INFORME TÉCNICO (REV. B) “SERVICIO
DE LEVANTAMIENTO BATIMÉTRICO DEL
TERMINAL PORTUARIO DEL CALLAO”
Preparado para:
Av. Santa Rosa 135 – La Perla Callao – Perú
Elaborado por:
HIDRÁULICA Y OCEANOGRAFÍA INGENIEROS CONSULTORES S.A. Mz. C10, Lote 22, Urb. Portada del Sol II Etapa La Molina Lima – Perú
Noviembre 2012
“SERVICIO DE LEVANTAMIENTO BATIMÉTRICO DEL TERMINAL PORTUARIO DEL CALLAO” Informe Técnico
Noviembre 2012
Rev. B
ÍNDICE CA PI TU L O I : GE NE RA L I DA D ES ........... ................ ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ..... 4
1.1
Antecedentes .............................................................................................................. ................................................................................................................ .. 4
1.2
Finalidad del estudio ............................................................. ................................................................................................... ...................................... 4
1.3
Ubicación ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... 4
1.4
Especificaciones técnicas ............................................................................................ 5
CAPI TU L O I I : TRA BA JOS PREL I M I NA RES ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 9
2.1
Reconocimiento y monumentacion de puntos de control ........................................ 9
2.2
Posicionamiento geodésico de puntos de control .................................................... 10
CA PI TU L O I I I : BA TI M E TRÍA ......... .............. .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ..... 16
3.1
Levantamiento de información ..................................................................... ................................................................................ ........... 16
3.2
Procesamiento................................................................................... Procesamiento................ ............................................................................................ ......................... 23
3.3
Resultados ....................................................................................................... .................................................................................................................. ........... 26
CA PI TU L O I V: EST UD I O DE CO RRI E N TE S .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... ......... .... 32
4.1
Metodología ............................................................................................................... ............................................................................................................... 32
4.2
Resultados ....................................................................................................... .................................................................................................................. ........... 33
CON CL U SI ON E S ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................. .......................... ... 36 A N E X OS ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ......................................... ................... 38
Índice de Tabla Tabla 1: Co ordenadas ordenadas de Estación “Lima – IG N ........................................................................ 13 Tabla 2: Coordenadas de Estación “GPS - - FN” FN” ........................................................................... 14
.............................................................................. 15 Tabla 3: Coordenadas de Estación “GPS - - S” S” .............................................................................. Tabla 4: Resultados de corrient es en marea ascendent e ........................................................ 34 Tabla 5: Resultados de corrient es en marea descend ente ...................................................... 34
Índice de Figuras Figura 1: Ubicación del área á rea de estudio ................................................................................................. 5 Figura 2: Vista panorámica del del área del proyecto ................................................................................. 5 Figura 3: Puntos de control “GPS“GPS -FN” (Faro Norte) – “GPS“GPS-S” (Costa) .................................................... 9 Figura 4: Calculo de posición p osición absoluta ................................................................................................. 10 Figura 5: Esquema Es quema de posicionamiento p osicionamiento geodésico ............................................................................... 12 Figura 6: Estación “Lima – IGN. ............................................................................................................ 13 Figura 7: Estación “GPS“GPS -FN” ................................................................................................................. 14 Figura 8: Estación “GPS“GPS -S” ................................................................................................................... 15 Figura 9: Software hidrográfico Hypack ............................................................................................... 16 Figura 10: Ventana de procesamiento batimétrico .............................................................................. 18 Figura 11: Ejemplo de Vista en 3D ........................................................................................................ 19
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ÍNDICE CA PI TU L O I : GE NE RA L I DA D ES ........... ................ ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ..... 4
1.1
Antecedentes .............................................................................................................. ................................................................................................................ .. 4
1.2
Finalidad del estudio ............................................................. ................................................................................................... ...................................... 4
1.3
Ubicación ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... 4
1.4
Especificaciones técnicas ............................................................................................ 5
CAPI TU L O I I : TRA BA JOS PREL I M I NA RES ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 9
2.1
Reconocimiento y monumentacion de puntos de control ........................................ 9
2.2
Posicionamiento geodésico de puntos de control .................................................... 10
CA PI TU L O I I I : BA TI M E TRÍA ......... .............. .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ..... 16
3.1
Levantamiento de información ..................................................................... ................................................................................ ........... 16
3.2
Procesamiento................................................................................... Procesamiento................ ............................................................................................ ......................... 23
3.3
Resultados ....................................................................................................... .................................................................................................................. ........... 26
CA PI TU L O I V: EST UD I O DE CO RRI E N TE S .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... ......... .... 32
4.1
Metodología ............................................................................................................... ............................................................................................................... 32
4.2
Resultados ....................................................................................................... .................................................................................................................. ........... 33
CON CL U SI ON E S ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................. .......................... ... 36 A N E X OS ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ......................................... ................... 38
Índice de Tabla Tabla 1: Co ordenadas ordenadas de Estación “Lima – IG N ........................................................................ 13 Tabla 2: Coordenadas de Estación “GPS - - FN” FN” ........................................................................... 14
.............................................................................. 15 Tabla 3: Coordenadas de Estación “GPS - - S” S” .............................................................................. Tabla 4: Resultados de corrient es en marea ascendent e ........................................................ 34 Tabla 5: Resultados de corrient es en marea descend ente ...................................................... 34
Índice de Figuras Figura 1: Ubicación del área á rea de estudio ................................................................................................. 5 Figura 2: Vista panorámica del del área del proyecto ................................................................................. 5 Figura 3: Puntos de control “GPS“GPS -FN” (Faro Norte) – “GPS“GPS-S” (Costa) .................................................... 9 Figura 4: Calculo de posición p osición absoluta ................................................................................................. 10 Figura 5: Esquema Es quema de posicionamiento p osicionamiento geodésico ............................................................................... 12 Figura 6: Estación “Lima – IGN. ............................................................................................................ 13 Figura 7: Estación “GPS“GPS -FN” ................................................................................................................. 14 Figura 8: Estación “GPS“GPS -S” ................................................................................................................... 15 Figura 9: Software hidrográfico Hypack ............................................................................................... 16 Figura 10: Ventana de procesamiento batimétrico .............................................................................. 18 Figura 11: Ejemplo de Vista en 3D ........................................................................................................ 19
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Figura 12: Planificación de líneas principales ....................................................................................... 19 Figura 13: Planificación de líneas verificación ...................................................................................... 20 Figura 14: Esquema de integración de equipos .................................................................................... 20 Figura 15: GPS Geodésico Topcon en modo RTK .................................................................................. 21 Figura 16: Ecosonda Bathy 500MF ....................................................................................................... 22 Figura 17: Sondaleza de calibración para ecosonda ............................................................................. 23 Figura 18: Canal de acceso 3D .............................................................................................................. 27 Figura 19: Cartografía del canal de acceso ........................................................................................... 27 Figura 20: Área de d e maniobras 3D ......................................................................................................... 28 Figura 21: Cartografía del área de maniobras ...................................................................................... 28 Figura 22: Cartografía Muelle Nº 1 ....................................................................................................... 29 Figura 23: Cartografía Ca rtografía Muelle Nº 2 ....................................................................................................... 29 Figura 24: Cartografía Ca rtografía Muelle Nº 3 ....................................................................................................... 30 Figura 25: Cartografía Ca rtografía Muelle Nº 4 ....................................................................................................... 30 Figura 26: Cartografía Muelle Nº 5 ....................................................................................................... 31 Figura 25: Cartografía Muelle Sur ........................................................................................................ 31 Figura 27: Tipo de flotadores ............................................................................................................... 32 Figura 28: Mareas para estudio de corrientes ...................................................................................... 33 Figura 29: Medición de líneas de corrientes ......................................................................................... 35
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CAPITULO I: GENERALIDADES 1.1 Antecedentes El Plan Nacional de Desarrollo Portuario (PNDP) tiene previsto la modernización del Terminal Portuario del Callao, que incluye entre otros aspectos técnicos, el disponer de las profundidades marinas que posibilite la operación de naves tipo Panamax y Post-Panamax. La APN requiere disponer de un levantamiento batimétrico actualizado del Terminal Portuario del Callao, para establecer las actuales profundidades marinas, así como establecer la presencia de corrientes al interior de la poza de maniobras, que pueda incidir en las profundidades, teniendo en consideración la presencia del Nuevo Terminal de Contenedores en la rada del referido Terminal.
1.2 Finalidad del estudio La finalidad del estudio es presentar las características del fondo marino dentro de la rada interior y el canal de acceso del puerto del Callao, esto será realizado mediante un levantamiento batimétrico en el cual está contemplado además un estudio de corrientes y sedimentos.
1.3 Ubicación Políticamente, el área del Terminal Portuario del Callao, se localiza en la jurisdicción del distrito Callao, Provincia Constitucional del Callao, región Callao, a 14 Km. del centro de la ciudad de Lima, exactamente a 77º 08' 25" de longitud Oeste y a 12º 02' 42" de latitud Sur. El área de estudio se encuentra ubicada en una amplia bahía, protegida por las islas San Lorenzo y Isla El Frontón y por los islotes Cavinzas y Redondo, delimitada al norte, por el río Rímac y al sur, por la Plaza Grau. El litoral del Callao, se caracteriza por presentar una gran actividad portuaria debido al intenso tráfico comercial del puerto y a una importante actividad pesquera.
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Figura 1: Ubicación del área de estudio
Figura 2: Vista panorámica del área del proyecto
1.4 Especificaciones técnicas
1.4.1
Levantamiento batimétrico con ecosonda. Las áreas que requieren efectuar el levantamiento batimétrico con ecosonda, son las siguientes:
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Canal de Acceso desde el primer par de boyas hasta el rompeolas de la boca de entrada a la rada interior.
Área de Maniobras: que corresponderá desde los faros de la boca de entrada a la rada interior, hasta los cabezos de los muelles del T.P. Callao.
Área de Muelles: que comprende todos los amarraderos de los muelles, entremuelles, cabezo de muelles y frente al futuro muelle 5F y futuro muelle de embarque de minerales cercano al rompeolas norte.
Los sondajes deberán realizarse de manera corrida formando alineaciones. Asimismo deberán realizarse sondajes cruzados de comprobación.
1.4.2
Levantamiento batimétrico con escandallo. Para los controles verticales deberá utilizarse un escandallo de mano de cadena o cable graduado, un bote y un cabo, lo suficientemente largo para separarse del muelle.
Los controles horizontales se efectuarán a cada 10 metros de distanciamiento perpendiculares a los muelles, utilizándose un bote para desarrollar esta actividad. Para los controles se utilizará un cabo graduado que permita efectuar los registros, a distancias del muelle de 0, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 y 40 metros.
El levantamiento deberá ser realizado en todos los amarraderos del Terminal Portuario del Callao, que incluya los Terminales administrados por DP WORLD CALLAO S.A y APM TERMINALS CALLAO.
En el caso del levantamiento frente a los amarraderos 5D y 5E, el levantamiento batimétrico se efectuará hasta una distancia en la que se presente una variación brusca de las profundidades, de manera no interferir con las instalaciones de la Base Naval y el SIMA.
1.4.3
Estudio de corrientes
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Deberá efectuarse un estudio de corrientes, durante la baja marea y alta marea, comprendiéndose este estudio desde la boca de entrada a la rada hasta las cercanías del muelle. Se elaborará el plano de corrientes en una escala adecuada.
1.4.4
Muestras del fondo marino Se deberá tomar muestras inalteradas superficiales del material del fondo marino, teniendo en cuenta las siguientes ubicaciones:
Tres (03) muestras en el Canal de Acceso
Dos (02) muestras en la Boca de Entrada del rompeolas
Una (01) muestra en la Zona de Maniobras frente al cabezo del muelle 1C
Una (01) muestra en la Zona de Maniobras frente al amarradero 3C
Una (01) muestra en la Zona de Maniobras frente al amarradero 5B
Una (01) muestra en la Zona de Maniobras frente al amarradero 5D ó 5E
Se servirán identificar las muestras elaborándose, de posible, el respectivo análisis granulométrico acompañando las curvas respectivas con su respectivo comentario, así como la determinación de su densidad específica, que posibilite identificarlo como material navegable.
1.4.5
Equipamiento mínimo Para desarrollar el trabajo requerido, el equipamiento mínimo solicitado es el siguiente:
Ecosonda Hidrográfico con papel registrador no menor de 50 Khz ni mayor a 240Khz.
1.4.6
Sistema de Posicionamiento GPS en modo RTK.
Informe y planos a presentar
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Se deberá realizar levantamientos batimétricos completos, debiendo presentar la siguiente documentación:
Informe
El informe deberá ser presentado en original y tres (3) copias, comprendiéndose una versión en un CD con la información en Autocad 2010 y Word.
El Informe a elaborar deberá disponer de la siguiente estructura: Generalidades, Personal participante, Especificaciones técnicas del equipo utilizado, Metodología de trabajo (Levantamiento batimétrico con ecosonda y levantamiento batimétrico con Escandallo, Estudio de corrientes, Conclusiones).
Planos a presentar
Los planos deberán tener las siguientes características:
Coordenadas UTM y Geográficas WGS-84.
Puntos de referencia con sus coordenadas (cuadro).
Las estructuras como muelles, línea cero, deberán estar representadas en todos los planos respectivamente.
Dos (2) Planos del Levantamiento Batimétrico con ecosonda 1/2500, profundidades en pies.
Dos (2) Planos del Levantamiento Batimétrico con ecosonda 1/2500, profundidades en metros.
Dos (2) Planos del Levantamiento Batimétrico en Muelles con escandallo 1/1000, profundidades en pies.
Dos (2) Planos del Levantamiento Batimétrico en Muelles con escandallo 1/1000, profundidades en metros.
Dos (2) Planos de Corrientes y Toma de Muestras (Cuadro de Coordenadas).
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CAPITULO II: TRABAJOS PRELIMINARES En este capítulo se realizará una descripción de los estudios preliminares necesarios para el levantamiento batimétrico, estos comprenden la monumentacion de puntos de control y el posicionamiento geodésico con equipos GPS de doble frecuencia con precisión de milímetros en horizontal y vertical.
2.1 Reconocimiento y monumentacion de puntos de control El reconocimiento de campo se efectuó en el mes de julio 2012, donde se definieron dos posibles sitios para colocar puntos de control dentro de la zona de influencia del estudio; la primera opción era la estructura de concreto del faro del rompeolas norte y la segunda opción era sobre las instalaciones del muelle 7 de petróleo. Se inició los trabajos de campo el 25 de octubre 2012, donde se definieron los dos puntos geodésicos dentro del área de estudio, tomando la primera opción del faro norte “GPS-FN” y la segunda opción fuera de la zona de estudio en la línea costera cerca al colegio Dos de Mayo “GPS-S”, con una separación entre ambos de 1,800 metros. Se monumentaron los puntos de control con concreto de forma circular y trapezoidal con las siguientes características:
Figura 3: Puntos de control “GPS-FN” (Faro Norte) – “GPS-S” (Costa)
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Ambos puntos de control llevan un tornillo de acero incrustado en la parte superior y llevan el nombre inscrito en bajo relieve, los puntos de control han sido pintados de color rojo para su mejor visualización en campo.
2.2 Posicionamiento geodésico de puntos de control El posicionamiento geodésico estuvo conformado por las siguientes etapas:
Calculo de posiciones absolutas
Cálculos de gabinete (y ajuste en su caso)
Evaluación,
Memoria de los trabajos.
Resultados
2.2.1
Calculo de posiciones absolutas Para obtener coordenadas con el sistema RTK durante la batimetría, se posicionaron dos puntos con coordenadas absolutas mediante el uso de un GPS doble frecuencia de la marca Topcon modelo GR3 de 72 canales.
Figura 4: Calculo de posición absoluta
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Al calcular una posición absoluta un receptor determina su posición tridimensional con respecto al origen de un sistema de coordenadas. Para calcular esta posición, el receptor mide la distancia (denominada pseudorangos) entre este y un mínimo de cuatro satélites. Se corrigen las diferencias horarias de los pseudorangos (receptor y satélites) y los retardos de propagación de la señal debido a efectos atmosféricos; cuando se utiliza un solo sistema satelital, el número mínimo de satélites que se requieren para calcular posición es cuatro. El posicionamiento geodésico se enlazó a la estación de la Red Geodésica Nacional, de acuerdo a los parámetros de precisión del Instituto Geográfico Nacional (IGN) y referidos al sistema de coordenadas UTM (WGS-84) con cotas en metros utilizando para este caso el modelo geoidal EGM96. Durante la sesión se llevó a cabo la toma de datos manuales para cada punto en un diario de observación GPS en el que se anotaron los principales datos como son: Nombre del punto, tipo de receptor utilizado, altura de antena, hora inicio y final, etc. La configuración de equipos para la recolección de datos fue la siguiente:
Mascara de elevación:
10º con respecto a la horizontal.
Intervalo de toma de datos:
5 segundos.
PDOP:
menor o igual a 4.
SVS:
mayor o igual a 4 satélites.
Se empleó el método Estático con Post Proceso, utilizando como punto base una estación permanente pertenecientes a la red SIRGAS del Instituto Geográfico Nacional (IGN), la cual está ubicada en el distrito de Surquillo; en los puntos monumentados se instalaron GPS geodésicos de doble frecuencia de la marca Topcon modelo GR3, que se estacionaron en simultaneo en ambos puntos de control “GPS-FN” y “GPS-S”, con 3 horas de grabación aproximadamente en simultaneo.
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GPS-FN
GPS-S
LIMA-IGN
Figura 5: Esquema de posicionamiento geodésico
2.2.2
Cálculos de gabinete Para el procesamiento de la información recolectada se empleó el software de post proceso Topcon Tools v8 permitiendo combinar fácilmente y gestionar los datos de múltiples fuentes para generar resultados precisos.
2.2.3
Evaluación La evaluación de la información se llevo a cabo con los siguientes criterios:
2.2.4
Probabilidad:
99%
Precisión Horizontal:
3.0 mm + 0.5 ppm
Precisión Vertical:
5.0 mm + 0.5 ppm
Memoria de los trabajos. Con la información procesada de cada punto se obtuvo las fichas geodésicas respectivas donde se describen las características y detalles de cada uno así como las coordenadas y elevaciones obtenidas incluyendo una fotografía y croquis de cada punto para su ubicación en campo.
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Resultados El rastreo satelital para cada estación fue de 3 horas aproximadamente, posteriormente se realizó el post-proceso con el software Topcon Tools v.8 obteniéndose las coordenadas finales en Datum WGS-84; para obtener la elevación se utilizó el modelo de ondulación EGM96, siendo el modelo oficial designado actualmente por el Instituto Geográfico Nacional de Perú. El levantamiento de información se efectuó el 25 de octubre del 2012 con grabación en simultáneo entre los 3 puntos.
Estación Base: “Lima – IGN”.
La estación base se encuentra dentro de las instalaciones del IGN en el distrito de Surquillo, con un registro diario de 12 horas, disponible al público usuario en formato Rinex.
Tabla 1: Coordenadas de Estación “Lima – IGN
NORTE
8’661,244.451
ESTE 280,479.727
LATITUD
LONGITUD
(S)
(O)
12° 06’ 10.864”
77° 01’ 00.988”
ELEVACIÓN ELIPSOIDAL (m) 157.610
Figura 6: Estación “Lima – IGN.
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Estación Remota: “GPS -FN”.
Para llegar al punto de control nos dirigimos a la boca de la entrada de la rada interior del puerto, finalizando el rompeolas norte hay una construcción de concreto de forma poligonal donde se encuentra el Farolete de color verde, en uno de sus costados esta la escala para subir hacia la estación.
Tabla 2 : Coordenadas de Estación “GPS -FN”
NORTE 8’667,383.763
LATITUD
LONGITUD
(S)
(O)
12° 02' 47.367"
77° 09' 20.400"
ESTE 265,325.490
ELEVACIÓN GEOIDAL (msnm) 5.805
Figura 7: Estación “GPS-FN”
Estación: “GPS -S”.
Para llegar al punto nos dirigimos de la Plaza Grau del Callao hasta el colegio 2 de Mayo, ingresando a la calle Estados Unidos con dirección al mar, sobre la parte alta de una roca al final de la calle se encuentra el punto de control cerca al Astllero Maggiolo.
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Tabla 3: Coordenadas de Estación “GPS -S”
NORTE
ESTE
8’665,617.6
265,684.074
LATITUD
LONGITUD
(S)
(O)
12° 03' 44.919"
77° 09' 09.006"
ELEVACIÓN GEOIDAL (msnm) 10.968
Figura 8: Estación “GPS-S”
Las precisiones obtenidas en ambos puntos fueron las siguientes: HORIZONTAL
VERTICAL
(m)
(m)
GPS-FN
0.007
0.011
GPS-S
0.006
0.009
PUNTO DE CONTROL
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CAPITULO III: BATIMETRÍA Para el levantamiento batimétrico se emplearon equipos y software hidrográficos, a fin de obtener datos de buena precisión en las mediciones. A continuación describimos las actividades realizadas en esta tarea.
3.1 Levantamiento de información El levantamiento de información fue recopilado con equipos hidrográficos especiales para este tipo de estudios como la ecosonda Bathy 500MF y el GPS geodésico Topcon modelo GR3, para el almacenamiento de la data se utilizó el software hidrográfico Hypack Max.
3.1.1
Software Hidrográfico Para la recolección y procesamiento de datos en campo en el levantamiento batimétrico, se utilizara el Software Hidrográfico HYPACK Max versión 2009a el cual nos permite integrar diversos equipos y dispositivos para un levantamiento batimétrico automatizado eficiente. HYPACK Inc. desarrolló un software basado en Windows® para la industria hidrográfica y de dragado. Provee a los hidrógrafos de todas las herramientas necesarias para diseñar sus levantamientos, colectar datos, procesarlos, reducirlos y generar productos finales.
Figura 9: Software hidrográfico Hypack
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Bien sea que estemos colectando datos hidrográficos o información ambiental o simplemente posicionando la embarcación en un proyecto de ingeniería, HYPACK® provee las herramientas necesarias para completar el trabajo. Con usuarios que van desde pequeñas embarcaciones con solo un GPS y una ecosonda monohaz sencilla hasta buques de grandes dimensiones con sistemas y sensores en red, HYPACK® da el poder necesario para completar la tarea en un sistema que los hidrógrafos pueden dominar.
Características:
Dis eñ o : HYPACK MAX contiene herramientas poderosas para
diseñar
velozmente el levantamiento y exponer sus resultados.
Levantamiento: HYPACK MAX’s
es un programa de levantamiento
que permite la mayor flexibilidad y potencia para realizar su trabajo.
Información necesaria del trabajo. Diseño del barco y posicionamiento de sensores. Definición de los parámetros geodésicos. Importación de ficheros de fondo como DXF, DGN, GeoTIF, ARCS, S-57, etc. Creación de Líneas de Navegación simples o de múltiples segmentos.
Visualización del progreso de la batimetría. Visualización del estado de los sensores. Visualización del perfil en tiempo real. Ventanas con información gráfica y de guiado para el patrón.
Corrección en tiempo real de diferentes parámetros como ófsets, marea, etc. Utilidad para el cálculo de la latencia.
Edición: La rutina de edición de gráficos de HYPACK MAX’s brinda
una rápida edición para los datos del levantamiento.
Edición y visualización gráfica de los resultados obtenidos con los diferentes sensores (GPS, ecosonda, sensor de movimiento, etc.). Rápida edición y revisión de puntos individuales o bloques de datos. Aplicación de filtrados de datos para eliminar picos de datos obtenidos con la ecosonda. Producto Final. Módulo de Cálculo de Volúmenes y Secciones. Modelado de superficies.
Edición de datos. Aplicación de correcciones de marea de manera automática, manual o utilizando predicciones.
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Aplicación de correcciones de la velocidad del sonido.
Figura 10: Ventana de procesamiento batimétrico
Productos finales: lo que realmente pone a HYPACK MAX sobre otros paquetes hidrográficos es la variedad de programas de producto final.
Generación de modelos 3D, curvas de nivel y calculo de diferencias de volúmenes entre superficies. Generación de ficheros de dibujo para plotear con toda la información relacionada con el proyecto (sondeos, matrices de cobertura, ficheros de fondo DXF y DGN, líneas de navegación, etc.). Módulo de Exportación a programas CAD y GIS en formatos DXF o DGN.
Para la recolección y procesamiento de datos en campo en el levantamiento batimétrico, se utilizó el software hidrográfico HYPACK Max versión 2009a el cual nos permite integrar diversos equipos y dispositivos para un levantamiento batimétrico automatizado eficiente.
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Figura 11: Ejemplo de Vista en 3D
3.1.2
Planificación de líneas. Se efectuó la planificación de líneas con separación cada 10m entre líneas principales perpendiculares a costa y cada 70m entre líneas de verificación transversales a las principales según se muestra en la siguiente figura.
Figura 12: Planificación de líneas principales
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Figura 13: Planificación de líneas verificación
3.1.3
Integración de equipos Se integró los equipos hidrográficos que consta de una ecosonda monohaz Bathy 500MF, un equipo GPS doble frecuencia modelo GR3 y una Laptop según el siguiente esquema.
Figura 14: Esquema de integración de equipos
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Calculo de posiciones diferenciales Para el posicionamiento exacto de la embarcación hidrográfica se usó el GPS Topcon GR3 en modo RTK. Este tipo de levantamiento cinemático es efectuado en tiempo real. El método RTK es una técnica de posicionamiento relativo que combina y procesa las mediciones de dos o más receptores remotos mediante algoritmos sofisticados que permiten calcular las coordenadas relativas de los receptores con alta precisión. En su enfoque más tradicional, un receptor se coloca en una ubicación conocida levantada y se le denomina receptor de referencia o estación base (estación “GPS-FN”); otro receptor se coloca en una ubicación desconocida y
se le denomina receptor remoto o rover (Embarcación). La estación de referencia colecta las mediciones de código-fase y de portadora-fase para cada satélite GNSS visible.
Figura 15: GPS Geodésico Topcon en modo RTK
Para aplicaciones en tiempo real, estas mediciones y las coordenadas de la estación
de
referencia
se
establecen
para
transmitir
correcciones
diferenciales al receptor remoto utilizando un enlace de comunicación de datos; el receptor remoto aplica la información de medición transmitida a sus mediciones observadas de los mismos satélites para calcular su posición relativa con alta precisión, logrando valores de hasta 1 cm horizontal y 1.5 cm vertical.
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3.1.5
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Cálculo de la profundidad Para el registro de las profundidades se empleará un ecosonda digital monohaz BATHY 500 MF, la que permite registrar en forma permanente la información de sondaje directamente a la computadora mediante el uso del Software HYPACK Max.
Figura 16: Ecosonda Bathy 500MF
Este equipo se conecta con el software mediante el driver Dtrace.dll el que transmite mediante un protocolo los valores que el transducer envía, emitiendo un pulso ultrasónico que se propaga en el agua y al llegar al fondo se refleja en él, retornando al transductor y la unidad transreceptora mide automáticamente el tiempo que demora el eco en ser recibido. Conociendo la velocidad de propagación y el tiempo que demora el recorrido, se determina la distancia recorrida por la onda. Como resultado se puede obtener una gráfica precisa del relieve del fondo por sobre el cual navega la embarcación.
3.1.6
Calibración de ecosonda La calibración del ecosonda es una tarea de rutina que consiste en ajustar el equipo para asegura la medición correcta de las profundidades. La calibración fue realizada con una barra de chequeo. El propósito es fijar el parámetro de la velocidad del sonido, así como de ajustar los componentes mecánicos y eléctricos.
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Figura 17: Sondaleza de calibración para ecosonda
En aguas poco profundas, la calibración del ecosonda para el promedio de la velocidad del sonido en la columna de agua puede hacerse con la barra de chequeo (sondaleza), que consiste en bajar una barra o un plato bajo el transductor en varias profundidades forzando el ecosonda para grabar la profundidad correcta desde la barra o plato a través del ajuste del parámetros de la velocidad del sonido. En estos casos el valor adoptado para la calibración es el valor medio de las observaciones (para este estudio se utilizó una velocidad de sonido de 1502 m/s). Este método es usado bajo los 20 ó 30 metros según las recomendaciones de la Organización Hidrográfica Internacional (OHI).
3.2 Procesamiento El procesamiento de la información se llevó a cabo con la siguiente metodología:
3.2.1
Revisión y procesamiento de información recolectada La revisión de los sondajes recolectados en el software Hypack fue contrastado con los rollos impresos por el ecosonda con la finalidad de eliminar los falsos ecos producidos durante el recorrido de la embarcación.
3.2.2
Medición de mareas
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La importancia de las mareas y de su estudio, radica en la necesidad de obtener planos de referencia o datums, con el fin de determinar las alturas de los accidentes topográficos y las profundidades del mar, además en la determinación de terrenos ribereños para el establecimiento de linderos y el diseño de estructuras en zonas costeras, así como, el de la dinámica del área de acuerdo principalmente a sus amplitudes. Las mareas que se producen en la costa peruana responden al tipo mixto preponderantemente semidiurno, es decir que se presentan dos pleamares y dos bajamares en un día mareal (24 horas 50 minutos).
Ubicación de la estación
Estación Mareográfica del Callao, se encuentra ubicada en el espigón norte de la Escuela Naval en el distrito de La Punta, provincia Constitucional del Callao y departamento de Lima, geográficamente en Latitud 12º 03’ 55” Sur y Longitud 077º 09’ 52” Oeste.
Metodología
El procesamiento de la información de mareas, se ha realizado de acuerdo a las especificaciones técnicas del Servicio Permanente del Nivel Medio del Mar (PSMSL) y del Sistema Mundial de Observación del Nivel del Mar (GLOSS), programas internacionales especializados de la Comisión Oceanográfica Intergubernamental (COI). Para el presente trabajo, se han empleado los registros existentes de la estación mareográfica automática del Callao, cuyas mediciones se iniciaron en marzo del 2010, que mantienen el mismo nivel de referencia y continúan la serie histórica de la información de mareas, que se remonta al año 1942. El registro mareográfico, corresponde a la altura horaria de la marea en metros, referida al Nivel Medio de Bajamares de Sicigias Ordinarias (NMBSO).
Procesamiento en software hidrográfico
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Una vez que se terminó la revisión y proceso de la información, se ingresan los valores de marea registrados; el presente estudio considera para el procesamiento los valores de mareas registrados en el mareógrafo del Puerto del Callao administrados y procesados por la Dirección de Hidrografía y Navegación de la Marina de Guerra del Perú, con información de mareas cada 60 minutos.
3.2.3
Nivel de reducción En los océanos la altura del agua sobre el fondo marino no se mantiene estable sino que cambia con el tiempo, esta variación se debe al efecto de la atracción de la luna, el sol y la tierra y a este fenómeno se le denomina marea. Cuando se realizan levantamientos hidrográficos en cualquier medio acuático se requiere adoptar un nivel de referencia o reducción que sirve para estandarizar los sondajes, ya que el levantamiento se efectúa en distintas horas y días, mientras la cantidad de agua sobre el fondo varía. Para los trabajos realizados en este proyecto los sondajes fueron reducidos al Nivel Medio de Bajamares de Sicigias Ordinarias (NMBSO).
3.2.4
Cartografía El plano topográfico es la representación grafica del terreno, de sus accidentes, del sistema hidrográfico y de las instalaciones y edificaciones existentes puestas por el hombre. El levantamiento topográfico muestra las distancias horizontales y las diversas cotas o elevaciones de los elementos representados en el plano mediante curvas de nivel a escalas convenientes para la interpretación del plano por el ingeniero y para la adecuada representación de las diferentes características que lo componen.
Sistema unidades
En el presente proyecto se aplicara el sistema métrico decimal con los siguientes detalles:
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Medidas de longitud:
Metro.
Medidas angulares:
Grados, minutos, segundos sexagesimales
Sistema de referencia:
El sistema de referencia será plano, triortogonal, dos de sus ejes representan un plano horizontal sobre el cual se proyectan ortogonalmente todos los detalles del terreno ya sean naturales o artificiales y el tercer eje corresponde a la elevación, cuya representación del terreno se hará tanto por curvas de nivel, como por perfiles y secciones transversales.
Zona geográfica:
18S
Elipsoide utilizado:
WGS-84
Tamaños y escalas de cartografía.
La cartografía se presenta en las escalas solicitadas en los términos de referencia.
3.3 Resultados El levantamiento batimétrico abarcó un área de 237.59 hectáreas con líneas de levantamiento principales separadas cada 10m perpendiculares a la línea de costa y líneas de verificación separadas cada 70m paralelas a la línea de costa; esto se efectuó desde el 26 de octubre al 06 de noviembre del 2012. El sondaje se efectúo en una embarcación menor equipada con el sistema automatizado Hypack Max el cual administra los datos recibidos del sistema de posicionamiento satelital GPS y ecosonda Bathy 500 MF, mostrando en tiempo real los datos recolectados en un computador portátil. Las profundidades han sido corregidas por efecto de la variación horaria de la marea, registrada por el mareógrafo oficial del Callao y por la profundidad que se encuentra sumergido el transductor, refiriéndolos al Nivel Medio de Bajamares de Sicigias Ordinarias.
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El análisis de los resultados lo dividimos en 4 sectores que se presentan a continuación:
Canal de acceso:
Tiene una longitud de 2.2 km de longitud desde la boca de entrada a la rada, en toda su longitud muestra un canal con profundidades predominantes entre 16 metros cerca a la boca de entrada y 17 metros en el primer tramo de ingreso al canal; el talud hasta una distancia de 40 metros muestra valores de profundidad en el rango de 12 a 16 metros.
Figura 18: Canal de acceso 3D
Figura 19: Cartografía del canal de acceso
Área de m aniobras
La rada interior muestra un relieve con valores de profundidad que oscilan entre 17 metros al ingreso por el canal y hasta 15 metros frente a los muelles
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de APM Terminals, frente a los amarraderos de DPWORLD las profundidades varían desde 16 a 17m.
Figura 20: Área de maniobras 3D
Figura 21: Cartografía del área de maniobras
Zona de mu elles A PM Term inals
Las profundidades encontradas en las áreas de concesión de APMT varían de la siguiente manera:
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Variación de 11 a 12 metros predominantes en ambos lados del muelle y de 9 metros frente al cabezo del muelle.
Figura 22: Cartografía Muelle Nº 1
Variación de 11 a 12 metros predominantes en ambos lados del muelle y de hasta 6 metros frente al cabezo del muelle.
Figura 23: Cartografía Muelle Nº 2
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Variación de 11 a 12 metros predominantes en ambos lados del muelle y de hasta 9 metros frente al cabezo del muelle.
Figura 24: Cartografía Muelle Nº 3
Variación de 12 metros predominantes en ambos lados del muelle y de hasta 9 metros frente al cabezo del muelle.
Figura 25: Cartografía Muelle Nº 4
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Variación de 13 metros predominantes en el lado norte del muelle y de 12 metros al lado sur; frente al cabezo del muelle se observan profundidades de 11 y 12 metros.
Figura 26: Cartografía Muelle Nº 5
Zona de mu elles DP WORLD
Variación de 13 metros predominantes en la zona de atraque de naves y profundidades de 15 metros en la zona media y final del muelle.
Figura 27: Cartografía Muelle Sur
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CAPITULO IV: ESTUDIO DE CORRIENTES El estudio de corrientes marinas tiene primordial importancia para el entendimiento de los procesos costeros que influyen directamente sobre la costa. Su aplicación es de mucho interés para el punto de vista ingenieril en obras portuarias la cual puede servir como ayuda en la toma de decisiones. El presente estudio se basa en mediciones de corrientes marinas realizadas dentro de la rada principal del Puerto del Callao con la finalidad de verificar cambios en los valores de velocidad y dirección de las corrientes sufridas por la modificación de la boca de ingreso al puerto.
4.1 Metodología Las mediciones se realizaron aplicando el Método de Lagrange mediante el uso de dos flotadores superficial y subsuperficial, este flotador está compuesto de dos planchas galvanizadas cruzadas entre sí, unidas mediante una cuerda de longitud variable, en su parte superior se encuentran banderines de colores que permite poder identificarlos.
Figura 28: Tipo de flotadores
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Estas veletas fueron posicionadas mediante sistema GPS obteniendo las coordenadas de manera automática con registro de tiempo en simultáneo registrándose estos datos en la laptop mediante software hidrográfico Hypack y su sub programa Target. La velocidad del flotador se calcula dividiendo la distancia recorrida entre dos puntos entre el tiempo invertido en recorrerla. El estudio se desarrolló el 25 de octubre 2012 y se ejecutaron en marea ascendente y descendente.
4.2 Resultados Las mediciones de corrientes marinas aplicando el método Lagrange, fueron tres (03) líneas superficiales y tres (03) líneas subsuperficiales (6 metros) por cada etapa de marea, ascendente que comprende desde 09:03 am hasta 3:16 pm y descendente que comprende desde 3:16 pm hasta 9:10 pm, utilizando para tal ef ecto dos (02) flotadores a la deriva. La información obtenida corresponde para el día 25 de octubre 2012, de acuerdo a la Tabla de Mareas del 2012 del Puerto del Callao, que edita la Dirección de Hidrografía y Navegación de la Marina.
Marea 25-octubre-2012 1
02:30, 0.95 15:16, 0.82
0.8
Mareas
0.6 0.4
21:10, 0.39 09:03, 0.26
0.2 0 00:00
04:48
09:36
14:24
19:12
00:00
Figura 29: Mareas para estudio de corrientes
Marea ascen dente:
Las direcciones de las corrientes superficiales, mostraron una dirección prevaleciente hacia el Norte, en marea ascendente y velocidades en un rango entre 0.08 a 0.13 m/s, con una velocidad promedio de 0.105 m/s.
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La dirección de la corriente subsuperficial en marea ascendente prevalece al Norte, con un rango entre 0.03 a 0.06 m/s y una velocidad promedio de 0.045 m/s.
Tabla 4: Resultados de corrientes en marea ascendente
LÍNEA HORA INICIAL HORA FINAL
TIPO
DIRECCIÓN VELOCIDAD(m/s)
1
11:43:45
12:13:24
SUPERFICIAL
N
0.08
2
11:46:55
12:15:15
SUBSUPERFICIAL
N
0.05
3
12:40:38
13:21:30
SUPERFICIAL
N
0.13
4
12:39:22
13:17:07
SUBSUPERFICIAL
SE
0.03
5
13:31:54
13:51:38
SUPERFICIAL
N
0.11
6
13:30:47
13:47:30
SUBSUPERFICIAL
N
0.03
Marea descendente:
Las direcciones de las corrientes superficial, mostraron una dirección prevaleciente hacia el Norte, en marea descendente y velocidades en un rango entre 0.21 a 0.22 m/s, con una velocidad promedio de 0.215 m/s. La dirección de la corriente subsuperficial en marea descendente prevalece al Norte, con un rango entre 0.06 a 0.07 m/s y una velocidad promedio de 0.065 m/s.
Tabla 5: Resultados de corrientes en marea descendente
LÍNEA HORA INICIAL HORA FINAL
TIPO
DIRECCIÓN VELOCIDAD(m/s)
7
15:42:36
16:00:36
SUPERFICIAL
N
0.22
8
15:41:27
15:58:38
SUBSUPERFICIAL
N
0.07
9
16:06:57
16:22:55
SUPERFICIAL
N
0.21
10
16:07:46
16:24:42
SUBSUPERFICIAL
NO
0.07
11
16:27:35
16:43:20
SUPERFICIAL
N
0.22
12
16:29:46
16:45:24
SUBSUPERFICIAL
N
0.06
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Figura 30: Medición de líneas de corrientes
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CONCLUSIONES
El canal de acceso al Puerto del Callao tiene una longitud de 2.2 km de longitud desde la boca de entrada a la rada, en toda su longitud muestra un canal con profundidades predominantes entre 16 metros cerca a la boca de entrada y 17 metros en el primer tramo de ingreso al canal; el talud hasta una distancia de 40m muestra valores de profundidad en el rango de 12 a 16 metros.
La rada interior muestra un relieve con valores de profundidad que oscilan entre 17 metros al ingreso por el canal y hasta 15 metros frente a los muelles de APM Terminals, frente a los amarraderos de DPWORLD las profundidades varían desde 16 a 17m.
En el muelle Nº1 se observa variación de 11 a 12 metros de profundidad predominantes en ambos lados del muelle y de 9 metros frente al cabezo del muelle.
En el muelle Nº2 se observa variación de 11 a 12 metros de profundidad predominantes en ambos lados del muelle y de hasta 6 metros frente al cabezo del muelle.
En el muelle Nº3 se observa variación de 11 a 12 metros de profundidad predominantes en ambos lados del muelle y de hasta 6 metros frente al cabezo del muelle.
En el muelle Nº4 se observa variación de 12 metros de profundidad predominantes en ambos lados del muelle y de hasta 9 metros frente al cabezo del muelle.
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En el muelle Nº5 se observa profundidades de 13 metros predominantes en el lado norte del muelle y de 12 metros al lado sur; frente al cabezo del muelle se observan profundidades de 11 y 12 metros.
Variación de 13 metros predominantes en la zona de atraque de naves y profundidades de 15 metros en la zona media y final del muelle.
El estudio de corrientes muestra que la gran mayoría de líneas tiene un desplazamiento en dirección Norte tanto en modo superficial y subsuperficial.
Los valores de velocidad encontrados en corriente superficial ascendente es de 0.105 m/s.
Los valores de velocidad encontrados en corriente subsuperficial ascendente es de 0.045 m/s.
Los valores de velocidad encontrados en corriente superficial descendente es de 0.215 m/s.
Los valores de velocidad encontrados en corriente subsuperficial descendente es de 0.065 m/s.
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