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Tuvimos la oportunidad de trabajar junto a Rumbos Geomensura en una detallada representación topográfica de un túnel de aducción de más de 7 km de desarrollo. La gran problemática de esta tarea fue el control geodésico que requiere un escáner láser para asegurar que los escaneos no pierdan orientación a través del progresivo registro de las estaciones. Por esta razón, se decide realizar una poligonal con estaciones cada 200 m tratando de densificar posiciones a través de puntos que fueran identificables en los escaneos. Además, las observaciones terrestres que produce la estación total se combinan con observaciones satelitales con el objeto de referenciar adecuadamente esta determinación.
Primero que todo se debe indicar que no existe origen ni otro tipo de evidencia geodésica previa para referenciar la determinación de coordenadas. Por esto, se concluye que es necesaria la combinación entre observaciones GNSS y de estación total. Considerando esto, el origen de la red va a estar dado por la estación EILA que pertenece a la Red GNSS GEOCOM la cual cuenta con un ajuste de coordenadas en base a SIRGAS 2021.00. En cuanto al sistema de coordenadas, se decide calcular una proyección Transversal de Mercator personalizada para la representación horizontal mientras que la componente vertical se establecerá en base a la transformación de alturas elipsoidales en alturas ortométricas usando el modelo geoidal EGM08.
Fig 1. Parámetros de la proyección Transversal de Mercator personalizada con referencia SIRGAS 2021.00
Por su parte, el equipo de trabajo estaba compuesto por 4 personas. Al inicio de la operación en terreno, el equipo se divide en 2 grupos de 2 personas cada uno. El primer grupo pudo constatar dos quiebres en el trazado del túnel que complican aún más el trabajo. Este grupo llevó la estación total de escaneo Trimble SX12 a la primera posición de la poligonal. Esta posición era una especie de portal en donde el agua desemboca para ser redirigida superficialmente. De esta manera, se decide realizar una estación libre a partir de puntos determinados con GNSS en RTK. Se observaron tres líneas base GNSS RTK logrando materializar los primeros puntos con precisiones de orden centimétrico. Si bien es cierto, no era lo mejor en cuanto a precisión fue lo más rápido y ágil que se pudo desarrollar. Para este cometido, fue vital la característica robótica de Trimble SX12 dado que se requería tener movilidad con GNSS y el prisma fuera de la posición en donde se encontraba instalada la estación total.
Fig 2. Puntos de control iniciales observados con GNSS y luego con estación total
Para la observación GNSS RTK usamos una base The Marksman que permite posicionar una antena GNSS o bien un prisma sin la necesidad de montar un bípode o trípode. Sin duda, esta base fue de gran ayuda a lo largo de todo el trabajo de observación geodésica simplificando los traslados.
En cuanto a la observación GNSS, se realizó un punto de control observado RTK. Esto quiere decir que se ocupó la posición por 180 segundos. Es importante indicar que se observaron líneas base de más de 29 km en modalidad RTK a partir del enlace NTRIP que establece la Red GNSS GEOCOM. Esta operación marcó la diferencia en productividad en relación a haber realizado un estático que requiere de más tiempo para converger a una solución de precisión centimétrica.
Fig 3. Detalles de las línea base RTK observadas en el inicio de la red
En cuanto a la monumentación, se usaron clavos Hilti para las posiciones de la estación total las cuales, por supuesto, serían ocupadas posteriormente por un prisma. Esta metodología fue importante para asegurar el posicionamiento y orientación inequívoca de los instrumentos, así como también para que fueran usados como puntos identificables por el escaneo (luego de poner una diana sobre el punto).
Fig 4. Primera posición de la poligonal ocupada por el prisma 360°
Tomando en cuenta todo lo anterior, se pudo determinar una estación libre con un error de orientación de 11.6” y con precisiones de 0.2 mm en este, 1.2 mm en norte y 0.3 mm en elevación lo cual habla muy bien de ambas observaciones realizadas. El análisis indica que no hay gran deformación de las geometrías producidas por GNSS en comparación con la estación total logrando una determinación de orientación suficientemente precisa para las condiciones de geometría que ofrecía el espacio.
Fig 5. Detalles de la estación libre
Al finalizar la estación libre, se da inicio a la densificación por medio de la poligonal. Por las razones de productividad ya indicadas, se decide sólo realizar una observación por punto en ambas caras del instrumento con el sistema de puntería automática activado. Para estos efectos, Trimble SX12 cuenta con Autolock logrando un enganche de precisión sobre el prisma y evitando la observación visual por parte de un operador. Habitualmente en esta operación se busca una alta redundancia observando 4 o 5 ciclos, sin embargo, el criterio de productividad tuvo más peso en esta ocasión, por lo cual, se sacrificará precisión y grados de libertad por un avance más rápido. En este sentido, la productividad alcanzada fue la siguiente:
| Día | Número de posiciones con estación total / tiempo | Número de posiciones con GNSS / tiempo |
| 1 |
15 |
3 |
| 2 |
21 |
0 |
| 3 |
6 |
2 |
Tabla 1. Productividad obtenida
Fig 6. Trimble SX12 en operación
En total, se establecen 42 posiciones de estación total densificando, adicionalmente, 50 posiciones para georreferenciar los escaneos. En cuanto a las observaciones propias de la poligonal se sumarizan las siguientes estadísticas:
Tabla 2. Resumen de observación de ángulos y distancias para una estación
Finalmente, para lograr control en el cierre de la estructura geodésica, se realizaron 2 puntos con GNSS RTK. La particularidad de esta observación fue que las coordenadas de estos puntos fueron determinadas dentro del mismo túnel pero aprovechando cierta abertura que existía en lo que se denomina “túnel falso”. A diferencia del inicio, se aprovechó la misma instalación del GNSS para instalar un prisma 360° y realizar la observación con estación total.
Fig 6. Detalles de las línea base RTK observadas en el final de la red
Fig 7. Puntos de control finales observados con GNSS y luego con estación total
Con todos estos datos se realiza un ajuste por mínimos cuadrados combinando directamente las observaciones GNSS con las realizadas mediante estación total. Definitivamente, este enfoque proporcionó la robustez necesaria a la red para que la solución fuera representativa en términos probabilísticos.
En cuanto a las geometrías iniciales y finales se tiene lo siguiente:
Fig 8. Geometrías de combinación para GNSS y estación total
Con 81 grados de libertad se realiza el ajuste obteniendo precisiones medias de 16 cm en este, 16 cm en norte y 10 cm en altura.
Fig 9. Ajuste de la red geodésica
Fig 10. Red geodésica completa integrada por observaciones satelitales y terrestres
La combinación de GNSS y estación total no es simplemente un capricho a realizar por parte de los colegas de la geomensura y geomática, se trata de una posibilidad que ofrece robustez al momento de realizar el ajuste de las observaciones.
La geometría de un túnel claramente condiciona la matriz de diseño de una red geodésica, sin embargo, esto puede ser solucionado a través de la combinación de observaciones.
En cuanto al desarrollo propio de la poligonal en base a observaciones terrestres es posible indicar que se trata de una tarea de alta complejidad. Primero se debe asegurar que la propia observación sea de calidad lo cual está íntimamente relacionado con la utilización de sistemas de puntería automática como Autolock y Finelock. Por otro lado, las condiciones que presenta un túnel dificultan aún más esta labor: es necesario llevar un protocolo de observación que permita minimizar la posibilidad de cometer errores en la medición de alturas instrumentales o bien en la identificación de los objetivos.
Fig 11. Equipo de trabajo. Agradecimientos a Rumbos Geomensura.
