TOPICOS DE INGENIERIA CIVIL UNIDAD I

TOPICOS DE INGENIERIA CIVILUNIDAD IARQ. ANGEL ALFONSO GONZALEZ AZUAINTRODUCCIONLa topografa es una disciplina cuya aplicacin esta presente en la mayora de las actividades humanas que requieren tener conocimiento de la superficie del terreno donde tendr lugar el desenvolvimiento de esta actividad. En la realizacin de obras civiles, tales como acueductos, canales, vas de comunicacin, embalses etc., en la elaboracin de urbanismos, en el catastro, en el campo militar, as como en la arqueologa, y en muchos otros campos, la topografa constituye un elemento indispensable.

Podemos suponer que la Topografa tuvo su inicio desde el momento en que la especie humana dej de ser nmada para convertirse en sedentaria. La necesidad de establecer lmites precisos e invariables en el tiempo entre las propiedades seguramente hizo surgir los primeros mtodos e instrumentos topogrficos elementales. Las primeras referencias por escrito sobre el uso de la topografa se remontan a la poca del imperio egipcio, hacia el 1.400 a.C., donde fue utilizada para determinar linderos entre propiedades en los valles frtiles del Nilo. Los instrumentos y mtodos que los egipcios utilizaban en la topografa fueron adoptados por los romanos, tras su ocupacin de Egipto, y completados con la trigonometra, desarrollada por los griegos. Los romanos usaron en forma extensa esta disciplina en sus obras civiles, tales como acueductos y caminos. Un ingeniero y topgrafo romano, Sextus Julius Frontinus, escribi entre otras obras el primer tratado de topografa, del cual se han conservado algunas copias de sus partes, ya que el original se perdi.

La modernizacin de la topografa se inicia a principios del siglo XVII, con el desarrollo del anteojo astronmico, ideado por el astrnomo alemn Johannes Kepler y con la cadena desarrollada por el matemtico ingls Edmund Gunter, la cual introdujo el primer estndar en la medicin de distancias. A partir de este siglo los aportes en mtodos topogrficos, clculos numricos e instrumentos fueron constantes, hasta alcanzar su madurez a principios del siglo XIX. En el siglo XX, la topografa se enriqueci con el aporte de la Fotogrametra, para realizar el levantamiento de zonas extensas, as como con instrumentos tales como el computador, el distancimetro electrnico y los niveles lser, as como con el Sistema de Posicionamiento Global.

TOPOGRAFIALa topografa es una ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para determinar las posiciones relativas de los puntos sobre la superficie de la tierra y debajo de la misma, mediante la combinacin de las medidas segn los tres elementos del espacio: distancia, elevacin y direccin. La topografa explica los procedimientos y operaciones del trabajo de campo, los mtodos de clculo o procesamiento de datos y la representacin del terreno en un plano o dibujo topogrfico a escala.

Del Griego TOPO igual a lugar y GRAFOS igual adibujo grafico

El conjunto de operaciones necesarias para determinar las posiciones de puntos en la superficie de la tierra, tanto en planta como en altura, los clculos correspondientes y la representacin en un plano es lo que comnmente se llama Levantamiento Topogrfico La topografa como ciencia que se encarga de las mediciones de la superficie de la tierra, se divide en tres ramas principales que son:

Divisin de la TopografaLos diversos componentes que integran la topografa se agrupan en tres grandes grupos bien diferenciados:

Teora de errores y calculo de compensacin: constituye la agrupacin de los mtodos matemticos que permiten la minimizacin de los inevitables errores cometidos en las mediciones, y que permiten tambin establecer los mtodos y los instrumentos idneos a utilizar en los diversos trabajos topogrficos, para obtener la mxima calidad en los mismos.

Instrumentacin: en esta divisin se estudian los diferentes tipos de equipos usados en topografa para llevar a cabo las mediciones, angulares o de distancias, para establecer sus principios de funcionamiento, llevar a cabo su mantenimiento y lograr su ptima utilizacin,

Mtodos topogrficos: es el conjunto de operaciones necesarias para obtener la proyeccin horizontal y las cotas de los puntos medidos en el terreno. Generalmente las proyecciones horizontales se calculan en forma independiente de las cotas de los puntos, diferencindose entonces en dos grandes grupos: Mtodos planimtricos. Mtodos altimtricos.

Planimetra, que comprende los procedimientos para la localizacin de puntos sobre un plano; la Altimetra, que trata sobre la determinacin de las diferencias de alturas de los puntos del terreno y Taquimetra que realiza la planimetra y altimetra simultaneas, es decir la localizacin de los puntos del terreno en tres dimensiones.

Clasificacin de la topografa:

EL TRANSITO:

Instrumento topogrfico de origen norteamericano para medir ngulos verticales y horizontales, los modelos viejos tienen cuatro tornillos para nivelacin, actualmente se siguen fabricando pero con solo tres tornillos nivelantes.

TEODOLITO ELECTRNICO:

Es la versin del teodolito ptico, con la incorporacin de electrnica para hacer las lecturas del circulo vertical y horizontal, desplegando los ngulos en una pantalla eliminando errores de apreciacin, es mas simple en su uso, y por requerir menos piezas es mas simple su fabricacin y en algunos casos su calibracin.

DISTANCIOMETRO: Dispositivo electrnico para medicin de distancias, funciona emitiendo un haz luminoso ya sea infrarrojo o lser, este rebota en un prisma o directamente sobre la superficie, y dependiendo de el tiempo que tarda el haz en recorrer la distancia es como determina esta.

ESTACIN TOTAL:Es la integracin de tres equipos: teodolito electrnico, distanciometro y computadora.Las hay con calculo de coordenadas.- Al contar con la lectura de ngulos y distancias, al integrar algunos circuitos mas, la estacin puede calcular coordenadas.

NAVEGADORES GPS (Sistema de Posicionamiento Global)Hay dos tipos:Estos son mas para fines recreativos y aplicaciones que no requieren gran precisin, consta de un dispositivo que cabe en la palma de la mano, tienen la antena integrada, su precisin puede ser de menor a 15 mts, pero si incorpora el sistema WAAS el error en posicionamiento puede ser menor a 3 mts.

NIVELESUn nivel es un instrumento que nos representa una referencia con respecto a un plano horizontal.Este aparato ayuda a determinar la diferencia de elevacin entre dos puntos con la ayuda de un estadal.

EL NIVEL FIJOes la versin sofisticada del nivel de mano, este en lugar de sostenerse con la mano se coloca sobre un tripie, la ptica tiene mas aumentos y la gota es mucho mas sensible.

NIVEL AUTOMTICOsu funcionamiento esta basado en un pndulo que por gravedad, en estado estable este siempre estar en forma vertical, y con la ayuda de un prisma, este nos dar la referencia horizontal que estamos buscando. Este nivel tiene una burbuja circular (ojo de buey) que puede no estar completamente centrada, pero el compensador automtico hace justamente eso, compensar, este adelanto result tan provechoso, que se incorpor en los teodolitos mas precisos y en las estaciones totales, aun cuando su funcionamiento puede variar, el principio sigue siendo el mismo.

Clases de LevantamientosLEVANTAMIENTOS TOPOGRFICOS son los que se extienden sobre una porcin relativa-mente pequea de la superficie terrestre, sin error apreciable de la curvatura de la tierra, se considera como si fuera plana. Las dimensiones mximas de las zonas representadas en los planos topogrficos no superan en la prctica los 30 km. de lado,

LEVANTAMIENTOS GEODSICOS son aquellos que abarcan grandes extensiones y obligan a tomar en cuenta la forma de la tierra, ya sea considerndola como una verdadera esfera, o ms exactamente, como un esteroide en revolucin. Estos levantamientos se salen de los lmites de la Topografa y entran en el dominio de la Geodesia.

Levantamientos Topogrficos

Los levantamientos Topogrficos en cuanto a su calidad se dividen como sigue:

PRECISOS, que se ejecutan por medio de triangulaciones o poligonales de precisin. Se emplean para fijar los lmites entre naciones o estados, en el trazo de ciudades, etc.

REGULARES, los cuales se realizan por medio de poligonales, levantadas con trnsito y cinta. Se usan para levantar linderos de propiedades, para el trazo de caminos, vas frreas, canales, ciudades pequeas, etc., y en obras de saneamiento en las ciudades.

TAQUIMTRICOS, en los cuales las distancias se miden por procedimientos indirectos. Generalmente se ejecutan con trnsito y estada, y se emplean en trabajos previos al trazo de vas de comunicacin, en trabajos de configuracin y de relleno, y tambin para la formacin de planos a pequea escala.

EXPEDITIVOS, efectuados con aparatos porttiles, poco precisos, como: brjula, sextante, podmetro, telmetro, estada de mano, etc., y cuando no se dispone de aparatos se ejecutan a ojo o por informes proporcionados por los habitantes de la regin. Estos levantamientos se emplean en reconocimientos del terreno o en las exploraciones militares.

La Poligonal

En Topografa se da el nombre de poligonal a una lnea quebrada de n lados. Tambin se puede definir la poligonal como una sucesin de lneas rectas que conectan una serie de puntos fijos.

De la Definicin de poligonal se deduce que estas pueden ser cerradas o abiertas.

POLIGONAL CERRADA. Es aquella cuyos extremos final e inicial Coinciden; es decir, es un polgono.

POLIGONAL ABIERTA. Es una lnea quebrada de n lados o aquella poligonal cuyos extremos no coinciden. Existen dos clases de poligonales abiertas: Las de enlace y los de caminamientos.

POLIGONAL DE ENLACE es una poligonal abierta cuyos extremos son conocidos de antemano y, por tanto, puede comprobarse.

CAMINAMIENTO se denomina a una poligonal abierta, en la cul slo se conoce el punto de partida y por esto no es susceptible de comprobacin.

Levantamientos con Cinta

Estos levantamientos se emplean cuando el terreno es sensiblemente horizontal, descubierto y accesible. El levantamiento de un terreno con la cinta se efecta dividiendo en tringulos y tomando suficientes medidas de los lados, alturas y ngulos de los tringulos que permitan calcular el resto de los lados y ngulos necesarios para dibujarlo y calcular las superficies.

Para fijar las posiciones de puntos del terreno, se traza una figura llamada polgono de base o poligonal, que siga aproximadamente el permetro del terreno que se desea levantar.

El polgono de base se transforma en una figura rgida dividindolo en tringulos bien conformados; es decir, lo ms cerca posible del equiltero.

El levantamiento con cinta comprende dos clases de trabajos: de campo y de gabinete.

Levantamientos con Brjula y Cinta

Se Emplean los siguientes mtodos:

Por itinerario. Radiaciones.Intersecciones, yCoordenadas rectangulares.

El mtodo de itinerario es el principal y se usa para el levantamiento del polgono de base, en tanto que los tres restantes se emplean como auxiliares del primero, para el levantamiento de detalles.

Mtodo Itinerario Este mtodo consiste en recorrer el permetro de la poligonal, tomando los datos necesarios para la construccin del plano correspondiente.

Descripcin de la Brjula

Es un instrumento que sirve para orientarse, por medio de una aguja imantada que seala el Norte magntico, que es ligeramente diferente para cada zona del planeta, y distinto del Norte geogrfico. Utiliza como medio de funcionamiento el magnetismo terrestre. La aguja imantada indica la direccin del campo magntico terrestre, apuntando hacia los polos norte y sur. nicamente es intil en las zonas polares norte y sur, debido a la convergencia de las lneas de fuerza del campo magntico terrestre.

Casi todos los trabajos antiguos de Topografa fueron hechos con la brjula, y por lo tanto es esencial su conocimiento de la brjula y de su aplicacin en los trabajos de Topografa, para la comprensin de los ejecutados antiguamente y que a menudo tienen que ser resueltos por el Topgrafo moderno.

Partes Principales de la Brjula Base de plstico Anillo giratorio graduado Aguja magntica Flecha orientadora y sus lneas auxiliares Punto de lectura Flecha de direccin de viaje y sus lneas auxiliares

LOS ERRORESSistemtico.- En condiciones de trabajo fijas en el campo son constantes y del mismo signo y por tanto son acumulativos, por ejemplo: en medidas de ngulos, en aparatos mal graduados o arrastre de graduaciones en el transito, cintas o estadales mal graduadas, error por temperatura.Accidentales.- Se dan indiferentemente en un sentido o en otro y por tanto puede ser que tengan signo positivo o negativo, por ejemplo: en medidas de ngulos, lecturas de graduaciones, visuales descentradas de la seal, en medidas de distancias, et.. Muchos de estos errores se elimina por que se compensan.

ALTIMETRA La altimetra (tambin llamada hipsometra) es la rama de la topografa que estudia el conjunto de mtodos y procedimientos para determinar y representar la altura o "cota" de cada punto respecto de un plano de referencia. Con la altimetra se consigue representar el relieve del terreno, (planos de curvas de nivel, perfiles, etc.).