NIVELACIÓN DE TERRENOS POR REGRESIÓN TRIDIMENSIONAL

JOSEP MARIA FRANQUET BERNIS
ANTONIO QUEROL GÓMEZ

7. NIVELACIÓN CON RAYO LÁSER

Desde hace algunos años, los empresarios agrícolas van comprendiendo la importancia de ir incorporando la tecnología a los diferentes procesos productivos por las mejoras que suelen aportar sus avances a las nobles tareas del campo. Pues bien, en el caso de los cultivos cuya siembra (generalmente directa) requiere algunas actuaciones específicas sobre el terreno para nivelarlo correctamente, como ocurre con el arroz (Oryza Sativa, L.), el rayo láser se ha constituido como una herramienta vital para los agricultores por la alta precisión de sus mediciones y la mejora de los resultados en el rendimiento del cultivo que ofrece. En general, los tractores adaptados con niveles láser son la última innovación para la explanación de terrenos. Al igual que las motoniveladoras, suelen adaptarse cuando se ha realizado el movimiento importante de volúmenes o los terrenos no presentan grandes diferencias de nivel.

El proceso que viene aplicándose, ya desde la década de los ochenta del pasado siglo, es desconocido por muchos consumidores a pesar de constituir una parte importante del éxito en las cosechas de los arroceros. Importado de los Estados Unidos y empleado inicialmente en la preparación de explotaciones en las que se iban a sembrar las semillas de la variedad híbrida, en las labores de nivelación con láser se suele alquilar la maquinaria a empresas especializadas de servicios. Esto ocurre debido al alto precio de estas máquinas (hasta 42.000 euros en los equipos más completos, año 2009) que las convierten en inversiones difíciles de rentabilizar a corto o medio plazo. En los casos del régimen de alquiler de los sistemas de nivelación por láser, el precio suele oscilar entre los 40 y los 50 euros por hora. Teniendo en cuenta que el tiempo medio de nivelación de los terrenos varía entre una hora y cuarto y una hora y media por hectárea, el agricultor puede realizar un simple cálculo con el que conocer la cuantía económica de estas operaciones sobre sus terrenos.

Las tierras tratadas con el láser quedan completamente niveladas con una alta precisión. Se trata, por lo tanto, de un método muy recomendable y que nos muestra que el láser, además de ser un rayo empleado con fines terapéuticos o sanitarios y utilizado en infinitud de dispositivos electrónicos, constituye también una inestimable ayuda para el agricultor y, en general, para la explanación de terrenos en obras públicas.

En la actualidad, los sistemas de referencia con emisor láser son fabricados por un número muy reducido de compañías en las que se destacan la firma norteamericana Spectra-Physics y la Laser Aligment, las cuales tienen presentado un grupo de patentes que protegen sus productos. Además, existen otros dos productores reconocidos, que son la firma Topcon de Japón y la Leica de Suiza. El dominio de esta tecnología por pocas firmas hace que su precio sea aún muy elevado.

La aplicación de esta tecnología tiene sus inicios en los finales de la década del 80 y principios del 90 del siglo XX. Esto hace que el desarrollo de este equipamiento tenga presente el dominio de tecnologías novedosas y un valor económico substancial, porque existe una necesidad inmediata de aplicar esta tecnología en diferentes cultivos, ya que su desarrollo permitirá un aumento de la eficiencia y calidad en la nivelación de terrenos, lo que propicia además, en el caso de los cultivos de arroz, un incremento del rendimiento en grano y un ahorro considerable de combustible y agua, ya que se logra un drenaje más adecuado en los terrenos donde se cultiva la expresada gramínea de verano.
        
Los sistemas de referencia desarrollados están compuestos por los siguientes elementos:

         a) El emisor láser que es el alma de todos los niveladores de terrenos y es el encargado de generar  un plano de referencia a partir de la rotación de un haz de luz; va montado sobre un trípode y colocado en el terreno o área a elaborar de forma tal que permita el control de los restantes elementos del sistema. Estos aparatos en sus inicios emplearon láseres de He-Ne, pero ya en la actualidad se han substituido por diodos láseres semiconductores que presentan grandes ventajas como son: pequeñas dimensiones, gran estabilidad en la emisión, larga vida útil y precios muy inferiores a los antiguos emisores láser de He-Ne. La introducción y propagación vertiginosa de estos diodos láseres semiconductores en esta tecnología ha permitido también disminuir el tamaño y el costo de este moderno equipamiento topográfico.

         b) El receptor que es un elemento fotoeléctrico que controla la posición del plano de luz láser. Es el encargado de sensar a qué altura está situado el plano de referencia en la posición en que se encuentra y electrónicamente emite señales a la estación de control sobre la posición del plano de luz relativo al centro (si está por encima, por debajo o en línea). Los receptores están formados por arreglos lineales de fotodiodos para sensar la luz láser y según la actividad a que están destinadas así se conforman. En los sistemas de levantamiento topográfico éstos están unidos a una regla telescópica, lo que permite al técnico operador conocer la altura de ese punto en el terreno.
        

c) El tablero de indicación/control que es un instrumento que toma decisiones e indica las lecturas (si está por encima, por debajo o en línea) de los niveles al operador mientras que éste hace el trabajo de levantamiento topográfico del campo, o bien controla el borde cortante de la traílla halada por el tractor agrícola. Esto lo realiza pasando la información del receptor y orientando las señales de subir o bajar a la caja de válvulas solenoide que controla los pistones hidráulicos que, a su vez, accionan la cuchilla de la traílla. Este tablero de indicación/control se utiliza en la nivelación de terrenos sobre tractores que arrastran las traíllas sin fondo o compactas (acarreadoras), donde se necesita una inspección y un control automático de la cuchilla.

El modus operandi consiste, por una parte, en un sistema emisor, es decir, debemos establecer sobre la zona de trabajo un plano de luz láser. Para ello, un generador de luz láser colocado sobre un trípode y alimentado por una batería, produce un rayo de luz láser que sale al exterior mediante un sistema de prismas reflectantes y al girar muy rápidamente genera un plano de luz láser. El giro se efectúa alrededor de un eje perpendicular al terreno, y en el plano se usa como referencia para la nivelación en lugar de dos planos topográficos y la cuadrícula de puntos empleados en las técnicas convencionales de nivelación que hemos explicado hasta ahora.

El plano de luz láser es recibido por un sensor de luz montado en un mástil unido al equipo nivelador, es decir al tractor. El sensor está formado por una serie de detectores situados verticalmente, de forma que cuando el implemento nivelador se mueve arriba o abajo, la luz es detectada por encima o por debajo del detector central. Esta información es transmitida al sistema de control, que a través de amplificadores y válvulas operadas eléctricamente convierte estas medidas en movimientos del sistema hidráulico de la máquina, que eleva o baja el implemento hasta que la luz se capta por el detector central.

Los sistemas hidráulicos y de control se han modificado para operar bajo la supervisión del control electrónico suministrado con el emisor láser y los sensores. El tractor necesita seleccionarse para que tenga la potencia adecuada y su sistema hidráulico sea lo bastante fuerte para trabajar con la frecuencia de ajustes y movimientos que el láser impone. El equipo de nivelación puede ser tan simple como una niveladora de refino que mueve la tierra empujada por la cuchilla, o bien un equipo más complejo que carga y transporta la tierra, como la traílla. La primera se emplea en trabajos de refino y nivelación ligera, así como en los de conservación, y la segunda en los trabajos de nivelación propios.

El sistema opera con control automático, enviando la señal láser a los hidráulicos del equipo nivelador, o bien manualmente, usando el operador las luces del panel del control, situado en el cuadro de mando del tractor como guía.

El maquinista que trabaja con un equipo láser tiene dos formas de operar. Una preparatoria y otra de trabajo. En la primera, el campo no precisa de los laboriosos trabajos de estaquillado, toma de datos, cálculos topográficos, etc. La cuchilla del implemento nivelador se fija y solamente se mueve el mástil del sensor. En la segunda forma, llamada de planeo, la posición del mástil se fija con relación a la cuchilla del implemento, que es elevada o bajada en respuesta a la topografía del terreno.

El plano del generador se localiza a una distancia apropiada, por encima del centro de gravedad del terreno a nivelar y a las pendientes de nivelación deseadas. Para ajustar la altura del mástil sensor, con relación a este plano, el desmonte y el terraplén se calcula simplemente moviendo el tractor por el terreno.
Entre los aparatos empleados para la nivelación láser, por sus características, podemos señalar el cubo láser MAGIC 1, con sistemas de imán, prisma de nivelación de 90º de desviación pentagonal, cabezal nivelador giratorio, apoyado en rodamientos de bolas o cilindros, ajuste rápido y nivel esférico de burbuja de aire en el plató giratorio.

Existen tres tipos de acción Láser, a saber:

• Rotación -con 900, 600 y 100 revoluciones por minuto- para elegir la velocidad de giro óptima según el trabajo a efectuar.
• Módulo de líneas -con ajuste de 15, 30 y 45 grados, para concebir líneas de luz visibles de diferentes longitudes- preferentemente en edificios.
• Módulo punto-línea -hacia la derecha y la izquierda- a elegir para efectuar el seguimiento rápido o lento de puntos de luz / líneas de luz- con elección del funcionamiento directamente en el láser o sobre el mando a distancia.

En definitiva, a continuación se enumera un conjunto de ventajas que, desde el punto de vista operativo, indican las múltiples razones para realizar la labor de nivelación de tierra usando maquinarias y equipos mediante control de precisión de profundidad de trabajo con tecnologías láser y computadora, es decir, mediante niveladoras láser. Esto es: 

  1. Menor tránsito de maquinarias pesadas y compactación del suelo: existen en el mercado palas niveladoras (palas, traíllas y alisadoras) para ser acopladas a la barra de tiro o al enganche de tres puntos de tractores agrícolas con ruedas neumáticas u oruga con el fin de realizar labores de movimiento de tierra, especialmente para nivelación. Están diseñadas y adaptadas con sistemas de control de profundidad de corte con tecnología láser y computador. Esto permite sustituir las maquinarias pesadas usadas comúnmente en construcciones civiles y que por mucho tiempo han sido usadas también para efectuar labores de nivelación y movimiento de tierras en campos agrícolas. Estas últimas, debido a sus características (tamaño, elevado peso, diseños de sus palas y baja maniobrabilidad en su operación en campo agrícola y diseño específico para su uso en obras de construcciones civiles) producen una creciente compactación de los suelos, a medida que aumentan el número de pases de las maquinarias y el contenido de humedad del terreno. Con el uso de las nuevas palas niveladoras láser, diseñadas específicamente para su uso en suelos agrícolas, y la precisión que brindan los sistemas de control automático del nivel de trabajo, se reduce el tránsito de maquinaria pesada y se facilitan sus maniobras, y con ello se reduce la intensidad de compactación de los suelos.
  2. Mayor precisión de cortes y rellenos: como se ha referido, la tecnología láser en la nivelación ha incrementado la precisión en las labores de cortes y rellenos, debido a programas avanzados de cálculos en computadoras que emiten instrucciones en tiempo real al sistema hidráulico y mecánico de las palas niveladoras, ajustando con precisión de milímetros la profundidad de la operación.

 

  1. Menor dependencia del levantamiento topográfico: aunque no es recomendable por la necesidad de conocer previamente la topografía del terreno, para los fines agrícolas de la nivelación, el sistema de nivelación mediante control de profundidad de trabajo, es prácticamente un nivel de precisión aceptable y de cálculo y decisión automática. Con ello, se puede incluso omitir o prescindir de un levantamiento topográfico planialtimétrico, efectuado por medios convencionales.  

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