Nuevo ajuste de la red de nivelación de alta precisión de la República Argentina

Nuevo ajuste de la red de nivelación de alta precisión de la República Argentina

Fecha: 10-14 de noviembre 2014
Nombre del evento:XXVII Reunión Científica de la Asociación Argentina de Geofísicos y Geodestas
Organización: Asociación Argentina de Geofísicos y Geodestas (AAGG)
Lugar: San Juan

Expositores: Diego Piñón
Coautores: Hernán Guagni, Sergio Cimbaro

Resumen: Hace aproximadamente 100 años el Instituto Geográfico Nacional (IGN) – ex Instituto Geográfico Militar (IGM) – inició las labores topográficas y geodésicas que permitieron la construcción y medición (geométrica y gravimétrica) de la Red de Nivelación de Alta Precisión. Esta red materializa el sistema vertical de la Argentina, cuyo origen se estableció en el año 1923 mediante observaciones mareográficas realizadas en el puerto de Mar del Plata.
En el año 1969 el IGM envió a la agencia norteamericana Army Topographic Command (USATC) – hoy National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) – las observaciones correspondientes a las nivelaciones geométricas realizadas sobre aproximadamente 34.000 km de líneas de nivelación de Alta Precisión y 20.000 km de líneas de Precisión y las observaciones gravimétricas efectuadas sobre los pilares altimétricos. Dichas observaciones fueron ajustadas por la USATC utilizando el método de mínimos cuadrados y los resultados finales fueron entregados al IGM en el año 1971. Las líneas construidas y medidas con posterioridad fueron ajustadas a la figura inicial definida en el año 1971 mediante un programa de compensación desarrollado por el IGM en lenguaje FORTRAN.
En el año 1997, en el marco del proyecto internacional Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas (SIRGAS), se estableció un grupo de trabajo denominado GTIII (o “datum vertical”) con el propósito de establecer un sistema de referencia vertical unificado para el continente americano. A partir del año 2001 el IGM y la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de La Plata (FCAG-UNLP) comenzaron a trabajar cooperativamente con el fin de obtener las alturas geopotenciales de los pilares altimétricos que componen la red de nivelación de Alta Precisión de la Argentina y contribuir con la misión del GTIII en el territorio nacional.
En el año 2000, el Subcomité de Geodesia (SCIAG) del Comité Nacional de la Unión Geodésica y Geofísica Internacional (CNUGGI) conformó un grupo de trabajo denominado “origen geopotencial” con el propósito de coordinar las actividades nacionales relativas al establecimiento de un nuevo sistema de referencia vertical e interactuar con el GTIII. Dentro del grupo se establecieron las siguientes líneas de trabajo: control del datum vertical mediante observaciones GPS y mareográficas, cálculo de desniveles geopotenciales, vinculación a las redes de nivelación limítrofes y definición de un estándar para compensar redes gravimétricas.
Comprendiendo la necesidad de contar con un sistema de referencia altimétrico que contemple los efectos del campo gravitatorio terrestre, en el año 2010 el IGN inició un nuevo proyecto con el propósito de reajustar la red de nivelación de Alta Precisión (compuesta por 407 líneas y aproximadamente 59.000 kilómetros de nivelación geométrica) en función de desniveles geopotenciales y determinar las alturas ortométricas de los 17.763 pilares que componen la red.
Primeramente fue necesario digitalizar las planillas de observación de las 407 líneas que componen dicha red. A partir de los desniveles geométricos observados y los valores de la aceleración de la gravedad medida sobre los pilares (14.216) se determinaron 359 desniveles geopotenciales que vinculan a los 227 nodos de la red. Para computar los desniveles geopotenciales que comprendían a pilares carentes de mediciones gravimétricas (3.547), fue necesario estimar valores de gravedad sobre dichos puntos. Para ello, se utilizó el programa PREDGRAV, que permite calcular la aceleración de la gravedad sobre puntos localizados en la superficie terrestre mediante la aplicación de la técnica de colocación por mínimos cuadrados.
Posteriormente se realizó el control de cierre de los 156 polígonos que componen la red de Alta Precisión en función de los desniveles geométricos y geopotenciales entre los nodos, con el propósito de hallar errores accidentales en las observaciones geométricas o gravimétricas, lo que provocó que 26 líneas fueran desestimadas del cálculo. El ajuste de las 381 líneas restantes se realizó mediante el método de mínimos cuadrados. En el ajuste se utilizaron dos orígenes geopotenciales (W0) distintos: el Nodal 71, localizado en la ciudad de Mar del Plata cuyo valor es 121,649780 m2s-2, se utilizó para ajustar el sector continental; mientras que el PF1N(383), localizado en la ciudad de Ushuaia cuyo valor es 38,427000 m2s-2, dio origen a la red localizada en la Isla Grande de Tierra del Fuego. Las 26 líneas que no se incluyeron en el cálculo anterior fueron ajustadas en una segunda instancia a la red resultante del primer ajuste.
Luego de obtener los números geopotenciales de los 227 nodos que componen la red, se compensó cada una de las líneas de nivelación con el propósito de obtener los números geopotenciales de los 17.763 pilares altimétricos. Seguidamente se calculó la altura ortométrica de cada uno de los pilares aplicando el método de Mader (1954), que a diferencia del método de Helmert (1890), remueve las irregularidades del terreno al considerar el exceso y déficit de las masas topográficas sobre la placa de Bouguer en cada punto. Este procedimiento, denominado corrección topográfica, se calculó a partir de la utilización del método de Hammer (1939) al modelo digital de elevaciones Shuttle Radar Topography Mission (SRTM_v4.1).
Las nuevas alturas ortométricas de los pilares que componen la red de Alta Precisión presentan diferencias significativas respecto a las alturas oficiales, especialmente en las zonas cordilleranas. Las máximas diferencias se encuentran en la Puna (–2,258 m) y en la Patagonia (+0,785 m). Por otra parte, el nuevo sistema vertical demuestra una gran coherencia respecto al modelo gravitacional EGM08. A partir de observaciones GPS realizadas sobre aproximadamente 1.500 puntos altimétricos, se calculó un valor de ondulación geoidal (N) que posteriormente se lo comparó con el N que surge del modelo EGM08, arrojando un desvío estándar inferior a 0,30 m.

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