aéreo, debe estar representada la carretera precisamente y es necesario un levantamiento hidrográfico completo que incluye el estudio del área de escurrimiento que alimenta a la fuente de agua de los efectos del régimen de corriente y de las mareas o avenidas. Levantamiento para el proyecto. Una vez ubicada la estructura es imprescindible reunir los datos topográficos exactos para utilizar los detalles del proyecto, o sea en el caso que no se ocupa la ubicación exacta de los estribos y pilas de puente, en caso de ser de varias luces con la selección tomando en cuenta el factor económico en general los trabajos para este tipo de proyectos tiene que ser exacto y cuidadosamente comprobados. Levantamiento para el control de situación. A partir de los dos anteriores, el levantamiento para control de ubicación definitiva del puente corresponde a una de las partes mas importantes del trabajo que se realizan de una parte mas importantes del trabajo que se realizan de una manera independientes y con especial cuidado, por ejemplo casos de puente colgante se hace la selección de este tipo de puentes con el levantamiento preliminar y las posiciones exactas de dos estribos y torres de anclaje. Estas torres han de ser ubicadas exactamente de manera que el tablero encaje una vez levantado para lo cual será necesario una triangulación levantada y calculada con la mayor precisión de tal manera que los datos obtenidos puedan determinar las medidas para el replanteo. Replanteo. Una vez concluidos los cálculos de situación se procede a señalar los puntos principales o básicos y desde ellos se localizan los puntos para el proceso constructivo. El trabajo a veces requiere de las plataformas auxiliares y tratándose de estructuras para alimentarse bajo el agua se tiene que seguir seguimientos muy exactos de localización y control. Trabajo complementario. Es necesario establecer de inmediato el sistema de control tanto horizontal y vertical con una poligonal o tringulación enlazada a la poligonal principal y una línea de nivelación mediante nivelación recíproca que asegura la exactitud del paso de una rivera a otra y como los puntos de referencia o básicos se han usado muchas veces. Dichos punto como son, vértices o estaciones deben ser establecidos de una manera permanente mediante señales de hormigón Requisitos de una triangulación Se sitúa una estación primaria próxima a cada uno de los extremos de la estructura y además puntos desde los cuales pueden ubicarse las pilas del puente por intersección el sistema estará formado por 1 o 2 cuadriláteros siendo uno de sus lados la base de ambos lados de las riveras desde donde deben observarse las diagonales, las dos bases constituyen lados completos de los cuadriláteros, las estaciones se ubican en sitios desde donde las bases pueden medirse en forma expedita, frecuentemente se levantan uniones cortas desde un extremo por la base a una estación de triangulación situado en un lugar destacado. Curvas de enlace horizontal: son curvas circulares y se clasifican en simples y compuestas. Las simples están constituidas por un tramo de una sola circunferencia que enlaza dos alineaciones constituida por las prolongaciones de las lineas de intersección, los elementos que deben determinarse a conocerse para llegar a trazar una curva circular son los siguientes. Grado de la curva es el ángulo al centro correspondiente a una cuerda unitaria, g' o subgrado es el residuo angular que queda luego de replantear varias cuerdas unitarias; o sea el residuo de la división del ángulo de deflexión para el grado. El grado correspondiente a una cuerda de 20 metros generalmente no debe pasar de 10° grados ya que para ese valor el radio es mayor de 100m y el arco se aproxima en su longitud a la cuerda para curvas con grados entre 10 y 20, que se usan cuerdas unitarias de 10 metros y para grados entre 20 y 40 se usan cuerdas unitarias de 5 metros En carreteras el radio de la curva tiene que ser lo suficientemente grande para evitar curvas forzados en camino de 2° orden se acepto un mínimo de 35m de radio que corresponde a un grado g =35 grados en carreteras de primer orden. Se busca obtener curvas con radios mayores a los 100m en líneas férreas debido a que la fricción de ruedas es un radio aumenta con la curvatura lo mínimo que se acepta es un radio igual a 200m que corresponde aproximadamente un valor de g = 6 grados, los rayos de los canales depende de muchos factores tales como la velocidad del fluido, la pendiente, el ancho del canal, el tirante de agua, etc.Se utiliza un mínimo igual a 2 o 3 veces el ancho del canal para el radio. Determinación de la posición altimétrica Levantamientos topo- batimétricos Como no es posible observar directamente la superficie a relevar, es necesario proceder en dos etapas, en primer lugar se realiza un muestreo aleatorio simple, tomando los puntos distribuidos lo más uniforme posible, con el objeto de obtener la información previa necesaria para proceder luego, en una segunda etapa, a realizar un muestreo estratificado. 1º etapa 2° etapa Para determinar las coordenadas X e Y de estos puntos, podemos hacerlo utilizando Los siguientes métodos: 1. Polar - taquimetría clásica Cuando los levantamientos son de aguas poco profundas, como por ejemplo el río Suquía un época de estiaje, pueden medirse las distancia estadimétricamente y con simultaneidad a ellas efectuar la nivelación apoyando la mira sobre el lecho del río. Esto no es posible, cuando se trata de aguas profundas, pues el continuo movimiento del bote, impide efectuar el corte de mira y mantener la misma en posición vertical. 2. Polar - taquimetría electrónica Se estaciona el distanciómetro sobre uno de los puntos del sistema de apoyo, a los efectos de tener posicionado el instrumento, se va siguiendo el movimiento de la lancha apuntando el mástil o los prismas, con el tornillo de movimientos lentos; en el instante en que se efectúa el sondeo, el operador de la lancha lo comunica a través de una señal de radio o luminosa. Al recibir la señal, el operador del instrumento detiene el movimiento de la alidada para efectuar la medición de distancia, posteriormente lee el rumbo, tiempo que es aprovechado por el personal de la lancha para levantar anclas y dirigirse hacia otra posición. Conviene medir las distancias empleando un distanciómetro de onda corta, ya que el distanciómetro electro-óptico presenta dos dificultades: por una parte el tiempo de trabajo se ve reducido por la falta de visibilidad debido a la presencia de bruma, lo que afecta considerablemente el haz de luz, y por otra parte, a que los prismas usados comúnmente en levantamientos terrestres, deben ser reemplazados por un sistema de prismas (tal corno lo indica el esquema) ya que el continuo movimiento de la lancha hace muy dificultoso y lento el apunte del prisma al aparato. Cuando se trabaja con ecosonda de medición continua, se van haciendo las mediciones ininterrupidamente, ya que la lancha se detiene sólo el tiempo necesario para la observación de distancia. Como la gráfica del perfil registrado por la sonda, tiene dos variables (alturas en las ordenadas y tiempos en las abscisas), es necesario cronometrar el instante de observación para luego poder relacionar las coordenadas X y Y con la altura h, a los fines de calcular el Z correspondiente. 3. Bisección Es el método de medición más empleado por su simplicidad y rapidez, se requiere de dos teodolitos ubicados en dos vértices del sistema de apoyo. Al efectuarse el sondeo y transmitida la señal, ambos operadores detienen el movimiento de la alidada, la cual hasta ese momento iba siguiendo el recorrido de una imagen puntual, común, de la lancha, con el tornillo de paso fino. Se anotan los rumbos y se reinicia la operación. Es ideal emplear este método con la ecosonda de lectura continua, anotando los tiempos, como en el caso anterior. 4. Intersección inversa Para poder determinar la posición de un punto, se necesita conocer las coordenadas de tres puntos y medir los dos ángulos comprendidos, o bien conocer las coordenadas de dos puntos y medir las dos distancias. El primer caso, no se puede realizar con un teodolito ya que en la lancha es imposible mantener calado el instrumento y medir los ángulos, sin embargo, para levantamientos expeditivos, los textos tratan la posibilidad de utilizar un sextante, apuntando hacia puntos visualmente dominantes de la costa, tales como antenas de radiotorres, etc. El segundo caso es muy práctico y frecuentemente usado en los levantamientos que se llevan a cabo sistemáticamente, como son los trabajos que se realizan para detectar la presencia de bancos de arena en los canales de los puertos, y ríos navegables. Conjuntamente que el sonar envía una señal acústica para medir la profundidad, se emite una señal de onda corta, que es devuelta por dos estaciones costeras, de cuya posición se conocen las coordenadas. El instrumento del esquema permite obtener directamente las coordenadas X e Y en un tiempo de 60seg. con un error de + 2m y puede alejarse de las estaciones costeras una distancia de 74Km. 5. Otros métodos En países desarrollados, las determinaciones mar adentro, se realizan con un equipo que, simultáneamente va avanzando el barco sonda, un plotter va dibujando en forma continua una faja de curvas batimétricas obteniendo directamente la carta. Para darle coordenadas a los esquineros de la carta, se ubica la posición de 2 ó 3 puntos valiéndose de satélites topográficos GPS. Para mediciones en las inmediaciones de plataformas marinas y para los levantamientos destinados a la construcción de gasoductos sumergidos , se emplea con éxito mediciones azimutales empleando el giroteodolito. b. PERFILES Se materializa una poligonal de apoyo sobre la costa, siguiendo la forma de la misma, sobre los lados se ubican los piquetes espaciados conforme a la densificación que se desea obtener. Desde estos puntos se levantan los perfiles transversales. Modo de operar: 1. con taquímetro electrónico Se estaciona el aparato sobre cada uno de los piquetes, apuntando hacia el vértice rnás lejano se levantan perpendiculares al lado. La lancha se desplaza por la línea materializada y en cada sondeo se mide la distancia al piquete. 2. con dos teodolitos Uno de ellos se estaciona sobre el perfil, para colocar en posición a la lancha, mientras que el segundo teodolito se coloca en un vértice, con el objeto de realizar una intersección en el momento del sondeo, para luego calcular la distancia del punto observado al piquete (fig. a) 3. con un solo teodolito Cuando se dispone de un solo instrumento, previamente se colocan señales que materialicen la línea del perfil. La lancha se va alineando sola sobre el perfil, mientras que el operador de tierra instalado en un vértice, va levantando las intersecciones. Esta forma limita la distancia a que se puede alejar la lancha, por un lado por el error producido al alinearse a simple vista con dos señales generalmente ubicadas en distintos niveles; y por otro, porque al alojarse de la costa es muy difícil saber desde la lancha si se está sobre el perfil correcto, o si se está alineado sobre señales equivocadas. (fig. b) Aunque el método de levantar perfiles es mucho más lerdo que la topobatimetría, es en algunos casos más práctico, pues cuando la costa no está edificada es muy difícil ubicarse desde la lancha y se corre el riesgo de no tomar los sondeos distribuidos de la forma que se planificó.