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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 1 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFÍA Y GEOMATICA PROYECTO DE GRADO NIVEL LICENCIATURA LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO PARA EL ORDENAMIENTO DEL ÁREA URBANA EN WITOPONTE DEL MUNICIPIO DE GUANAY DEL DEPARTAMENTO DE LA PAZ-BOLIVIA POSTULANTE: Univ. LUIS MIGUEL VILLALOBOS ARTEAGA TUTOR: MSc. RICHARD JONEL SALAZAR ESPINOZA La Paz – Bolivia 2022 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 2 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga DEDICATORIA El presente Proyecto de Grado está dedicado principalmente a Dios, por darme esta oportunidad, para disfrutar lo maravilloso de la vida. A mi madre Rosmery Arteaga M., abuela Angelica Marupa L, (+) y padrino Ing. Giovani Viscarra R. que me formaron con, buenos sentimientos, hábitos, fortalezas y valores, haciendo de mí una persona satisfecha y feliz. A mis hermanas Gema, Carla y hermano Carlos Y novia Milenca por su apoyo, confianza y palabras de aliento. A mis amigos de la carrera, que en su momento me brindaron el apoyo necesario para vencer mis metas. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 3 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga AGRADECIMIENTOS Agradecerles de todo corazón, al director de Carrera Lic. Luis Elizardo Mamani Mamani, por enseñarme la grandeza que pueden tener los seres humanos. A mi tutor MSc. Richard Jonel Salazar Espinoza, a mis revisores, Ing. M.Sc. Jose Luis Delgado Alvarez, Lic. Richard Gil Ramos Ramos y Lic. Reynaldo Angel Sirpa Ticona por su paciencia, dedicación, motivación, criterio y aliento en el proceso de revisión del proyecto. Fue un Honor contar con su ayuda y guía en consultas a todos los docentes. Al personal administrativo de la Carrera de Geodesia, Topografía y Geomática, por las coordinaciones administrativas. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 4 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga INDICE GENERAL Pg. RESUMEN……………………………………………………………………………….…...13 SUMMARY…………………………………………………………………………………..14 CAPITULO 1 GENERALIDADES ................................................................................................................. 15 1.1 Introducción ........................................................................................................................ 15 1.2. Justificación ....................................................................................................................... 16 1.3. Alcance del Proyecto ......................................................................................................... 16 1.4. Importancia académica ...................................................................................................... 16 1.5. Marco de referencia ........................................................................................................... 16 1.5.1. Área de intervención ................................................................................................... 16 1.5.2. Ubicación del área de estudio...................................................................................... 17 1.5.3. Extensión del lugar ...................................................................................................... 18 1.5.4. Situación y Límites...................................................................................................... 19 1.6. Objetivos ........................................................................................................................... 19 1.6.1 Objetivo general ........................................................................................................... 19 1.6.2 Objetivo especifico ....................................................................................................... 19 CAPITULO 2 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................... 20 2.1. Ordenamiento territorial ..................................................................................................... 20 2.1.2. Ordenamiento urbano .................................................................................................. 20 2.1.3. Proyectos estratégicos urbanos.................................................................................... 20 2.1.4. Áreas de intervención urbana ...................................................................................... 20 2.1.5. El ordenamiento territorial y las áreas temáticas del Plan de Acción Regional .......... 21 a) Pobreza y equidad .......................................................................................................... 21 b) La productividad de los asentamientos humanos .......................................................... 22 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 5 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga c) Medio ambiente y prevención de desastres naturales .................................................... 22 d) Gobernabilidad y participación ..................................................................................... 23 e) Eficiencia en las políticas y la gestión ........................................................................... 24 2.2 Topografía ........................................................................................................................... 24 2.2.1. Procedimientos en Topografía .................................................................................... 25 2.2.2 Fundamentos de la topografía ...................................................................................... 25 2.2.3 Errores en topografía .................................................................................................... 26 2.2.4 Levantamiento Topográfico ......................................................................................... 26 2.2.4.1 Levantamiento planímetro ..................................................................................... 26 2.2.4.2 Levantamiento altimétrico ..................................................................................... 27 2.2.5 Levantamiento de poligonales ...................................................................................... 27 2.2.6 Clasificación de poligonales......................................................................................... 27 2.2.7 Productos generados por los levantamientos. .............................................................. 28 2.2.8. Factor de escala ........................................................................................................... 28 2.2.9. Factor de elevación (factor nivel del mar) .................................................................. 29 2.2.10. Factor combinado ...................................................................................................... 29 2.2.11. Ppm (parte por millón) .............................................................................................. 29 2.3. Geodesia ............................................................................................................................. 30 2.3.1. Sistemas y Marcos de Referencia................................................................................32 2.3.2 Sistema de Referencia Terrestre Internacional (ITRS) ................................................ 33 2.3.3. Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF) ................................................. 33 2.3.4 Sistema geodésico mundial (WGS-84) ........................................................................ 34 2.3.5 Sistema de referencia geocéntrico para las américas (SIRGAS) ................................. 35 2.3.6 Sistema GNSS .............................................................................................................. 37 2.3.7 El Sistema GPS ............................................................................................................ 37 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 6 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 2.3.8 El Sistema GLONASS ................................................................................................. 37 2.3.9 El Sistema GALILEO .................................................................................................. 38 2.4 Sistema de Posicionamiento Global (GPS)......................................................................... 38 2.4.1. Componentes del sistema GPS .................................................................................... 39 2.4.1.1 Segmento espacial ..................................................................................................... 39 2.4.1.2 Segmento control....................................................................................................... 40 2.4.1.3 Segmento del usuario ................................................................................................ 40 2.5. Tipos de posicionamiento .................................................................................................. 41 2.5.1 Posicionamiento puntual o absoluto ............................................................................. 41 2.5.2 Posicionamiento diferencial, diferido o relativo .......................................................... 42 2.6. Técnicas de medición GPS ................................................................................................ 43 2.6.1 Método estático ............................................................................................................ 43 2.6.2 Método estático rápido ................................................................................................. 44 2.6.3 Método cinemático ....................................................................................................... 44 2.6.4 Método en tiempo real cinemático (RTK) ................................................................... 45 2.7 Proyección Transversal Mercator ....................................................................................... 45 2.7.1. Cuadricula Universal Transversa de Mercator CUTM ............................................... 46 2.8. El Mapa .............................................................................................................................. 47 2.8.1 Mapas base o mapas topográficos ................................................................................ 47 2.8.2. Planos topográficos ..................................................................................................... 47 2.9 Sistema de Información Geográfica (SIG) ......................................................................... 48 2.9.1 Aspectos generales ....................................................................................................... 48 2.9.2 Diferencia entre SIG Y CAD ....................................................................................... 48 2.9.3 Aplicaciones de los Sistemas de Información Geográfica ........................................... 49 2.9.4 Funcionamiento de un SIG ........................................................................................... 49 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 7 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 2.9.5 Entrada de datos ........................................................................................................... 50 2.9.6 Procesamiento de la información espacial ................................................................... 50 2.9.7 Salida y composición cartográfica ............................................................................... 50 2.9.8 Análisis ......................................................................................................................... 50 2.9.9 Captura de la información ............................................................................................ 50 2.9.10 Formato ráster ............................................................................................................ 50 2.9.11 Formato vectorial ....................................................................................................... 51 2.9.12 Manejo de la información SIG ................................................................................... 52 2.10. Diferencia entre topografía y geodesia. ........................................................................... 52 CAPITULO 3 MATERIALES Y METODOS .............................................................................................. 54 3.1. Materiales ........................................................................................................................... 54 3.1.1. Personal ....................................................................................................................... 55 3.2. Metodología del trabajo ..................................................................................................... 55 3.3. Planificación ...................................................................................................................... 57 3.4. Reconocimiento del área a trabajar .................................................................................... 57 3.5. Posicionamiento de puntos de control ............................................................................... 58 3.5.1. Amojonamiento para puntos de control horizontal ..................................................... 58 3.5.2. Mensura de los puntos de control ................................................................................ 60 3.6. Proceso- ajuste de datos GPS ............................................................................................. 63 3.7. Trabajo de campo ............................................................................................................... 65 3.7.1 Levantamiento topográfico .......................................................................................... 65 3.7.2 Coordenadas de partida ............................................................................................ 65 3.8. Trabajo en gabinete ............................................................................................................ 66 3.8.1. Dibujo .......................................................................................................................... 66 3.8.2. Interpolación de curvas de nivel.................................................................................. 67 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 8 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 3.8.3. Diseño de la planimetría .............................................................................................. 67 CAPITULO 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................................ 69 4.1. Resultados obtenidos .........................................................................................................69 4.2 Discusión............................................................................................................................. 81 CAPITULO 5 CONCLUSIÓNES Y RECOMENDACIÓNES .................................................................... 85 5.1 Conclusiónes ....................................................................................................................... 85 5.2 Recomendaciones ............................................................................................................... 86 CAPITULO 6 BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................................... 88 CAPITULO 7 ANEXO .................................................................................................................................... 90 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 9 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga INDICE DE FIGURAS Figura 1 Ubicación sobre el mapa de la Paz .............................................................. 18 Figura 2 Relaciones con la topografía y geodesia ...................................................... 25 Figura 3 El geoide, el elipsoide y el datum ................................................................ 31 Figura 4 Estaciones que forman el ITRF .................................................................... 34 Figura 5 Definición del WGS-84 ............................................................................... 35 Figura 6 Segmento Espacial. ...................................................................................... 39 Figura 7 Segmento de Control.................................................................................... 40 Figura 8 Segmento Usuario. ....................................................................................... 41 Figura 9 Posicionamiento Puntual .............................................................................. 42 Figura 10 Posicionamiento diferencial ....................................................................... 42 Figura 11 Proyección UTM, cilindro secante a la tierra ............................................ 46 Figura 12 Zona UTM y sus partes .............................................................................. 46 Figura 13 Resolución espacial está dada por el tamaño de la celda ........................... 51 Figura 14 Formato Vectorial ..................................................................................... 51 Figura 15 Metodología de trabajo en Witoponte........................................................ 56 Figura 16 Corte transversal del amojonamiento y monumentación de puntos GPS en Witoponte ................................................................................................................... 59 Figura 17 Localización entre el pto Base y los puntos de control Rover ................... 61 Figura 18 Ubicación de los puntos de control Rover ( WIT1, WIT2, WIT3, WIT4, WIT5 y WIT6) ......................................................................................................................... 62 Figura 19 Conversión de Datos Crudos a Rinex ........................................................ 64 Figura 20 Ajuste de los Puntos de Control GPS ........................................................ 64 Figura 21 Una porción de Diseño de la planimetría ................................................... 68 Figura 22 Seis puntos de control enlazados al CM-1 ................................................. 70 Figura 23 Curvas de nivel cada 5 metros ................................................................... 72 Pg Pg. file:///C:/Users/Diego/Desktop/09-02-2022.docx%23_Toc95764753 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 10 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga Figura 24 Curvas de nivel - Witoponte ...................................................................... 72 Figura 25 Relación de superficies-Witoponte ............................................................ 73 Figura 26 Relación de superficies- Witoponte ........................................................... 82 INDICE DE TABLAS Tabla 1 Ubicación geográfica de Witoponte ............................................................................ 17 Tabla 2 Parámetros de los Elipsoides ....................................................................................... 32 Tabla 3 parámetros elipsoidales de WGS-84 ........................................................................... 35 Tabla 4 Marcos de referencia ................................................................................................... 36 Tabla 5 Diferencia entre topografía y geodesia ........................................................................ 53 Tabla 6 Curvas de nivel de acuerdo a la pendiente .................................................................. 67 Tabla 7 Referencias mínimas de tiempos de ocupación frente a visibilidad ............................ 69 Tabla 8 Tabla de coordenadas de los puntos de control ........................................................... 71 Tabla 9 Tabla de homogenización ............................................................................................ 71 Tabla 10 Relación de superficies .............................................................................................. 73 Tabla 12 Asignación de PDOP ................................................................................................. 81 Tabla 13 Tabla de porcentajes de ocupación - witoponte ........................................................ 82 Tabla 14 Comparación de porcentajes de superficies .............................................................. 83 Tabla 15 Cronograma de actividades ....................................................................................... 89 Tabla 16 Tabla de coordenadas de los puntos de control ......................................................... 89 Pg Pg. file:///C:/Users/Diego/Desktop/09-02-2022.docx%23_Toc95764772 file:///C:/Users/Diego/Desktop/09-02-2022.docx%23_Toc95764778 file:///C:/Users/Diego/Desktop/09-02-2022.docx%23_Toc95764779 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 11 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga INDICE DE FOTOGRAFIAS Fotografía 1 Area de estudio en Witoponte .................................................................................. 57 Fotografía 2 Área de estudio en Witoponte .................................................................................. 58 Fotografía 3 Materialización del punto de control GPS (WIT 6) ................................................. 60 Fotografía 4 Estación Base CM01 (CM367 de la red geodésica Nacional SET-MIN–INRA) .... 61 Fotografía 5 Punto de control GPS-Rover (a-WIT6 y b-WIT 1) .................................................. 62 Fotografía 6 Transferencia de datos crudos a una computadora .................................................. 63 Fotografía 7 realizando el levantamiento topográfico .................................................................. 65 Fotografía 8 Digitalización del proyecto en el programa AutoCAD ............................................ 66 Fotografía 9 Materialización de los puntos de control (WIT3-WIT4) ......................................... 70 Fotografía 10 Puntos de control horizontal (WIT5-WIT6)........................................................... 70 Fotografía 11 Exposición de la situación de en qué se encuentra Witoponte ...............................74 Fotografía 12 Una de los casos comunes – entre manzano 9 y 10 ............................................... 74 Fotografía 13 Otra de las invasiones comunes-Lotes 3 y 4 del manzano 21 ................................ 75 Fotografía 14 Otro de los errores Frecuentes, sobreposición-Lote 04 y 05 del manzano 47 ....... 75 Fotografía 15 invasión de Lote 05, 06,07 y 09 del manzano 42 ................................................... 75 Fotografía 16 Replanteo del nuevos puntos - Manzano 22 .......................................................... 79 Pg Pg. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 12 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga ANEXO Cronograma de actividades…………………………………………………………………….89 Reporte de puntos de control (coordenadas) ………………………………………………..…89 Coordenadas del levantamiento Topográfico………………………………………………... .99 Pg Pg. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 13 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga RESUMEN En el presente proyecto de grado, se centra en realizar un levantamiento topográfico georreferenciado, para el ordenamiento urbano de Witoponte, ubicado en el municipio de Guanay del departamento de La Paz. Por lo tanto, el objetivo de este proyecto es la elaboración de una planimetría a partir de mensuras directas, lo cual en lo posterior es procesado con la finalidad de identificar la representación de nuestra área de trabajo. Para ello se ha desarrollado el procesamiento de datos a partir de un conjunto de compendios, doctrinas, sistemática y reseñas, donde existen elementos que establecen una realidad concreta, ya que cuando coexiste señal delimitado y practico es porque previamente hay una explicación teórica cuantitativa y/o cualitativa que lo sustenta. Para el estudio se aplicaron conocimiento técnicos y metodologías de tratamientos de datos, como ser por el método de medicines directas a través de los equipos como la estación total y para que la misma este georreferenciado, enlazar a la red de puntos de control, misma que se llegó a sesionar con equipos GPSs de precisión de doble frecuencia (L1+L2). Finalmente se muestra los productos generados (Planimetría general) tomando en cuenta la precisión como corresponde. El presente proyecto muestra una actualización en la planimetría, es decir, conlleva los nuevos asentamientos en Witoponte, esto servirá para la implementación de los servicios requeridos por parte de los habitantes. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 14 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga SUMMARY In this degree project, it focuses on carrying out a georeferenced topographical survey, for the urban planning of Witoponte, located in the municipality of Guanay in the department of La Paz. Therefore, the objective of this project is the elaboration of a planimetry from direct measurements, which is subsequently processed in order to identify the representation of our work area. For this, data processing has been developed from a set of compendiums, doctrines, systematics and reviews, where there are elements that establish a concrete reality, since when delimited and practical signals coexist, it is because there is previously a quantitative theoretical explanation and/or or qualitative that supports it. For the study, technical knowledge and data processing methodologies were applied, such as by the method of direct measurements through equipment such as the total station and for it to be georeferenced, link to the network of control points, which sessions were held with double-frequency precision GPS equipment (L1+L2). Finally, the generated products are shown (general planimetry) taking into account the precision accordingly. This project shows an update in the planimetry, that is, it involves the new settlements in Wituponte, this will serve for the implementation of the services required by the inhabitants. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 15 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga CAPITULO 1 GENERALIDADES 1.1 Introducción El presente proyecto surge del reflejo del País, referente a una carencia de planificación para el desarrollo nacional, regional y local, que nos conlleva a formular un ordenamiento que, en su proceso de transformación y desarrollo, puedan apostar por el futuro que queremos construir a mediano y largo plazo. Consecuentemente, el ordenamiento basado en un levantamiento topográfico georreferenciado del área urbana de Witoponte, permitirá compatibilizar los objetivos de actualización planimétrica, respetar la línea municipal, en el desarrollo económico, ambiental, político y social de manera integral para definir una visión a futuro de desarrollo del sector que identifique las aspiraciones de la población, la vocación de recursos endógenos ya sean en áreas de equipamientos o humanos y los impactos positivos y negativos que se tengan en la aplicación del POA (Plan Operativo Anual) sobre el territorio. Así la planificación de la comunidad de Witoponte se desarrollará en base a la capacidad inherente del territorio; o sea, de su capacidad natural de responder a las actividades que se plantea. Por lo mencionado, el ordenamiento basado en el relevamiento por mediciones directas, pretende actualizar, organizar la habitabilidad de Witoponte; que establezca un orden de las actividades, por sobre todo el control sobre la línea municipal y a partir de ese punto disminuir y/o mitigar la magnitud de los conflictos que se produzcan e incrementar las fortalezas territoriales que presente. La base cartográfica digital obtenida a través de un levantamiento topográfico a detalle con la ayuda de mediciones directas corresponde a un Sistema de Coordenadas con Proyección UTM, Zona 19 Sur, DATUM: WGS 1984, ELIPSOIDE DE REFERENCIA WGS 84. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 16 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 1.2. Justificación Teniendo en cuenta las necesidades de los pobladores y la demanda de los gobiernos municipales o municipios en crecimiento, requieren contar con instrumentos de Planificación Urbana como también el ordenamiento a base de una actualización de planimetría por medio de un levantamiento topográfico georreferenciado, esto para su crecimiento y para un buen manejo del POA (Plan Operativo Anual) e incluso los impuestos y desarrollo de los asentamientos humanos dentro del área urbana de Witoponte, ya que la actual población no puede acceder a los más mínimos servicios básicos que son de necesidad prioritaria, para la vida cotidiana de sus habitantes. 1.3. Alcance del Proyecto El estudio realizado pretende alcanzar como un instrumento encaminado a lograr una planificación, crecimiento y desarrollo sostenible en la Población de Witoponte. Estas se pueden apreciar y analizar individualmente o en conjunto, se tiene el caso del crecimiento de la mancha urbana en el mismo municipio, se tiene la situación actual y realiza un análisis histórico del crecimiento de la mancha urbana, en base a estos datos muy aparte del ordenamiento se puede proyectar cual será el crecimiento de esta mancha urbana en los próximos años, entonces se podrá analizar este aspecto espacialmente y ver los impactos que vendrán de aquí a un futuro no muy lejano. 1.4. Importancia académica Teniendo en cuenta a la carrera como modelo en este tipo de trabajos topográficos y Geodésicos, puedo decir lo importante que es cada experiencia deformación adquirida durante los años en la carrera, ya que, desde la más mínima deducción de las materias en mi formación académica, se plasma en este proyecto. 1.5. Marco de referencia 1.5.1. Área de intervención “TOPOGRAFÍA Y GEODESIA” UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 17 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 1.5.2. Ubicación del área de estudio El proyecto está ubicado: Departamento: La Paz Provincia: Larecaja Sección: Segunda Cantón: Guanay Comunidad: Witoponte Tabla 1 Ubicación geográfica de Witoponte Fuente: Elaboración propia El área de estudio está ubicada en la parte Noreste del Municipio de Guanay, cuenta con una extensión de 360974,829m² y se encuentra a una altura promedio de 400 m.s.n.m. Presenta una gran diversidad de flora y fauna en los alrededores del área urbano. El relieve del lugar es preponderante, irregular debido por un lado a la presencia de serranías de la región que rodean y dan un paisaje turístico al área urbana de Witoponte y por el otro la presencia del rio Mapiri que rodea al área de estudio, la temperatura varía desde 15° C en época invernal y con una temperatura de 38° C como máxima y un promedio de temperatura de 27° C. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 18 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga Figura 1 Ubicación sobre el mapa de la Paz Fuente: Elaboración propia 1.5.3. Extensión del lugar El sector de Witoponte, tiene una superficie de 360974,829 m2, con un perímetro total de límites alcanza a los 2799.588m lineales. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 19 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 1.5.4. Situación y Límites Al norte y toda la parte Oeste hasta el Sur colinda con el Rio Mapiri, al Este está delimitado por una cadena montañosa que pertenece a la misma comunidad de Witoponte. 1.6. Objetivos 1.6.1 Objetivo general Realizar el levantamiento topográfico georreferenciado para el ordenamiento urbano, etc, de la población de Witoponte del Municipio de Guanay Departamento de La Paz-Bolivia. 1.6.2 Objetivo especifico ➢ Establecer seis puntos de control GNSS ➢ Realizar el levantamiento topográfico georreferenciado ➢ Elaboración de la planimetría final. ➢ Replantear la línea municipal, en los sectores consolidados. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 20 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga CAPITULO 2 MARCO TEÓRICO 2.1. Ordenamiento territorial Conjunto de métodos y políticas destinadas a hacer más coherentes, eficientes o estéticas las infraestructuras, equipamientos, ordenamientos urbanos, paisajísticos y rurales. (Bernard Gauthiez, 2003) El ordenamiento territorial es la acción y la practica (más que la ciencia, la técnica o el arte) de disponer con orden, dentro del espacio de un país y mediante una visión prospectiva, los hombres y sus actividades, los equipamientos y los medios de comunicación que pueden utilizar, tomando en cuenta los imperativos naturales, humanos y económicos, incluso estratégicos. (Pierre Merlin, 2015) 2.1.2. Ordenamiento urbano Es la acción voluntaria de los hombres para organizar, rectificar y equipar el espacio habitado dando lugar a un libre tránsito con el orden de vías definidas. (Thierry Vilmin, 2008) 2.1.3. Proyectos estratégicos urbanos La definición de los proyectos estratégicos urbanos es la identificación de un conjunto de intervenciones urbanas integrales de la infraestructura urbana (red vial y servicios básicos), equipamiento urbano, vivienda y servicios públicos, formulados articuladamente en el marco de las directrices de ordenamiento urbano definidas. 2.1.4. Áreas de intervención urbana Definidas como resultado del proceso de evaluación urbana, de los objetivos estratégicos de ordenamiento urbano y las políticas de ocupación urbana, sobre los cuales se articularán UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 21 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga integralmente los proyectos de infraestructura, equipamiento, servicios básicos, servicios públicos y vivienda. En este sentido, cada área de intervención constituirá un Plan de Intervención Urbana – PIU; el GAM definirá y programará la cantidad de PIU’s para su área urbana en función a un orden estratégico y de prioridades. Cada área de intervención urbana se supedita a los parámetros urbanísticos definidos en el plan de usos de suelo para cada zona o barrio del área urbana; a saber, uso de suelo principal, usos complementarios, patrones de asentamiento, tipologías de vivienda, densificación urbanística, equipamiento urbano, servicios básicos, etc. 2.1.5. El ordenamiento territorial y las áreas temáticas del Plan de Acción Regional La relación entre el ordenamiento territorial (O.T.) y las áreas temáticas del Plan de Acción Regional no es una articulación nueva y se vincula con algunos conceptos de enfoque prioritario, tales como pobreza y equidad, productividad, medio ambiente y prevención de desastres naturales, participación y eficiencia en las políticas y la gestión, que se evidencian a continuación: a) Pobreza y equidad “el objetivo general de los asentamientos humanos es mejorar la calidad social, económica y ambiental de la vida en los asentamientos humanos y las condiciones de vida y de trabajo de todos y especialmente de los pobres” (Naciones Unidas, 1992). Este punto de vista fue compartido por el Plan de Acción Regional de América Latina y el Caribe al decir que, para mejorar la calidad de vida de la población con menos recursos, la primera necesidad es la provisión de viviendas adecuadas y, más allá de los efectos positivos del mejoramiento habitacional, es esencial también la existencia de un contexto de incremento sostenido del empleo. Dentro de la Agenda Hábitat se plantea la erradicación de la pobreza en dos perspectivas, una para satisfacer las necesidades básicas y otra para crear el empleo productivo. El Plan de Acción Regional se expandió y expresó en forma más concreta acciones como “poner de relieve en sus políticas territoriales, urbanas y habitacionales el objetivo de superar la pobreza y la indigencia y articularlas con estrategias y mecanismos más amplios de desarrollo social a escala nacional y local”. Así el O.T. es identificado como un instrumento en grado de impulsar las inversiones públicas, promover las privadas y apoyar las sociales destinadas a mejorar las ciudades y otros asentamientos humanos, para permitir que la población de ciertas zonas (rural) tenga acceso UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 22 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga a servicios básicos, vivienda y empleo y que la población de otras zonas (urbana) pueda lograr el mejoramiento de la calidad de vida, equidad y productividad de la ciudad. Será prioritario prestar debida consideración al medio ambiente en los asentamientos y sus alrededores, con el fin de resolver los problemas actuales y prevenir los que puedan surgir en el futuro. b) La productividad de los asentamientos humanos Las ciudades y territorios son promotores del desarrollo económico; sin embargo, las crecientes necesidades humanas y el aumento de las actividades económicas ejercen una presión cada vez mayor sobre los recursos de tierras, y si se quieren satisfacer las necesidades humanas de manera sostenible, es esencial encaminarse hacia un uso más eficaz y eficiente. Así, es vital reforzar, a todo nivel, la vinculación entre las políticas de desarrolloeconómico y su espacio físico de aplicación a través de la gestión del hábitat. En América Latina y el Caribe las tendencias de la distribución espacial de la población durante las últimas décadas favorecieron una concentración de actividades y población, así como una disparidad de las potencialidades de desarrollo dentro de territorios y ciudades. Es importante poner esfuerzos en fortalecer el manejo integrado del territorio y los sistemas urbanos, con el fin de lograr una ocupación eficiente del territorio, y propiciar una localización apropiada de los centros urbanos y sus actividades económicas que resulten económica, social y ambientalmente sostenible. El O.T. puede actuar como un instrumento para apoyar este proceso y la vinculación de las políticas de desarrollo económico y su espacio físico de aplicación, a través de la gestión del hábitat. c) Medio ambiente y prevención de desastres naturales Conviene planear y ordenar todos sus usos en forma integral. La integración debería hacerse a dos niveles, considerando, por un lado, todos los factores ambientales, sociales y económicos y por otro, todos los componentes del medio ambiente y los recursos conjuntamente. La consideración integral facilita opciones y compensaciones adecuadas llevando a su máximo nivel la productividad y la utilización sostenibles” (Naciones Unidas, 1992). UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 23 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga Una de las grandes ventajas de la ciudad es su eficiencia y su productividad, que resulta de la acumulación de espacio y capital. Sin embargo, ellos pueden perderse debido a la aparición de externalidades negativas. Para evitarlo, como se señala en el Plan de Acción, las políticas y estrategias en materia de asentamientos humanos deberán apoyar el logro de una adecuada calidad ambiental mediante el ordenamiento de las actividades en el espacio urbano. La adopción de estas medidas puede acompañar las inversiones productivas, a través de la incorporación de los conceptos de prevención y manejo de los problemas ambientales en los diferentes niveles de las ciudades. Para prevenir los desastres naturales, el O.T. puede cumplir un rol significativo. La importancia de la planificación territorial se destaca en la Agenda Hábitat, la que dice “con frecuencia los desastres son causados por situaciones de vulnerabilidad creadas por la acción del hombre, como los asentamientos humanos no sujetos a control o mal planificados, la falta de infraestructura básica y la ocupación de zonas expuestas a desastres”, y se instó a que los Estados “deben formular, aprobar, y aplicar normas y reglamentos apropiados para la ordenación territorial, la construcción y la planificación basados en evaluaciones de la peligrosidad y la vulnerabilidad realizadas por profesionales” (UNCHS/Hábitat, 1998, p. 97). d) Gobernabilidad y participación La complejidad de los problemas y desafíos que enfrentan los asentamientos humanos exigen adecuar el marco institucional y normativo para administrar las ciudades en forma adecuada. Dentro de este proceso, como está señalado en la Agenda Hábitat, se debe institucionalizar un enfoque participativo del desarrollo y la gestión sostenibles de los asentamientos humanos, basado en un diálogo permanente entre todos los agentes del desarrollo urbano y territorial con participación de varios interlocutores. Entre los desafíos que supone la gobernabilidad está el de asegurar que los vastos sectores de población que hoy se asientan en las ciudades latinoamericanas y del Caribe tengan efectivos espacios de participación y sistemas legítimos de gobierno y de delegación de autoridad. Hoy día en la región, la democracia no sólo se ejerce a través de los mecanismos tradicionales de la democracia representativa (partidos políticos, votos, elecciones, etc.) sino que éstos se complementan con otros propios a la democracia participativa (concertación, monitoreo, evaluación de las políticas) para ampliar las relaciones Estado-Sociedad, es decir incrementar los UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 24 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga niveles de gobernabilidad. En este contexto, la participación es la metodología-anclaje en el territorio para lograr el O.T. Para reforzar la mayor participación del público, el Programa 21 sugiere que todos los actores implicados “deberían emprender campañas de sensibilización para que la población reconociera y comprendiera la importancia de la ordenación integrada de las tierras y sus recursos y el papel que las personas y los grupos sociales podrían desempeñar al respecto. Al mismo tiempo, deberían proporcionarse medios que permitieran adoptar prácticas mejores de aprovechamiento de las tierras y de ordenación sostenible de éstas” (Naciones Unidas, 1992, p. 93). e) Eficiencia en las políticas y la gestión Las dimensiones y la complejidad de los fenómenos urbanos que se dan en la región hacen necesario reemplazar muchos aspectos de la gestión urbana convencional por una tecnología operativa eficiente que permita aprovechar las economías de escala y contigüidad y evitar las desigualdades que surgen en las ciudades y en los territorios. Esto supone articular los diferentes niveles del hábitat: el territorio con sus sistemas urbanos, las ciudades, los barrios y las viviendas. La eficiencia en las políticas públicas se manifestaría a través de instrumentos novedosos de gestión territorial y urbana, como el O.T., que permitan la utilización racional de los recursos con que se cuenta, considerando las oportunidades, las necesidades más urgentes y la adaptabilidad de las proyecciones futuras. 2.2 Topografía Tiene por objeto medir extensiones de tierra, tomando los datos necesarios para poder representar sobre un plano, a escala, su forma y accidentes. Es el arte de medir distancias horizontales y verticales entre puntos y objetos sobre la superficie terrestre, medir ángulos entre líneas terrestres. El procedimiento a seguir en un levantamiento topográfico comprende las siguientes etapas1: a) La planificación y recopilación de información del área de trabajo. b) Trabajo de campo se procede al relevamiento que puede ser planimétrico o altimétrico. c) Trabajo de Gabinete; Que consiste en hacer los cálculos necesarios para determinar posiciones, perímetro y áreas y la representación del producto final. 1 https://www.ecomexico.net/proyectos/soporte/Varios/Generalidades%20de%20topografia.pdf UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 25 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga d) Dibujo; Que consiste en dibujar a escala las medidas y planos. 2.2.1. Procedimientos en Topografía Es ardua conjeturar un proyecto de ingeniería, por espontáneo que sea, en el que se debe recurrir a la topografía en todas y cada una de sus periodos. En la figura 2 se puede ver la correlación que existe entre la topografía y otras disciplinas de la ingeniería. 2.2.2 Fundamentos de la topografía La Topografía es una ciencia y artes más importantes y antiguas que practica el hombre en los tiempos más importantes han sido necesario marcar límites, dividir terrenos además juega un papel muy importante en todas las ramas de Ingeniería, se requiere el levantamiento Topográfico antes durante y después de la planeación construcción de carretas, vías férreas, aeropuertos, edificios, puentes, túneles, canales y cualquier obra civil2. Figura 2 Relaciones con la topografía y geodesia Fuente: Topografía Técnicas Modernas 2 Apuntes de topografía I y II R. Salazar, J.Silva TO P O G R A FI A TRANSPORTE Carreteras, calles, autopistas, puertos Aeropuertos, Ferrocarriles. CONSTRUCCIÓNReplanteos, Control de obra, Movimiento de tierras HIDRÁULICA Dragado y canalización de ríos Sistemas de riego y drenaje, Construcción de represas, construcción de inundaciones ELÉCTRICA Tendido de redes, Construcción de torres, Construcción torres URBANISMO Y PLANIFICACIÓN Desarrollo urbanístico, Desarrollo turístico, desarrollos comerciales Otros Deslindes, Problemas legales, Arqueología UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 26 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 2.2.3 Errores en topografía En todas las medidas que se realicen siempre se cometen errores que no es posible eliminarlos por mucho cuidado que se tenga en la operación de una medida. Las causas de los errores pueden ser3: Instrumentales Estos se deben a la imperfección de los instrumentos topográficos, falta de un mantenimiento Personales Se debe a las limitaciones de los sentidos como la vista y el tacto. Naturales Son debido a las variaciones del clima: lluvia, diferencia de temperatura, viento. 2.2.4 Levantamiento Topográfico Son el conjunto de operaciones necesarias para determinar las posiciones de los puntos y realizar posteriormente su representación sobre un plano de referencia horizontal. La mayor parte de los levantamientos, tienen como objeto el cálculo de superficies y volúmenes, la representación de las medidas tomadas en el campo mediante perfiles y planos. 2.2.4.1 Levantamiento planímetro Los levantamientos planimétricos tienen por objetivo la determinación de las coordenadas planas de puntos en el espacio, para representarlos en una superficie plana. Cada punto en el plano queda definido por sus coordenadas. Estas pueden ser polares o cartesianas. Los instrumentos topográficos permiten medir ángulos y distancias con las que se determinan las coordenadas de los puntos del espacio que se desea representar en el plano. Los métodos de levantamiento comprenden todas las tareas que se realizan para obtener las medidas de ángulos y distancias, calcular las coordenadas y representar a escala los puntos en el plano, con la precisión adecuada. 3 Tecnicas Modernas, J. Memdoza D. edición 2009 Lima Peru UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 27 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga Los métodos para el levantamiento planimétricos son los siguientes: triangulación, poligonación o itinerario, radiación e intersección. Los métodos de intersección son los siguientes: directa, lateral, inversa (Pothenot o resección) y Hansen. 2.2.4.2 Levantamiento altimétrico La altimetría o nivelación tiene por objetivo la determinación de la diferencia de alturas entre distintos puntos del espacio a partir de una superficie de referencia. A la altura de un punto determinado se denomina cota del punto. Si la altura está definida con respecto al nivel del mar se dice que la cota es absoluta, mientras que si se trata de cualquier otra superficie de referencia se dice que la cota es relativa a la diferencia de altura entre dos puntos se denomina diferencia de nivel. Con la altimetría se determina la tercera coordenada (h), perpendicular al plano de referencia. Los instrumentos topográficos permiten medir ángulos verticales entre dos puntos (punto estación y punto visado), ángulos cenitales, nadirales o ángulos de altura. Conociendo los ángulos verticales y la distancia entre los dos puntos se pueden obtener las diferencias de nivel entre estos y sus cotas. El conjunto de operaciones para determinar las cotas de puntos de referencia en el espacio, con la precisión adecuada, constituyen el método de levantamiento altimétrico. 2.2.5 Levantamiento de poligonales Una poligonal es una serie de líneas consecutivas cuyas longitudes y direcciones se determinan a partir de mediciones en campo. El trazo de una poligonal es la operación de establecer las estaciones de ésta y de hacer las mediciones necesarias, es uno de los procedimientos fundamentales y más utilizados en la práctica para determinar la UBICACION relativa entre puntos en el terreno. 2.2.6 Clasificación de poligonales En forma general, las poligonales pueden ser clasificadas en: ➢ Poligonales cerradas, en las cuales el punto de inicio es el mismo punto de cierre, proporcionado por lo tanto control de cierre angular y lineal. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 28 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga ➢ Poligonales abiertas o de enlace con control de cierre, en las que se conocen las coordenadas de los puntos inicial y final, y la orientación de las alineaciones inicial y final, siendo también posible efectuarlos controles de cierre angular y lineal. ➢ Poligonales abiertas sin control, en las cuales no es posible establecer los controles de cierre, ya que no se conocen las coordenadas del punto inicial y/o final, o no se conoce la orientación de la alineación inicial y/o final. 2.2.7 Productos generados por los levantamientos. Los productos finales de la mensura directa son: En su gran mayoría de carácter gráfico, es decir, dibujos a escala de los detalles resaltantes del levantamiento, sobre un determinado tipo de papel, o bien dibujos realizados mediante un programa adecuado, generalmente un CAD. A continuación, se definen tres de los productos gráficos más importantes. 2.2.8. Factor de escala Al reducir las dimensiones del cilindro de proyección utilizado en la proyección transversa de Mercator modificada UTM., para reducir, a su vez, la distorsión en los límites de la proyección, el factor de escala queda también reducido a 0.9996 en cualquier punto del meridiano central (MC), ya que el cilindro queda en situación de secancia. Sin embargo, debido a la distorsión que se va produciendo en las áreas proyectadas que se alejan del MC., la escala de la proyección sufre una variación en función a la latitud, principalmente, a la distancia horizontal de los puntos hasta el MC de la zona. Esta variación se manifiesta en forma creciente y simétrica desde el MC., hacia el este y al oeste, alcanzando un valor de 1 mts., en los puntos de contacto del elipsoide con el cilindro secante, puntos que, en la proyección, se encuentra a una distancia de 180.000 mts., desde el MC. a partir de estos puntos el factor de escala seguirá aumentando su valor a medida que se aleje del centro de la proyección. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 29 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 2.2.9. Factor de elevación (factor nivel del mar) El factor de elevación es un ajuste de escala aplicado a las mediciones de distancias para reducirlas a la superficie del elipsoide. Este es el primer paso para la conversión de distancias medidas a distancias de grilla. Después que se reduce la distancia medida a una distancia elipsoidal, es puesta en escala nuevamente por el factor grilla, para producir una distancia de grilla. 2.2.10. Factor combinado Es el producto entre el Factor de Elevación y el Factor de escala. K = Factor Combinado entre A y B KElevación = Factor de Elevación entre A y B KEscala = Factor de escala entre Ay B El Factor Combinado K que permite calcular la distancia Topográfica en una distancia de Cuadricula, directamente Lc: Longitud de cuadricula. K: Factor combinado. LT: Longitud Topográfica. 2.2.11. Ppm (parte por millón) La ppm son las "Partes Por Millón" que se deben aplicar a una distancia medida. Por ejemplo, si hablamos de 3 partes por millón significa que, si medimos un kilómetro, este tendrá una precisión de más menos 3 milímetros (un milímetro es una millonésima de un kilómetro). La ppm se aplica básicamente (en nuestro ramo) a la distorsión que sufreel rayo infrarrojo de una estación total por cuestiones de temperatura y presión ambiental, para calcularlas normalmente el fabricante incluye una tabla en los manuales de operación del equipo. Esta tabla tiene la temperatura en el eje "Y" y en el eje "X" tiene la presión atmosférica, diagonalmente aparecen líneas que indican que ppm se debe aplicar. La temperatura, presión y humedad combinadas influyen en la densidad atmosférica. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 30 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga Realmente es dicha densidad la que determina la velocidad de la luz. Además, el topógrafo debe considerar también las diferentes correcciones sobre el plano de referencia a la que representará las distancias 2.3. Geodesia La Geodesia es la ciencia que estudia la forma y dimensiones de la Tierra. Esto incluye la determinación del campo gravitatorio externo de la tierra y la superficie del fondo oceánico. Dentro de esta definición, se incluye también la orientación y posición de la tierra en el espacio. Una parte fundamental de la geodesia es la determinación de la posición de puntos sobre la superficie terrestre mediante coordenadas (latitud, longitud, altura). La materialización de estos puntos sobre el terreno constituye las redes geodésicas, conformadas por una serie de puntos (vértices geodésicos o también señales de nivelación), con coordenadas que configuran la base de la cartografía de un país, por lo que también se dice que es "la infraestructura de las infraestructuras". Los fundamentos físicos y matemáticos necesarios para su obtención, sitúan a la geodesia como una ciencia básica para otras disciplinas, como la topografía, fotogrametría, cartografía, ingeniería civil, navegación, sistemas de información geográfica, sin olvidar otros tipos de fines como los militares. Desde el punto de vista del objetivo de estudio, se puede establecer una división de la geodesia en diferentes especialidades, aunque cualquier trabajo geodésico requiere la intervención de varias de estas subdivisiones: ➢ Geodesia geométrica: determinación de la forma y dimensiones de la Tierra en su aspecto geométrico, lo cual incluye fundamentalmente la determinación de coordenadas de puntos en su superficie. ➢ Geodesia física: estudio del campo gravitatorio de la Tierra y sus variaciones, mareas (oceánicas y terrestres) y su relación con el concepto de altitud. ➢ Astronomía geodésica: determinación de coordenadas en la superficie terrestre a partir de mediciones a los astros. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 31 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga ➢ Geodesia espacial: determinación de coordenadas a partir de mediciones efectuadas a satélites artificiales u otros objetos naturales o artificiales exteriores a la Tierra (GNSS, VLBI, SLR, DORIS) y relación con la definición de sistemas de referencia. ➢ Microgeodesia: medida de deformaciones en estructuras de obra civil o pequeñas extensiones de terreno mediante técnicas geodésicas de alta precisión. La Geodesia como ciencia y rama que estudia la forma y tamaño de la Tierra y las posiciones sobre la misma, podemos decir que también define el geoide como una zona en la que todos sus puntos experimentan la misma atracción gravitatoria siendo esta equivalente a la experimentada al nivel del mar. Debido a las desiguales consistencias de los materiales que componen la corteza y el manto terrestre y a alteraciones debidas a los movimientos isostáticos, esta superficie no es regular, sino que contiene ondulaciones que alteran los cálculos de localizaciones y distancias4. Figura 3 El geoide, el elipsoide y el datum Fuente: https://www.facebook.com/TERRASAT.SIG/photos/a.233040336773294/907572569320064/ Debido a éste irregularidad de la superficie terrestre, para describir la forma de la tierra suelen utilizarse modelos de la misma denominados Esferoides o Elipsoides de referencia. Estos se definen mediante dos parámetros, el tamaño del semieje mayor (a) y el tamaño del semieje menor (b) como se puede apreciar en la figura 3 derecha. El achatamiento del esferoide se define entonces mediante un coeficiente como: Achatamiento Semieje mayor Semieje menor f = (a-b)/a a = (a-b)/f b = a(1-f) 4 https://www.um.es/geograf/sigmur/temariohtml/node5_ct.html UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 32 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga El achatamiento real de la Tierra es aproximadamente de 1/300 alterando los valores de los coeficientes a y b se obtienen diferentes Elipsoides. Se han propuesto diversos elipsoides de referencia, generalmente se conocen con el nombre de su creador. ELIPSOIDE SEMIEJE MAYOR ACHATAMIENTO EXCENTRICIDAD Struve 6378.298,3 m 1: 299,73 0,00677436 Hayford 6378.388 m 1: 297,00 0,00672267 Tabla 2 Parámetros de los Elipsoides Fuente: Curso de Geodesia Superior; Autor: P. S. ZAKARATOV La razón de tener diferentes esferoides es que ninguno de ellos puede adaptarse completamente a todas las irregularidades del Geoide, aunque cada uno de ellos se adapta razonablemente bien a una zona concreta de la superficie terrestre. Por tanto, en cada país se utilizará el más conveniente en función de la zona del planeta en que se encuentre ya que el objetivo fundamental de un elipsoide es asignar a cada punto de la superficie del país donde se utiliza, un par de coordenadas geográficas, también llamadas coordenadas angulares. 2.3.1. Sistemas y Marcos de Referencia Un Sistema Geodésico de Referencia (SGR) está compuesto por un sistema de referencia, corresponde al conjunto de convenciones y conceptos que definen en cualquier momento, modelos, parámetros constantes, etc.; los cuales sirven de base para describir el estado geométrico o los procesos físicos de la Tierra o de la superficie terrestre. Marco de referencia: corresponde a la realización o materialización de un sistema de referencia por distintas entidades físicas y matemáticas5. 5 DREWES y SANCHEZ (2004, p. 3), UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 33 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 2.3.2 Sistema de Referencia Terrestre Internacional (ITRS) El Servicio Internacional de Rotación Terrestre y Sistemas de Referencia (IERS), es el organismo encargado de la determinación y entrega de información científica, relacionada con los parámetros de orientación terrestre y realización de sistemas de referencia de tipo internacional. Según el IERS (2004, p. 25), la definición del ITRS cumple con las siguientes condiciones: • Es geocéntrico, coincide con el centro de masa de la Tierra (incluyendo océanos y atmósfera). • La unidad de longitud corresponde al metro (SI), la escala del sistema es consistente con el Tiempo Geocéntrico Coordinado (TGC); de acuerdo con las resoluciones determinadas por la IAG y UIGG en 1991, las que se obtienen apropiadamente de un modelo relativista. • La orientación del sistema fue dada inicialmente por la BIH, orientación en 1984. • La evolución temporal de la orientación se garantiza mediante el uso de una red sin rotación (no-net-rotación), condición respecto a los movimientos tectónicos horizontales en toda la Tierra. 2.3.3. Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF) El sistema de referencia terrestre internacional convencional se materializa a través de las coordenadas de una serie de estaciones distribuidas por todo el mundo en este sistema de referencia, constituyendo el ITRF (Internacional Terrestria Reference Framel), establecido y mantenido por la IERS. El sistema que materializa se define geocéntrico (incluyendo la atmosfera y los océanos), labase para la escala la constituye el metro (en el sistema Internacional) y con orientación de sus ejes tal como estableció la BIH (Bureau International de l’Heure) en 1984: Las estaciones para el ITRF 2000. Si se desean coordenadas geodésicas se recomiendan el uso del elipsoide GRS 80. Estas coordenadas definen implícitamente el origen, de la escala y la orientación de los ejes coordenados X, Y, Z, del sistema de referencia. La historia de los diferentes ITRF comenzó en 1984, y a partir de ahí se han obtenido las soluciones 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 96, 97, 2000, 2005, y recientemente la 2008, estas soluciones defieren unas de otras debido a la incorporación constante de nuevas estaciones, nuevas observaciones en UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 34 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga las estaciones ya existentes, mejora la precisión de las mismas o nuevos métodos de procesamiento. Figura 4 Estaciones que forman el ITRF Fuente: Sistema y Marco de Referencia Terrestre, Autor: A. Martin Furones 2.3.4 Sistema geodésico mundial (WGS-84) Este sistema de referencia fue creado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, y tiene por objetivo servir de base a las técnicas modernas de posicionamiento, la definición de este sistema corresponde a los criterios establecidos por el IERS. Este sistema es compatible con un ITRF debido a los siguientes aspectos6. ➢ Origen geocéntrico del sistema, ya que, coincide con el centro de masas de la Tierra incluyendo atmósfera y océanos. ➢ Eje Z: se encuentra en la dirección del polo de referencia IERS, y llamado IERS Reference pole (IRP) o Convencional Terrestrial pole (CTP). ➢ Eje X corresponde a la intersección del meridiano de referencia IERS y el plano ecuatorial. ➢ Eje Y completa sistema ortogonal dextrógiro (hacia la derecha). 6 (NIMA, 1997, p. 25)(ZEPEDA, 2004, p. 53) UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 35 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga Figura 5 Definición del WGS-84 Fuente: Sistema y Marco de Referencia Terrestre, Autor: A. Martin Furones Los parámetros que lo definen son los siguientes: Elipsoide WGS - 84 a 6378137 m (Obtenido a partir de medidas SLR y Doppler) f 1 : 298,257223563 (Obtenido a partir de perturbaciones en la órbita de satélites). Velocidad Angular 7293115*10-11 rad/s (Obtenido a partir de SLR, LLR y pruebas espaciales) Constante Gravitacional GM 3986005* 108 m³/s² (Obtenido a partir de medidas astronómicas). Tabla 3 parámetros elipsoidales de WGS-84 Fuente: Sistema y Marco de Referencia Terrestre, Autor: A. Martin Furones 2.3.5 Sistema de referencia geocéntrico para las américas (SIRGAS) El proyecto SIRGAS fue creado en la Conferencia Internacional para la Definición de un Referencial Geocéntrico para América del Sur, la cual se realizó en Asunción (Paraguay), en octubre de 1993. Dentro de las instituciones participantes se encuentran el ex NIMA (actualmente NGA), IPGH, IAG y cada uno de los institutos de los países comprometidos. El objetivo principal del proyecto SIRGAS es definir, materializar y mantener el sistema de referencia geocéntrico tridimensional para las Américas (SIRGAS, 2002, p. 101), este objetivo principal se establece UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 36 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga mediante los siguientes conceptos establecidos en el estatuto del proyecto SIRGAS, aprobado por el comité respectivo el 22 de octubre de 2002: ➢ Definición de un sistema de referencia geocéntrico tridimensional. ➢ Establecimiento y mantenimiento de un marco de referencia geocéntrico (conjunto de estaciones con coordenadas geocéntricas [x, y, z], de alta precisión y su variación con el tiempo [Vx, Vy, Vz]). ➢ Definición y establecimiento de un datum geocéntrico. ➢ Definición y materialización de un sistema de referencia vertical único, con alturas físicas y geométricas consistentes, y la determinación de los cambios del marco de referencia con respecto al tiempo. Existen dos marcos de referencia SIRGAS realizados continentalmente. El primer marco de referencia corresponde a SIRGAS 1995. Para su realización se llevó a cabo una campaña compuesta por 58 estaciones GPS, distribuidas en Sudamérica, y la segunda campaña el año 2000 compuesta de 178 estaciones. Tabla 4 Marcos de referencia Fuente: Geodesia satelitaria Autor: Daniel Flores UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 37 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 2.3.6 Sistema GNSS Bajo el acrónimo de GNSS (Global Navigation Satellite Systems) se engloban todas las técnicas de posicionamiento mediante satélites. Se entiende por Sistemas Globales de Posicionamiento (GNSS) a sistemas pasivos de navegación basado en satélites emisores de radiofrecuencias, que proporcionan un marco de referencia espaciotemporal con cobertura global, independiente de las condiciones atmosféricas, de forma continua en cualquier lugar de la Tierra, y disponible para cualquier número de usuarios.7 2.3.7 El Sistema GPS El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un servicio propiedad de los EE.UU. que proporciona a los usuarios información sobre posicionamiento, navegación y cronometría. Este sistema está constituido por tres segmentos: el segmento espacial, el segmento de control y el segmento del usuario. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos desarrolla, mantiene y opera los segmentos espaciales y de control. 2.3.8 El Sistema GLONASS GLONASS (Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema - Sistema de navegación global por satélite) son las siglas del GNSS creado por Rusia para la localización geográfica sobre la superficie terrestre. Se trata de una de las alternativas al sistema GPS de Estados Unidos. El sistema emplea un conjunto de satélites que orbitan sobre la superficie terrestre, y que recibe el nombre de Constelación de Satélites. La constelación de satélites que usa el sistema GLONASS consta de 31 satélites (24 en activo, 3 satélites de repuesto, 2 en mantenimiento, uno en servicio y otro en pruebas) a fecha de principios de 2019. Aunque los satélites se comenzaron a poner en órbita en el año 1982, no empezó a ser funcional hasta 1996, consiguiendo la cobertura de todo el territorio de Rusia a partir del año 2007. En la actualidad cubren todo el mundo, siendo su utilización de acceso libre. Rusia sigue actualizando su constelación de satélites, con el modelo de 7 https://globalyachtingibiza.com/es/que-es-y-para-que-sirve-un-equipo-gnss/ https://www.aristasur.com/node/313 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 38 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga tercera generación GLONASS-K. En 2010 se presentó en Rusia el primer teléfono con un receptor para el posicionamiento con satélites GLONASS.8 2.3.9 El Sistema GALILEO Galileo es el sistema europeo de radionavegación y posicionamiento por satélite desarrollado por la Unión Europea (UE) a través de la Agencia Espacial Europea (ESA), y que está operado por la Agencia de la Unión Europea para el Programa Espacial (EUSPA). Este dota a la Unión Europea de una tecnología independiente del GPS estadounidense y del GLONASS ruso. Al contrario de estos dos, es de creación, gestión y uso civil. El sistema se puso en marcha el 15 de diciembre del 2016 con alrededor de la mitad de los satélites que lo componen, y en 2016 se esperaba completarlo para 2020. Actualmente Galileo consta de 22 satélites operativos y 4 no disponibles. Galileo es un GNSS europeo: - Independiente - Civil - Compatible- Compatibilidad con GPS asegurada La constelación de Galileo provee servicios de PNT con 22 satélites. ➢ 26 satélites en órbita: 2 testing, 1 no disponible, 1 reserva. 2.4 Sistema de Posicionamiento Global (GPS) El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de radionavegación de los Estados Unidos de América, basado en el espacio, que proporciona servicios fiables de posicionamiento, navegación, y cronometría gratuita en todo el mundo. A todo el que cuente con un receptor del GPS, el sistema le proporcionará su localización y la hora exacta en cualesquiera condiciones atmosféricas, de día o de noche, en cualquier lugar del mundo. El GPS se compone de tres elementos: los satélites en órbita alrededor de la Tierra, las estaciones terrestres de seguimiento y control, y los receptores del GPS propiedad de los usuarios. Desde el 8 https://www.aristasur.com/contenido/que-es-el-sistema-de-posicionamiento-glonass https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_global_de_navegaci%C3%B3n_por_sat%C3%A9lite https://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_Europea https://es.wikipedia.org/wiki/Agencia_Espacial_Europea https://es.wikipedia.org/wiki/Agencia_de_la_Uni%C3%B3n_Europea_para_el_Programa_Espacial https://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_Europea https://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_Europea https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_posicionamiento_global https://es.wikipedia.org/wiki/GLONASS https://es.wikipedia.org/wiki/Sat%C3%A9lite_artificial UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 39 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga espacio, los satélites del GPS transmiten señales que reciben e identifican los receptores del GPS; ellos, a su vez, proporcionan por separado sus coordenadas tridimensionales de latitud, longitud y altitud, así como la hora local precisa. Hoy están al alcance de todos en el mercado los pequeños receptores del GPS portátiles. Con esos receptores, el usuario puede determinar con exactitud su UBICACION y desplazarse fácilmente al lugar a donde desea trasladarse, ya sea andando, conduciendo, volando o navegando. El GPS es indispensable en todos los sistemas de transporte del mundo ya que sirve de apoyo a la navegación aérea, terrestre y marítima. En áreas que más se utiliza Topografía, Geodesia y Geología, de forma más eficiente, segura, económica y precisa gracias a las señales accesibles y gratuitas del GPS. 2.4.1. Componentes del sistema GPS 2.4.1.1 Segmento espacial Consiste de 27 satélites distribuidos en seis planos orbitales inclinados 55º respecto al ecuador. Los satélites se mueven a una altura aproximada de 20200 km, completando dos revoluciones por día sidéreo. El segmento espacial está diseñado de tal forma que se pueda contar con un mínimo de 4 satélites visibles por encima de un ángulo de elevación de 15º en cualquier punto de la superficie terrestre, durante las 24 horas del día. Para la mayoría de las aplicaciones, el número mínimo de satélites visibles deberá ser de cuatro. Figura 6 Segmento Espacial. Fuente: Presentación Geodesia Satelitaria Autor: Lic. Daniel Flores UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 40 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 2.4.1.2 Segmento control Se encarga del control total de los satélites, de que estén en correcto funcionamiento y de mantenerlos en órbita. Está compuesto por cinco estaciones de monitoreo, una estación de control principal y cuatro estaciones de observación que se encuentran alrededor de la Tierra. La estación de control principal se encuentra ubicada en Colorado Springs, Estados Unidos y el resto de estaciones en la isla Ascensión (Atlántico del Sur), Diego García (Océano Índico), Kwajalein (Pacífico Occidental) y Hawaii (Pacífico Central). Cada estación de observación rastrea los satélites y transmite sus posiciones a la estación de control principal, donde se determina la posición exacta de los satélites Figura 7 Segmento de Control. Fuente: Presentación Geodesia Satelitaria Autor: J. Guzmán Gallardo 2007 2.4.1.3 Segmento del usuario El segmento de Usuarios comprende a cualquiera que reciba las señales GPS con un receptor, determinando su posición y/o la hora. Algunas aplicaciones típicas dentro del segmento Usuarios son: la navegación en tierra para excursionistas, ubicación de vehículos, topografía, navegación marítima y aérea, control de maquinaria, etc. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 41 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga Figura 8 Segmento Usuario. Fuente: Presentación Geodesia Satelitaria Autor: J. Guzmán Gallardo 2007 2.5. Tipos de posicionamiento Debido a sus numerosas ventajas en materia de precisión, rapidez y productividad, el sistema GPS se está empleando cada vez más en topografía. No obstante, debe tenerse en cuenta que las técnicas empleadas son muy diferentes a los de métodos clásicos. Se pueden citar los siguientes tipos de posicionamiento: 2.5.1 Posicionamiento puntual o absoluto Un posicionamiento es absoluto, cuando se calcula la posición del punto utilizando las medidas de seudodistancia ya sea procedentes del código C/A, o código P. Dependiendo del código que utilicemos y de la disponibilidad selectiva obtendremos una precisión que variará de 15 a 100 m. Este tipo de posicionamiento es utilizado por los equipos llamados GPS`s navegadores. Gracias a los últimos avances tecnológicos, y la desaparición de la disponibilidad selectiva, existen en el mercado receptores que alcanzan precisiones de 3-5 m en tiempo real. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 42 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga Figura 9 Posicionamiento Puntual Fuente: Apuntes de geodesia satelitaria Autor: J. Guzmán Gallardo 2007 2.5.2 Posicionamiento diferencial, diferido o relativo Este método involucra dos o más instrumentos GPS, con el fin de eliminar los errores propios del sistema GPS, calculando los incrementos de coordenadas desde el equipo de referencia al móvil. Este incremento de coordenadas vendrá dado en el sistema geocéntrico de coordenadas. La gran ventaja de este método es que los errores de posicionamiento muy similar o común en ambos puntos, no tienen ninguna influencia en los incrementos de coordenadas.9 Figura 10 Posicionamiento diferencial Fuente: Apuntes de geodesia satelitaria J. Guzmán Gallardo 2007 9 Guzman Gallardo Javier 2007 Principios y Aplicaciones de Geodesia Satelitaria Leonardo Casanova M. Sistema de Posicionamiento Global UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERA DE GEODESIA, TOPOGRAFIA Y GEOMATICA 43 Postulante: Luis Miguel Villalobos Arteaga 2.6. Técnicas de medición GPS Existen diferentes técnicas de medición que pueden ser utilizadas por la mayoría de receptores topográficos GPS. 2.6.1 Método estático Este fue el primer método en ser desarrollado para levantamientos con GPS. Puede ser utilizado para la medición de líneas bases largas (generalmente 20km -16 millas - o más). Se coloca un receptor en un punto cuyas coordenadas son conocidas con precisión en el sistema de coordenadas WGS84. Este es conocido como el Receptor de Referencia. El otro receptor es colocado en el otro extremo de la línea base y es conocido como el Receptor Móvil. Los datos son registrados en ambas estaciones en forma simultánea. Es importante que los datos sean registrados con la misma frecuencia en cada estación. El intervalo de registro de datos puede ser establecido en 15, 30 ó 60 segundos. Los receptores deben registrar datos durante un cierto periodo de tiempo. El tiempo de observación dependerá
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