tesis requena jose ramon_final_final
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y
ARQUITECTURA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
CONTROL PLANIMÉTRICO Y ALTIMÉTRICO EN LA
CONSTRUCCIÓN DEL CANAL REQUENA UNO KM
22+080.00 AL 23+333.05, TLAXCOAPAN, ESTADO DE
HIDALGO
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO TOPÓGRAFO Y
FOTOGRAMETRISTA
PRESENTA:
JOSÉ RAMÓN ALVARADO GARCÍA
DIRECTOR: ING. FRANCISCO JAVIER ESCAMILLA LÓPEZ
MÉXICO, D.F. SEPTIEMBRE 2012.
ii
iii
DEDICATORIAS
A Dios todo poderoso
Por haberme permitido llegar hasta este importante punto de mi vida profesional, por haberme
dado salud, por guiarme ante toda adversidad y protegerme de todo mal.
A mi madre María Guadalupe García Morales
Por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos y sus valores que me han hecho una
persona de bien, por comprenderme, por la motivación constante que me ha dado, pero ante
todo, por su cariño y amor.
A mi padre Ramón Alvarado Serafín
Por todo el apoyo que me ha dado, por los ejemplos de superación y perseverancia que me han
inducido a lo que el día de hoy soy y por decirme que sólo trabajando duro se logran las cosas.
A mis hermanos Gabriela, Isidro y Germán
Porque juntos hemos salido adelante y porque son muy importantes para mí.
A mi hijo Ernesto José Alvarado León
Por ser un motivo más para mi superación, por ser tan intrépido y carismático y porque lo quiero
mucho.
A mi esposa Claudia León Enciso (Mi Güera)
Por su gran amor, por la paciencia que me ha tenido y porque a pesar de todo, siempre está
conmigo en las buenas y en las malas.
A mis maestros
Gracias por su tiempo, por su apoyo y por las enseñanzas que me transmitieron durante mi
formación profesional, en especial: al Ing. Francisco Javier Escamilla López, por ser mi asesor para
el desarrollo de esta tesis y llegar a su presentación de la misma.
A mi escuela
La Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Ticomán del Instituto Politécnico Nacional
con la especialidad de Ingeniería Topográfica y Fotogramétrica que me dieron la oportunidad de
formar parte de ellas.
¡Gracias!
iv
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar a mis padres, quienes han sido un apoyo moral y económico para culminar mi
ingeniería.
A mi Profesor y Asesor de tesis el Ing. Francisco Javier Escamilla López.
A mis sinodales:
Ing. María Elda Ordaz Ayala
Ing. Fernando Barrera Trejo
Ing. Álvaro Héctor Carmona Flores
Ing. Julián Mares Valverde
A todos los profesores que tuve a lo largo de la carrera porque me dieron parte de sus
conocimientos sobre ella.
A mis amigos y compañeros de la carrera, con quienes he vivido momentos muy agradables de
reposo y de trabajo y con los cuales he tenido el orgullo de compartir las aulas y las clases que nos
han llevado a ser profesionistas.
Y al Ing. Lorenzo Morgado Crisóstomo quien me brindó la oportunidad de trabajar en este
proyecto a través de la empresa Proyectos Integrales de Ingeniería y Arquitectura (PROINAR).
v
CONTENIDO
Tabla de ilustraciones ........................................................................................................................ ix
Resumen ............................................................................................................................................ x
Abstract ............................................................................................................................................. xi
Introducción .......................................................................................................................................1
Objetivos de investigación .............................................................................................................1
Objetivo general ....................................................................................................................1
Objetivos específicos .............................................................................................................1
Preguntas de investigación.............................................................................................................1
Justificación ....................................................................................................................................2
Planteamiento de problema...........................................................................................................2
Capítulo 1. Planimetría o control horizontal ......................................................................................5
1.1. Procedimiento para hacer levantamientos ..........................................................................5
1.2. Mediciones directas de distancias .......................................................................................5
1.2.1. Levantamiento a pasos .................................................................................................5
1.2.2. Levantamiento basado en la lectura del odómetro o cuenta kilómetros de un
automóvil .....................................................................................................................6
1.2.3. Levantamiento con longímetro ....................................................................................6
1.2.4. Levantamiento con odómetro o ruedas .......................................................................8
1.3. Mediciones indirectas de distancias ....................................................................................8
1.3.1. Levantamiento con Telémetro .....................................................................................8
1.3.2. Levantamiento con Estadia ..........................................................................................8
1.3.3. Levantamiento con Taquímetro ...................................................................................9
1.3.4. Levantamiento con Distanciómetro .............................................................................9
vi
Capítulo 2 Altimetría o control vertical ............................................................................................10
2.1. Puntos de referencia y de control ......................................................................................11
2.2. Error de esfericidad y error de refracción. .........................................................................11
2.3. Estación total .....................................................................................................................14
2.3.1. Funcionamiento .........................................................................................................14
2.3.2. Beneficios de la estación total ....................................................................................16
2.4. Sistema de Posicionamiento Global ...................................................................................16
2.4.1. Funcionamiento de un receptor GPS ..........................................................................17
2.4.2. Funciones relevantes de un GPS ................................................................................18
2.4.3. Tipos de GPS en cuanto a su uso ................................................................................19
2.4.3.1. Navegadores GPS .......................................................................................19
2.4.3.2. GPS Cartográficos o Geográficos................................................................19
2.4.3.3. GPS Topográficos y Geodésicos .................................................................19
Capítulo 3. Control Topográfico del canal requena ..........................................................................20
3.1. Control vertical del canal requena .....................................................................................20
3.2. Consideraciones previas al levantamiento topográfico .....................................................20
3.3. Calculo de acimut de la línea base a partir de dos coordenadas Geográficas obtenidas por
Navegador Satelital ............................................................................................................20
3.4. Levantamiento topográfico con estación total ..................................................................22
3.4.1. Transferencia de datos a la computadora ..................................................................24
3.5. Diseño de hombros izquierdo y derecho tanto superior e inferior del canal .....................26
3.6. Replanteo ...........................................................................................................................27
Capítulo 4. Productos del control topográfico .................................................................................30
4.1. Plano topográfico ...............................................................................................................30
vii
4.2. Perfil topográfico ...............................................................................................................30
4.3. Sección transversal ............................................................................................................31
4.4. Memoria de replanteo .......................................................................................................31
Capítulo 5. Evaluación del control topográfico.................................................................................32
5.1. Especificaciones técnicas para proyectos de canales .........................................................32
5.1.1. Disposiciones generales .............................................................................................32
5.1.1.1.Reconocimiento ..........................................................................................32
5.1.1.2.Anteproyecto ..............................................................................................33
5.1.1.3.Proyecto .....................................................................................................36
5.1.1.4.Tolerancias topográficas .............................................................................36
5.1.1.5.Planos .........................................................................................................36
5.2. Manual para la Elaboración y Revisión de Proyectos Ejecutivos de Sistemas de Riego
Parcelario en México..........................................................................................................37
5.2.1. Planos constructivos ...................................................................................................37
5.3. Especificaciones técnicas generales para proyectos de riego y microriego .......................38
5.3.1. Trazado y replanteo de obras .....................................................................................38
1. Alcance del trabajo .............................................................................................38
2. Materiales, herramientas y equipo .....................................................................38
3. Método constructivo ..........................................................................................38
5.4. Evaluación de las especificaciones técnicas para proyectos de canales con las realizadas
en el Canal Requena...........................................................................................................39
5.4.1. En cuanto al Reconocimiento: ....................................................................................39
5.4.2. En cuanto al Anteproyecto: ........................................................................................40
5.4.3. En cuanto al Proyecto:................................................................................................41
viii
5.4.4. En cuanto a tolerancias topográficas: ........................................................................41
5.4.5. En cuanto a los planos: ...............................................................................................42
5.4.6. En cuanto a los planos constructivos:.........................................................................42
5.4.7. En cuanto al trazo y replanteo de obras .....................................................................43
5.4.7.1.Alcance de trabajo ......................................................................................43
5.4.7.2.Materiales, herramientas y equipo .............................................................43
5.4.7.3.Metodo constructivo ..................................................................................43
Conclusiones ....................................................................................................................................44
Recomendaciones ............................................................................................................................45
Trabajos citados ...............................................................................................................................46
Anexos ..............................................................................................................................................48
Plano topográfico del Canal Requena
Perfil topográfico del Canal Requena
Secciones transversales del Canal Requena con áreas de despalme, corte y terraplén
Memoria de cálculo de áreas y volúmenes
Características hidráulico-geométricas del Canal Requena
Glosario ............................................................................................................................................49
Índice................................................................................................................................................53
ix
TABLA DE ILUSTRACIONES
Figura 1 Representación planimétrica del área de estudio, las líneas en color rojo son conocidas como
“Curvas de Nivel” ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
Figura 2. Mira interna de un tránsito ----------------------------------------------------------------------------------------------- 8
Figura 3 Imagen que muestra el desnivel entre dos puntos ----------------------------------------------------------------- 10
Figura 4 Triangulo rectángulo con sus dos catetos e hipotenusa ---------------------------------------------------------- 12
Figura 5 Nivel fijo haciendo visual a un estadal y los errores cometidos como el de esfericidad terrestre con
líneas segmentadas y el de refracción atmosférica con la línea en naranja (Nm) ------------------------------------- 12
Figura 6 Estación Total Topcon GOWIN TKS202 -------------------------------------------------------------------------------- 14
Figura 7 Bastón de aplomar con prisma sostenido por un bipode --------------------------------------------------------- 15
Figura 8 Cálculo de la posición a partir de las señales de tres satélites GPS -------------------------------------------- 18
Figura 9 GPS Topográfico Leica------------------------------------------------------------------------------------------------------ 19
Figura 10 Navegador satelital GPS Mobile Mapper --------------------------------------------------------------------------- 21
Figura 11 Poligonal abierta haciendo zigzag siguiendo el trayecto de un canal --------------------------------------- 23
Figura 12 Imagen capturada de AutoCAD con el diseño geométrico y en base a especificaciones técnicas de
la trayectoria del canal Requena ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 26
Figura 13 Archivo de Excel con las coordenadas de replanteo (XYZ) referentes al tramo en obra del Canal
Requena ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 26
Figura 14 Imagen donde se visualizan los puntos tanto en curva como en tangente que forman la trayectoria
del canal y con los cuales obtenemos coordenadas para el replanteo, junto con su respectiva nomenclatura27
Figura 15 Imágenes que representan la pantalla de la estación total dentro del menú Replanteo e indicando
el Angulo Horizontal, diferencia de Angulo Horizontal, Distancia Horizontal, diferencia Distancia Horizontal y
diferencia en cota con respecto a las coordenadas del punto ingresado para su replanteo en campo ---------- 28
Figura 16 Imagen que representa al replanteo de puntos que le dan cuerpo al canal, éstos se materializan
con varillas o estacas y su respectivo nivel es representado a través de una marca con marcador de aceite
sobre ellas --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 29
Figura 17 Imagen de un perfil longitudinal de terreno natural y eje de proyecto ------------------------------------- 30
Figura 18 Imagen de sección transversal de un canal trapezoidal con sus respectivos elementos --------------- 31
x
RESUMEN
Este trabajo de tesis tiene la finalidad de evaluar el control topográfico del Canal Requena en la
localidad de Doxey, municipio de Tlaxcoapan, Estado de Hidalgo, para asimilar la forma en la que
puede ser llevado a cabo el control horizontal y vertical en el revestimiento del canal por un
Ingeniero Topógrafo en campo, así como los productos que se deben entregar a la dependencia
para la cual laboramos tales como el plano con la topografía de suelo, el perfil longitudinal, las
secciones transversales, la memoria de cálculo de áreas y volúmenes y, en algunos casos, las
coordenadas de replanteo de la obra.
Todo este trabajo se realizó haciendo uso de las tecnologías disponibles en la actualidad, tales
como GPS, Estación Total y programas para el dibujo asistido por computadora como AutoCAD.
Por medio del correcto uso y aplicación de las mismas el proceso del levantamiento es realizado
de forma más rápida y con mayor precisión.
Esta evaluación brinda un margen de comparación en cuanto a cómo se debe llevar a cabo en
campo y oficina el control topográfico y lograr el objetivo de proyecto que es Revestir con
concreto al Canal Requena y cumplir con sus especificaciones técnicas como pendiente, obras de
arte y dimensiones.
xi
ABSTRACT
This work of thesis has the purpose of evaluating the topographic control of the Channel Requena
in Doxey´s locality, Municipality of Tlaxcoapan to assimilate the way in which can be carried out
the horizontal and vertical control in the coating of the channel by an Surveyor engineer in field, as
well as the products that have to deliver to the dependence for which we labor, such as the plane
with the ground topography, the longitudinal profile, the cross sections, the memory of
calculating areas and volumes, and in some cases, the coordinates of stakeout of the work.
All this work was performed using the currently available technologies such as GPS, Total Station
and programs for computer aided design as AutoCAD. Through the proper use and application of
the same process the uprising is done quickly and with greater precision.
This assessment gives a margin of comparison as to how it must to carry out on field and office the
topographic control and achieve the project objective which is coated with concrete to Channel
Requena and comply with its technical specifications as slope, works of art and dimensions.
1
INTRODUCCIÓN
La Ingeniería Topográfica tiene diversas aplicaciones en el mundo entero, una de ellas es el control
geométrico de las obras de infraestructura; en este trabajo, abordaré lo referente al control
horizontal y vertical de un tramo del Canal Requena ubicado en el municipio de Tlaxcoapan,
Estado de Hidalgo. Explicaré la forma en que fue llevada a cabo la obra de manera ordenada y
correcta en lo que respecta a los levantamientos topográficos; esto significa que se describirá de
forma detallada el procedimiento para ubicar los elementos de la obra en sus tres dimensiones (X,
Y, Z) así como el proceso de materialización de puntos que le dan cuerpo o estructura al canal por
medio de equipos modernos como es el caso de una estación total.
De manera especial, la acción de materializar correctamente los puntos de control tanto en las
curvas como en las tangentes que conforman el canal es de suma importancia, ya que si no se
hace con precisión o es realizada de forma ineficiente, el costo por la construcción de la obra se
eleva considerablemente como resultado de errores que deben ser corregidos y en consecuencia
se corre el riesgo de que la ejecución de la obra no cumpla con su objetivo o lo haga
deficientemente, además se ocasiona rezagos en el tiempo estimado de terminación y conflictos
en campo con el personal a cargo de la maquinaria usada y de la construcción en sí.
Objetivos de investigación
Objetivo general
Evaluar el control topográfico necesario para la construcción del Canal Requena, localizado
en la localidad de Doxey, Municipio de Tlaxcoapan, Estado de Hidalgo.
Objetivos específicos
Describir las operaciones de control topográfico para la construcción de un canal de riego
Explicar los controles horizontal y vertical necesarios para la construcción de un canal
Exponer los productos del control topográfico
Evaluar el control topográfico
Preguntas de investigación
¿Cuáles son las operaciones de control topográfico necesarias para la construcción de un canal de
riego?
¿Cómo se lleva a cabo el control horizontal para la construcción de un canal?
¿Cómo se lleva a cabo el control vertical para la construcción de un canal?
¿Cuáles son los productos del control topográfico?
2
¿Cuáles son las características o especificaciones que debe cumplir el control topográfico
necesario para la construcción de un canal?
Justificación
Con fundamento en la revisión de trabajos similares realizados con anterioridad a esta tesis, se
puede decir que no hay alguno que se refiera precisamente al control topográfico de canales, al
menos en la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Ticomán del Instituto
Politécnico Nacional. En la mayoría de las tesis relacionadas a canales, sólo se muestra como
localizar y trazar sistemas de riego; sin embargo, los estudios están enfocados a aplicación de
procedimientos antiguos, así las cosas y sin menospreciar el trabajo que el ingeniero tenía que
hacer mediante el empleo de aparatos tales como tránsitos, teodolitos, brújulas, cinta y niveles
fijos, debe reconocerse el impacto de las nuevas formas de llevar a cabo el control topográfico
haciendo uso de tecnologías y equipos modernos como la estación total o el GPS.
De lo hasta aquí explicado, se desprende la importancia de desarrollar un trabajo como éste y en
consecuencia su justificación, pues se persigue brindar una idea completa de cómo se realiza el
trabajo topográfico en obra, en particular en lo que respecta a la construcción propia del canal. El
aprender a usar las nuevas tecnologías en el ámbito de topografía, es una forma de estar a la
vanguardia y de poder laborar en todo lugar que cuente con ella, puesto que su uso facilita el
trabajo, reduce su tiempo de ejecución y lo hace más económico.
Con el documento resultante, se pretende además apoyar a estudiantes de Ingeniería Topográfica
y Fotogramétrica y a cualquier interesado en conocer del tema ofreciéndoles una fuente de
consulta clara y sencilla al respecto a partir de una ejemplificación detallada de cómo se hace el
trabajo topográfico, tanto en campo como en gabinete, haciendo el uso de programas para el
dibujo de planos, cálculos de áreas y volúmenes, importación y exportación de datos a la estación
total, además de cómo realizar el trabajo del control en la obra, dando instrucciones a
maquinistas y a nuestros ayudantes portadores de bastones con prisma o estadales según sea el
caso.
Planteamiento de problema
La ubicación geográfica del Estado de Hidalgo es poco propicia para la agricultura extensiva en la
actualidad, debido a que los valles son pequeños y ondulados y los ríos que lo surcan son de
carácter torrencial; teniendo como consecuencia que las cosechas sean aleatorias y dependientes
de las pocas precipitaciones, lo que produce pobreza entre los campesinos.
Cabe destacar que el 25% de la superficie agrícola en el territorio hidalguense cuenta con sistemas
de riego y el 75% es de temporal, por lo que la producción alimentaria que se obtiene depende en
gran parte de las condiciones climáticas que prevalecen en el ciclo agrícola.
3
Los usuarios del riego son 94,300, de los cuales el 58% cuenta con terrenos en los Distritos de
Riego (DR) y el 42% en las Unidades de Riego para el Desarrollo Rural (URDERALES). El tamaño
medio de la propiedad de riego es de 1.5 hectáreas y se estima que el 48% de los productores son
ejidatarios, el 43% son pequeños propietarios y el resto son de tenencia mixta.
La superficie agrícola sembrada en el 2004 fue de 588,741 hectáreas de las cuales el 77.5% fue
establecida en áreas de temporal y el 22.5% en zonas de riego, con un 3% de superficie
siniestrada. El volumen de producción obtenida fue de más de 6.7 millones de toneladas, con un
valor de la producción de 3,716 millones de pesos; de ahí, la zona de riego aportó cerca del 53%,
con tan solo el 25% de la superficie agrícola.
La superficie dotada de agua por sistemas de riego es de 152 mil hectáreas, de las que
corresponden 90 mil hectáreas a los Distritos de Riego y el resto lo conforman las 646 Unidades de
riego, localizadas principalmente en los Valles de Tulancingo y Tecozautla. El 66% de la superficie
de riego se localiza en el Distrito de Desarrollo Rural de Mixquiahuala; el 13.83% en el Distrito de
Desarrollo Rural de Huichapan; el 9.6% en el Distrito de Desarrollo Rural de Tulancingo y el 10.57%
restante se distribuye en los Distritos de Desarrollo Rural de Huejutla, Zacualtipan y Pachuca.
Producción Agrícola del Estado de Hidalgo (INEGI, 2012)
Ante este panorama, las obras de riego resultan indispensables para propiciar el bienestar de la
población rural y de la economía del país. El riego de las tierras hace posible el transformar estas
regiones áridas en productoras de abundantes cosechas, lo que produce trabajo y sustento
económico a los que las trabajan.
Así las cosas, el Gobierno Federal, a través de la Comisión Nacional del Agua, asegura las cosechas
contra riesgos de sequias e inundaciones y evita el desperdicio de recursos hídricos mediante la
construcción de obras de riego, de entre las cuales se puede mencionar las encaminadas a la
construcción del revestimiento con concreto para los canales. Un ejemplo específico de este tipo
de proyectos es el Canal Requena, objeto de estudio de este proyecto.
Principales productos agrícolas, 2009
Producción (Toneladas)
% en el total nacional
Lugar nacional
Coliflor 25,243 30.7 1° de 16
Ejote 20,732 27.2 1° de 18
Alfalfa verde 5,090,576 17.3 1° de 25
Maguey pulquero 211,983 miles de litros 82.6 1° de 8
Cebada grano 98,267 18.9 2° de 15
4
La necesidad de obras de riego en el estado es evidente y a su vez la necesidad de un buen control
horizontal y vertical en su ejecución, dado que, tanto la superficie donde se encuentra el canal,
como la dirección que éste tendrá sobre ella, deben ser determinadas de una forma geométrica y
precisa para representarlas sobre un plano, todo ello a través del uso de herramientas
computacionales, para que posteriormente sea posible que el ingeniero las trace en campo
haciendo uso de instrumentos topográficos como la estación total.
En cuanto al control vertical del canal, cabe destacar que éste debe ser aplicado para mantener la
pendiente especificada por el proyecto y evitar azolves o erosiones, debido a la falta o exceso de
velocidad en flujo de agua.
5
CAPÍTULO 1. PLANIMETRÍA O CONTROL HORIZONTAL
La planimetría consiste en representar la superficie terrestre a partir de la proyección del terreno sobre un plano horizontal imaginario sin importar sus elevaciones; de esta manera, a través del levantamiento topográfico se puede fijar la posición de puntos localizados en la superficie de la Tierra sobre planos que serán usados para visualizar de manera grafica y sencilla una representación abstracta de la realidad.
Dicho de otra manera, con la planimetría se representa el terreno real de tres dimensiones referidas a tres planos (X Y Z) en un plano con sólo dos dimensiones (X Y), haciendo esto como si el espacio geográfico fuera visto desde arriba o lo que se denomina “vista en planta”.
Las medidas de distancias entre puntos pueden hacerse de la siguiente manera:
Directas Indirectas
Procedimiento para hacer levantamientos
Los procedimientos para la medición de distancias, varían mucho según sea la precisión que se necesite, ya que los procedimientos más burdos, arrojan errores de más o menos uno por ciento, mientras que los más refinados, arrojan errores de uno en un millón.
Mediciones directas de distancias
Levantamiento a pasos
Su empleo es de utilidad en reconocimientos para estudios de proyectos de obras de ingeniería y en general en todos los casos en los que interese tener rápidamente una idea aproximada de una distancia, consiste en conocer la distancia promedio de los pasos normales de una persona y el
Figura 1 Representación planimétrica del área de estudio, las líneas en color rojo son conocidas como “Curvas de Nivel”
6
número de ellos al recorrer una distancia dada. Para conocer la longitud de nuestros pasos, localizamos una línea recta, de longitud conocida y la recorreremos n veces. En cada una de ellas tanto en un sentido como en otro, contamos el número de pasos que toma recorrerla, cantidades que sumaremos y dividiremos entre n, obteniendo de esa forma el número promedio de pasos que nos toma recorrerla, ahora al dividir la longitud conocida entre el número de pasos promedio se obtiene la longitud promedio de cada paso que se da.
Para el conteo de pasos también existe un dispositivo llamado podómetro, que es un dispositivo electrónico o electromecánico, generalmente portátil y detecta el movimiento de cadera de la persona. Debido a que la longitud del paso de cada persona varía, es necesaria una calibración informal, realizada por el usuario, si se desea la presentación de la distancia recorrida en una unidad de longitud (por ejemplo, en kilómetros o millas).
Levantamiento basado en la lectura del odómetro o cuenta kilómetros de un automóvil
Es un procedimiento muy práctico para medir distancias a lo largo de los caminos, con relativa aproximación. Los cuenta kilómetros controlan el número de revoluciones de las ruedas motrices
por medio de un cuenta vueltas, pero en general, en lugar de acusar el número de vueltas de ruedas, indican la distancia recorrida. Por consiguiente, como el sistema depende del tipo y forma del neumático, su presión y su temperatura, antes de ser usado, deberá ser calibrada su exactitud y precisión ante una distancia conocida.
Levantamiento con longímetro
Son englobadas en este procedimiento, las medidas con: cadenas de agrimensor, cintas o huinchas de acero y tela, alambres o hilos de metal (invar). Cadenas de agrimensor: Constan de varios eslabones de hierro, unidos unos a otros, formando una cadena provista con manerales o empuñaduras en sus extremos, cada eslabón está formado por un alambre grueso terminado en un anillo por sus dos extremos, cada dos eslabones son unidos por otro anillo intermedio. La longitud normal de cada eslabón es de 20 cm, llegándose a fabricar cadenas con longitudes corrientes de 20, 30 y 50 metros, hecho que las hace sumamente pesadas y razón por la cual prácticamente ya no son empleadas.
7
Cinta de acero: Es una lámina de acero, cuyo espesor varía entre 0.3 mm y 1 mm, con un ancho de entre 8 mm y 20 mm. Las graduaciones vienen estampadas en el metal, con una división de un centímetro en toda su extensión, con excepción del primer metro que viene graduado al milímetro. Dicha huincha, resiste una tensión de 4.5 kg y se comporta idealmente a 20°C de temperatura máxima.
Cinta de tela: Difiere de la anterior, tanto en su resistencia a la tensión, que es menor, como en su material, que es a base de tela reforzada con hilo metálico; por otra parte, sus graduaciones están grabadas en colores de la misma manera que la cinta metálica.
Alambre o Hilo metálico: Estos hilos de metal invar, se utilizan para medir a mayor precisión; se le llama invar a una aleación especial de fierro, níquel y cobalto, que posee una propiedad que le permite presentar una variación de longitud muy pequeña debida a los cambios de temperatura. Se utiliza solo para medir distancias cuya longitud sea aproximadamente la del alambre, en efecto cada extremo tiene graduada una pequeña escala.
En general, los tipos de huinchas o cintas de tela, son de menor precisión y son usadas para mediciones urbanas o de predios construidos, mientras que las cintas de tipo acero y alambre metálico, que son de más alta resistencia son empleadas en los trabajos de campo, donde se les da un uso más rudo; además, incrementan la precisión de las mediciones como resultado de su menor deformación ante los cambios de temperatura.
Al hacer las mediciones con cinta, es necesario evitar las equivocaciones; para ello, se mide varias veces las distancias en ambos sentidos y se apoya la cinta en distintos puntos intermedios.
Los errores sistemáticos, por defectos de la cinta, disminuyen si se tiene en cuenta todos los cuidados, verificaciones y correcciones, pero los errores accidentales, suelen presentarse como a continuación se indica:
El no colocar verticalmente una ficha al marcar los pequeños tramos por medir o al moverla lateralmente con la cinta.
Que el “cero” de la cinta no coincida exactamente con el punto donde se inicia una medición.
Errores debido a la variación de tensión, pues si la medición se hace con dinamómetro, pueden llegar a presentarse pequeñas variaciones a pesar de buscar una misma tensión.
Errores debido a que las lecturas extremas de la cinta, ya sea en toda su longitud o un tramo de ella, pudiese no estar sobre el punto a medir o bien que las fracciones que son interpretadas no coincidan con el lugar exacto del punto.
8
Levantamiento con odómetro o ruedas
Estos aparatos son utilizados para mediciones simples en banquetas, paredes, pisos, etc. Aunque también se les llega a utilizar en levantamientos topográficos expeditos; no permiten lograr una gran precisión, pero se obtiene la medida de forma aproximada y rápida. Constan de una rueda, cuyo diámetro está perfectamente definido y poseen un contador de vueltas que indican en forma digital o mecánica las medidas realizadas. En algunos trabajos relacionados con la construcción, se les emplea con frecuencia para la cuantificación de instalaciones, trazos de líneas, etc. Para grandes distancias, por ejemplo para fijar o comprobar la situación de hitos kilométricos en carreteras o vías férreas, es recomendable el empleo de la rueda con un contador que emita un sonar cada 100 o 500 metros.
Mediciones indirectas de distancias
Levantamiento con Telémetro
Las mediciones con este tipo de instrumentos resultan muy útiles por su rapidez en terrenos muy accidentados y con lugares de difícil acceso, pues no requieren de equipos auxiliares como balizas o estadales, salvo que el telémetro posea un limbo horizontal para medidas angulares y pueda ser colocado sobre un trípode. En este caso, sí será necesario precisar las visuales hacia puntos de poligonal o radiados.
El fundamento de este tipo de aparatos es el mismo que se presenta a nuestros ojos para distinguir la tercera dimensión o profundidad, es decir la visión estereoscópica; cuando con ambos ojos visualizamos a un punto en que la imagen de uno y otro ojo se sobreponen fundiéndose en una sola. En el momento en que las dos imágenes coinciden exactamente, el anillo de la escala indicará la distancia correcta, ya sea diagonal u horizontal. La exactitud de este aparato es limitada debido a lo corto de su base, pero tiene ventajas de ser una sola unidad. El instrumento tiene pocas aplicaciones, excepto cuando se trata de obtener medidas muy aproximadas al reconocer preliminarmente un terreno, ya sea para localizar torres de alta transmisión de energía eléctrica, en zonas boscosas o para medir distancias sobre el agua.
Levantamiento con Estadia
La ESTADIA (del gr. stadia, unidad de longitud que se usó para medir distancias en competencias de atletismo) es un procedimiento para medir distancias de manera indirecta, consiste en usar un anteojo telescópico con dos hilos reticulares horizontales paralelos al central y de una regla graduada dividida en metros, decímetros y centímetros que es llamada mira o estadal.
Figura 2. Mira interna de un tránsito
9
La retícula de un tránsito Fig. 2, para la medición de distancias con estadía, además del hilo horizontal medio (HM), tiene otros dos hilos horizontales, superior e inferior (HS y HI), que son equidistantes del hilo medio y a los que se denomina hilos estadimétricos. (Márquez, 2005)
Levantamiento con Taquímetro
El taquímetro no es otra cosa que un teodolito provisto de un retículo de estadia; en él, la distancia dada por los hilos varía según sea la inclinación del telescopio. Esto hace más sencilla la medición de distancias con este método, puesto que como el factor de multiplicación se mantiene constate, pudiendo ser 20, 50 ó 100; aunado a que en algunos teodolitos, aparece simultáneamente en el campo visual un factor que permite el cálculo mental y rápido de la diferencia de altura entre la estación y el punto donde está ubicado el estadal. En general la medición con cualquier tipo de taquímetro no presenta mayores dificultades aun si además nos encontramos ante un instrumento que da las diferencias de cotas en su visual de lente óptico.
Levantamiento con Distanciómetro
Este tipo de levantamiento, se realiza con equipos EDM “Electronic Distance Measurement” que significa Medición Electrónica de Distancias por sus siglas en inglés, de los que es posible hallar diferentes marcas y modelos en el mercado, todos los cuales proporcionan medidas precisas que funcionan a base de ondas electromagnéticas de radiofrecuencia o bien de rayos luminosos. Si utilizan las ondas de radio están construidos por una unidad emisora y otra receptora-transmisora, en cambio los aparatos que usan rayos luminosos, comprenden una unidad emisora en un extremo y un simple reflector en el otro extremo, que por lo general es un prisma pentagonal. Con cualquier EDM, las ondas son transmitidas a una mira colocada en el punto cuya distancia se desea conocer y éstas regresan por reflexión a su punto de partida; se mide el tiempo (t) en que las ondas hacen su recorrido ida y vuelta, dado que se conoce su velocidad (v), se determina la distancia (d) con la simple ecuación d= v*t.
En general, el equipo electrónico para medir distancias es más sencillo, rápido y confiable que el cadeneo directo. En la actualidad, ninguno de estos aparatos es demasiado grande ni estorboso para su traslado. Aunque dichos aparatos son costosos, su uso significa un ahorro considerable, sencillamente por la rapidez con que obtiene las medidas y por la confianza que éstas merecen. El tráfico, matorrales altos, terreno quebrado, pantanos, cuerpos de aguas y las áreas de cultivo, no interfieren para nada con el trabajo del EDM, puesto que la visual se puede elevar por encima de los obstáculos y no hay necesidad de caminar por la línea, excepto para situarse en los extremos.
Algunas de las aplicaciones de EDM, pueden ser, demarcación de límites de propiedad, levantamiento de control, medidas para localizar puntos en topografía aérea, medidas de intersección de puentes o túneles para obtener distancias precisas, etc. Aun las medidas instantáneas sobre objetos en movimiento, como lanchas o botes en trabajos de sondeos hidrográficos, han dejado de ser difíciles con su uso (CHILE, 2012).
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CAPÍTULO 2 ALTIMETRÍA O CONTROL VERTICAL
La altimetría es la parte de la topografía que engloba todas las operaciones encaminadas a determinar las posiciones de los puntos en la dirección vertical, respecto a un plano de comparación, es decir, a la coordenada Z que no se utiliza en planimetría. En cuanto a la medición y determinación de las posiciones de los puntos con respecto a la vertical, en altimetría son manejados tres conceptos:
Altura: es la distancia normal entre un punto y una superficie de referencia. Elevación: es la altura cuando la superficie de referencia es el nivel medio del mar (NMM),
que en altimetría es la superficie de referencia absoluta. Cota: Es la expresión numérica de una altura o elevación. Desnivel: es la diferencia en distancia entre las cotas de dos o más puntos.
Es el objeto de la altimetría, la obtención de los desniveles o diferencias de cotas entre los puntos de una determinada superficie de terreno; así, para determinar la cota desconocida de un punto, es necesario siempre determinar previamente su desnivel con respecto a otro punto de cota conocida: sea (A) un punto de cota conocida (ZA) y un punto (B) cuya cota (ZB) se pretende conocer, Figura 3, una vez determinado el desnivel (∆ZAB) entre ambos, podremos conocer la cota
de (B) según: Z B = Z A + ∆ Z AB
Figura 3 Imagen que muestra el desnivel entre dos puntos
El conjunto de operaciones requeridas para determinar topográficamente el desnivel (∆ZAB) se denomina nivelación, atendiendo al tipo de instrumento o método para determinar los desniveles existen los siguientes tipos de nivelación:
Nivelación geométrica: es también denominada nivelación por alturas y se basa en la obtención de datos mediante lecturas con aparatos de visual obligada en horizontal a miras situadas verticalmente; es decir, los distintos tipos de niveles topográficos. La nivelación geométrica es de gran precisión y comúnmente se maneja los datos en milímetros.
Nivelación trigonométrica: o nivelación por pendientes, también se realiza con teodolito, taquímetro y estación total pero sin mira; en ella, son medidos dos ángulos y una distancia pequeña y por medio de ecuaciones trigonométricas, como Ley de Senos o Cosenos, se
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calcula la distancia y su desnivel; se usa habitualmente para medir desniveles entre puntos localizados a gran distancia entre sí.
Nivelación taquimétrica: se efectúa con aparatos de visual libre y mira: teodolitos o taquímetros, es de menos precisión y en general se combina con los métodos de planimetría.
Nivelación sin visual: realizada con otros instrumentos sin visual, como niveles de agua u otros, y son métodos que no entran estrictamente dentro del campo de la topografía.
Nivelación barométrica: se realiza calculando la diferencia de presión atmosférica entre los puntos cuyo desnivel se pretende calcular; éste el menos preciso de todos los sistemas. (Barón, s.f.)
Las nivelaciones, en general pueden ser enfocadas instalando el aparato equidistante entre los puntos cuyo desnivel se quiere calcular o en estación en uno de los dos; también en puntos exteriores a la alineación que formen; en cualquiera de los dos casos se puede efectuar la nivelación mediante una sola estación o utilizando varias estaciones.
Puntos de referencia y de control
Son usados como auxiliares para obtener las cotas del terreno, de ellos depende la nivelación que
se lleve a cabo. Para su materialización en el terreno se escoge un lugar fijo, notable, conveniente
e invariable y según sea el caso puede ser una mojonera con varilla sobresaliente al centro y
concreto o un trompo con un clavo al centro. A estos puntos se les denomina Banco de Nivel y su
cota se determina con respecto a otros puntos conocidos o se les asigna una arbitraria si así lo
requiere.
Error de esfericidad y error de refracción.
Considerar plana a la superficie terrestre sobre la que desarrollamos las tareas topográficas es algo que en algunos casos no se puede hacer (Oca, 1996). En altimetría, la precisión necesaria nos obliga a considerar algunos errores de curvatura, como son el error de esfericidad y el error de refracción, que estudiaremos a continuación y que influyen en las apreciaciones de los datos y en las tareas altimétricas, de forma que hay que corregirlos, cuando las nivelaciones se extienden en distancias de una determinada magnitud.
El error de esfericidad es el que se produce por la razón obvia de que las visuales que se establecen en nivelación son líneas rectas, siendo curva la superficie de la Tierra y cuya curvatura, para los efectos de estos cálculos, volveremos a considerar esférica.
Efectivamente, si tal como muestra la Figura 5, estacionamos un instrumento en (E) y midiendo en (N), se establece una visual hacia una mira situada en (M), la lectura que nos muestra el aparato es (A), sin embargo, la verdadera lectura que deberíamos obtener es, obviamente (B); la diferencia entre la altura de mira en (A) y la altura de mira en (B), se denomina error de esfericidad (eE); Se procede aquí a determinar su valor para corregirlo cuando corresponda, aclarando que será siempre positivo. Y el error cometido por refracción atmosférica (r) es el segmento (Am).
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Por lo tanto tenemos dos errores que pueden ser cometidos a la hora de hacer la medición y pueden ser calculados como un solo error total (ET) de la manera siguiente:
Considerando que el radio (R) de la Tierra es (ON), la distancia entre los puntos estudiados (NA) es (d) y haciendo uso del teorema pitagórico podemos calcular el valor de esfericidad como se muestra a continuación.
Teniendo el triangulo NOA Fig. 5 y ejemplificando los lados (a b c) en la Fig. 4, tenemos:
Despejando a la distancia (d) entre los puntos (NA) y sustituyendo literales en la ecuación anterior:
Desarrollando el binomio cuadrado y factorizando términos comunes:
Figura 4 Triangulo rectángulo con sus dos catetos e hipotenusa
Figura 5 Nivel fijo haciendo visual a un estadal y los errores cometidos como el de esfericidad terrestre con líneas segmentadas y el de refracción atmosférica con la línea en naranja (Nm)
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Despejando al error de esfericidad, tenemos:
Despreciando por ser muy pequeño, tenemos que el error por esfericidad es:
El segundo error a tener en cuenta es la refracción del rayo óptico por la variación de la densidad de la atmósfera en sus distintas capas, ya que las capas más densas son las más próximas a la Tierra y por tanto la refracción de las visuales hace que su trayectoria se desvíe de la línea recta, formando una trayectoria que se puede considerar circular en la práctica, curvándose hacia abajo y dando lugar a una lectura de mira menor de la que debería ser.
En el triangulo AOM, se hace el mismo razonamiento, pero se pone en vez del radio de la Tierra, 7R, que es un valor aproximado del radio de los rayos refractados, de modo tal que se tiene que el error cometido por refracción atmosférica es:
Sustituyendo los valores de (eE) y (r) en la ecuación del error total y poniendo el valor aproximado del radio terrestre R= 6140 km, nos queda que:
Y finalmente sustituye el valor del radio Terrestre, tenemos que el Error total por esfericidad y refracción es:
Como esta cantidad aparenta ser muy pequeña, la tabla siguiente nos da una idea de su magnitud, la cual no es despreciable:
d = 1 km; ET = 0.07 d = 4 km; ET = 1.09
d = 2 km; ET = 0.27 d = 5 km; ET = 1.70
d = 3 km; ET = 0.61 d =10 km; ET = 6.82
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Estación total
Se denomina estación total a un instrumento electro-óptico utilizado en topografía Fig. 6, cuyo
funcionamiento se apoya en la tecnología electrónica. Consiste en la incorporación de un
distanciómetro y un microprocesador a un teodolito electrónico para determinar las coordenadas
rectangulares de los puntos del terreno. (Guatemala, 2012)
Algunas de las características que incorpora y con las cuales no cuentan los teodolitos, son una
pantalla alfanumérica de cristal líquido (LCD), leds de avisos, iluminación independiente de la luz
solar, calculadora, distanciómetro, tracking (seguidor
de trayectoria), obtención de promedios de
mediciones múltiples angulares y de distancias,
corrección electrónica de distancias por constantes
de prisma, presión atmosférica y temperatura,
correcciones por curvatura y refracción terrestre,
reducción de la distancia inclinada a sus
componentes horizontal y vertical, además la
posibilidad de guardar información en formato
electrónico, lo cual permite utilizarla posteriormente
en computadoras personales. Vienen provistas de
diversos programas sencillos que permiten, entre
otras capacidades, el cálculo de coordenadas en
campo, replanteo de puntos de manera sencilla y
eficaz, cálculo de acimut y distancias.
Funcionamiento
El manejo y control de las funciones de la Estación Total (Padilla, 2011)se realiza por medio de la
pantalla y del teclado, las funciones principales se ejecutan pulsando una tecla, como la
introducción de caracteres alfanuméricos, medir una distancia. Otras funciones que se emplean
poco o que se utilizan sólo una vez, son activadas desde el menú principal, funciones como la
introducción de constantes para la corrección atmosférica, constantes de prisma, revisión de un
archivo, búsqueda de un elemento de un archivo, borrado de un archivo, configuración de la
estación, puertos de salida, unidades de medición, la puesta en cero o en un valor predeterminado
del círculo horizontal se realizan también desde el menú principal.
La pantalla es también conocida como panel de control, en ella se presentan las lecturas angulares
en el sistema sexagesimal, es decir los círculos son divididos en 360°, de igual manera se puede
Figura 6 Estación Total Topcon GOWIN TKS202
15
seleccionar para el círculo vertical, ángulos de elevación o ángulos cenitales (el cero en el
horizonte o en el cenit respectivamente).
El modo de operar una Estación Total es similar al de un teodolito electrónico, se comienza
haciendo estación en el punto topográfico y luego se procede a la nivelación del aparato de
manera mecánica o electrónica según el modelo utilizado. Para iniciar las mediciones es necesario
orientar la Estación Total previamente; para ello, se requiere hacer estación en un punto de
coordenadas conocidas o arbitrarias y conocer un acimut de referencia, el cual se introduce
mediante el teclado. Para la medición de distancias el distanciómetro electrónico incorporado a la
Estación Total calcula la distancia de manera indirecta en base al tiempo que tarda la onda
electromagnética en viajar de un extremo a otro de una línea y regresar.
En el campo se hace estación con la Estación Total en uno de los extremos cuya distancia se desea
determinar y en el otro extremo se coloca un reflector o prisma, Fig. 7; es requisito indispensable
que la visual entre la Estación Total y el reflector o prisma se encuentre libre de obstáculos, el
instrumento transmite al prisma una señal electromagnética que regresa desde el reflector, la
determinación precisa de la distancia se obtiene una vez que se han aplicado las correcciones
atmosféricas, de temperatura y de presión correspondiente. Estas
correcciones son efectuadas por el microprocesador una vez que el
operador ha introducido por teclado estos valores. La Estación Total mide
distancias repetidamente, el resultado que aparece en pantalla es el
promedio del número de veces que el operador haya seleccionado. El
tiempo estimado en los equipos modernos es de entre 3 y 4 segundos para
distancias de 2.5 kilómetros, con una precisión de +- (3 mm + 2 ppm) o
menor. Los prismas son circulares, de cristal óptico de alta calidad,
fabricados observando estrictas tolerancias y vienen acompañados de un
conjunto de accesorios: porta prismas, soportes de prismas, bases
nivelantes, trípodes, balizas o bastones para prismas, trípodes para soporte
de balizas o bastones.
Figura 7 Bastón de aplomar con prisma sostenido por un bípode
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Beneficios de la estación total
Genéricamente se les denomina estaciones totales porque tienen la capacidad de medir ángulos,
distancias y niveles, lo cual requería previamente de diversos instrumentos. Estos teodolitos
electro-ópticos hace tiempo que son una realidad técnica accesible desde el punto de vista
económico.
Su precisión, facilidad de uso y la posibilidad de almacenar la información para descargarla
después en programas de CAD “Computer Aided Design” (Dibujo Asistido por Computadora por
sus siglas en ingles), ha hecho que desplacen a los teodolitos tradicionales, que actualmente están
en desuso. Por otra parte, desde hace ya varios años las estaciones totales se están viendo
desplazadas por el GPS en trabajos topográficos.
Las ventajas del GPS topográfico con respecto a la estación total son que, una vez fijada la base en
tierra no es necesaria más que una sola persona para tomar los datos, mientras que la estación
requería de dos al menos, el técnico que manejaba la estación y el auxiliar que situaba el prisma.
Por otra parte, la estación total exige que exista una línea visual entre el aparato y el prisma
(llamados puntos de control), lo que es innecesario con el GPS.
Sin embargo, no siempre es posible el uso del GPS, principalmente cuando no se puede hacer
recepción de las señales emitidas por los satélites debido a la presencia de edificaciones, bosque
tupido, etc. Además, la mayor precisión de la estación (pocos milímetros frente a los centímetros
del GPS) la hacen todavía necesaria para determinados trabajos, como la colocación de apoyos de
neopreno bajo las vigas de los puentes, la colocación de vainas para hormigón postensado, el
replanteo de vías férreas, carreteras, canales, minas y además aquellos trabajos donde el operador
no puede acceder, como torres eléctricas o riscos y gracias a la medición sin prisma de la estación
total, puede ser realizada (Pachas, 2009).
Sistema de Posicionamiento Global
Las siglas GPS corresponden a "Global Positioning System" que significa Sistema de
Posicionamiento Global, puede ser definido como un Sistema Global de Navegación por Satélite
(GNSS) que nos permite fijar a escala mundial la posición de un objeto, fue desarrollado por el
Departamento de Defensa de los Estados Unidos (U.S. Department of Defense) para el ámbito
militar, como la navegación de aviones de combate, direccionamiento de misiles, posicionamiento
de tropas, localización de barcos de combate militares en tiempo real, etc. (Astrophysics, s.f.).
La gran precisión que proporciona la tecnología de GPS la convierte en una formidable
herramienta de trabajo para cualquier aplicación que requiera determinar posición, tiempo y/o
dirección de movimiento en cualquier punto de la Tierra y cualquier condición meteorológica.
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El GPS funciona mediante una red de 24 satélites distribuidos en 6 órbitas con un período de
rotación de 12 horas., una altitud aproximada de 20,200 km y una inclinación de 55° respecto al
plano ecuatorial.
Esta distribución espacial permite al usuario disponer de 5 a 8 satélites visibles en cualquier
momento. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza
automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando
la identificación y la hora exacta de emisión de estas por el reloj de cada uno de ellos. Un cuarto
satélite aportará, además, la altitud. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del
GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo, y de tal modo mide la distancia
al satélite mediante "triangulación" (método de trilateración inversa), la cual se basa en
determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se
determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además
las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición
absoluta o coordenada reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema
en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.
La antigua Unión Soviética construyó un sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por
la Federación Rusa.
Actualmente la Unión Europea está desarrollando su propio sistema de posicionamiento por
satélite, denominado Galileo.
A su vez, la República Popular China está implementando su propio sistema de navegación, el
denominado Beidou, que prevén que cuente con entre 12 y 14 satélites entre 2011 y 2015. Para
2020, ya plenamente operativo deberá contar con 30 satélites. De momento (abril 2011), ya
tienen 8 en órbita (sites, 2012).
Funcionamiento de un receptor GPS
Los receptores GPS reciben la información precisa de la hora y la posición del satélite.
Exactamente, recibe dos tipos de datos, los datos del Almanaque, que consiste en una serie de
parámetros generales sobre la ubicación y la operatividad de cada satélite con relación al resto de
satélites de la red, esta información puede ser recibida desde cualquier satélite, y una vez el
receptor GPS tiene la información del último Almanaque recibido y la hora precisa, sabe dónde
buscar los satélites en el espacio; La otra serie de datos, también conocida como Efemérides, hace
referencia a los datos precisos, únicamente, del satélite que está siendo captado por el receptor
GPS, son parámetros orbitales exclusivos de ese satélite y se utilizan para calcular la distancia
exacta del receptor al satélite. Cuando el receptor ha captado la señal de, al menos tres satélites,
calcula su propia posición en la Tierra mediante la triangulación de la posición de los satélites
captados (Guerrero, s.f.).
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Figura 8 Cálculo de la posición a partir de las señales de tres satélites GPS
Obteniendo información de dos satélites se indica que el receptor se encuentra sobre la
circunferencia que resulta cuando se intersecan las dos esferas. Si adquirimos la misma
información de un tercer satélite notamos que la nueva esfera sólo corta la circunferencia anterior
en dos puntos. Uno de ellos se puede descartar porque ofrece una posición absurda (por fuera del
globo terráqueo, sobre los satélites). De esta manera ya tendríamos la posición en 3D. Sin
embargo, dado que el reloj que incorporan los receptores GPS no está sincronizado con los relojes
atómicos de los satélites GPS, los dos puntos determinados no son precisos.
Teniendo información de un cuarto satélite, eliminamos el inconveniente de la falta de
sincronización entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de los satélites. Y es en este
momento cuando el receptor GPS puede determinar una posición 3D exacta (latitud, longitud y
altitud). Al no estar sincronizados los relojes entre el receptor y los satélites, la intersección de las
cuatro esferas con centro en estos satélites es un pequeño volumen en vez de ser un punto. La
corrección consiste en ajustar la hora del receptor de tal forma que este volumen se transforme
en un punto.
Funciones relevantes de un GPS
Obtener las coordenadas de la posición geográfica del operador, a tiempo real, a través de
la interpretación de señales satelitales captadas por el equipo.
Posibilidad de almacenar en la memoria un GIS “Geographic Information System”, por sus
siglas en ingles significa Sistema de Información Geográfica; de distintas regiones
geográficas.
Mostrar en pantalla el mapa del lugar en distintas escala de zoom, superponiendo la
propia ubicación del equipo a tiempo real, con el refresco automático de pantalla a
medida que cambia su posición geográfica.
Interactuar con el GIS para obtener información de la base de datos, búsqueda de puntos
de interés, localizaciones, navegación, determinación de distancias y áreas, velocidades y
tiempos de desplazamiento, etc.
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Al hacer un recorrido cualquiera, el GPS grabará automáticamente la planialtimetría, la
distancia recorrida, la velocidad máxima y promedio, los tiempos de detención y marcha,
el tiempo estimado de arribo, etc. (Navegadores satelitales GPS, s. f.)
Tipos de GPS en cuanto a su uso
Navegadores GPS
Los Navegadores Satelitales o GPS (Sistema de Posicionamiento Global) son
instrumentos portátiles del tamaño aproximado de un teléfono celular, según el
modelo, cuya función básica consiste en captar señales satelitales y determinar
automáticamente las coordenadas del lugar en que se encuentre. Esta posición es
representada continuamente en la pantalla del GPS de manera que el operador
puede “verse” en la posición en que se encuentre, y si está en movimiento, verá el
recorrido que realiza, a tiempo real.
GPS Cartográficos o Geográficos
Proporcionan precisiones mayores que los de navegación: entre 5 m y 10 cm. Éstos son útiles para
realización de cartografía a escalas de alto denominador, actualización cartográfica y otros
trabajos en que estas precisiones sean suficientes. Un uso es en la elaboración de la Cartografía
Catastral Urbana (Tierra, 2011).
GPS Topográficos y Geodésicos
Estos equipos tienen precisiones desde 10 cm hasta 5 mm y se emplean en cualquier trabajo
topográfico, cartografía a escalas de bajo denominador y trabajos geodésicos. Existen GPS de una
banda (L1) y de dos bandas (L1, L2), la diferencia es que para los GPS de una banda se garantiza la
precisión milimétrica para distancias menores a 40km entre antenas, en los GPS de dos bandas es
de hasta 300km, si bien se pueden realizar mediciones a distancias mayores, ya no se garantiza la
precisión de las lecturas. Los GPS topográficos requieren dos antenas, ya sea que el usuario tenga
las dos, o que solo tenga una y compre los datos a una institución como el INEGI u Omnistar
(Differential GPS). Se dice entonces que se está trabajando en modo diferencial.
La diferencia en precio de un GPS de una banda contra uno de dos bandas puede ser muy grande,
y lo es más cuando los GPS de dos bandas incorporan la función RTK (Real Time Kinematic). La
forma de trabajar con equipos que no incorporan la función RTK es: trasladar los equipos a campo,
se hacen las lecturas, pero es sólo hasta que se regresa a gabinete
que se obtiene las mediciones, con un sistema RTK, los datos se
obtienen directamente en campo y el alto precio de estos equipos
es por que incorporan una computadora, y un sistema de radio
comunicación entre las dos antenas (Pedraza, 2012).
Figura 9 GPS Topográfico Leica
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CAPÍTULO 3. CONTROL TOPOGRÁFICO DEL CANAL REQUENA
Para poder llevar a cabo el control horizontal del canal o de otra construcción, es primordial tener
un levantamiento previo al proyecto, ya que éste será el punto de partida para la elaboración del
mismo. A través del levantamiento topográfico (con estación total en este caso) podemos
determinar las dimensiones, la configuración del terreno, la posición de elementos naturales o
instalaciones construidas por el hombre y obtener los datos necesarios para elaborar la
representación grafica (un plano), haciendo uso de programas de dibujo asistido por
computadora. Ya una vez tenidos los detalles del canal, en base a especificaciones técnicas
constructivas de la Comisión Nacional del Agua (CNA), se procede a diseñar hombros izquierdo y
derecho superior e inferior que representan el perímetro mojado del canal o dicho de otra
manera, los puntos que dan origen a la base mayor y menor del canal. Una vez listo el diseño en
planta del canal, se procede ahora a determinar los cambios de elevación, tanto por pendiente,
caídas hidráulicas y por represos. Todo esto es determinado en una hoja de cálculo y agregando
sus coordenadas de planta, tendríamos un formato de punto X, Y, Z, y según el caso el código de
punto que se le asigne. Ahora ya entonces se tendrá un formato que puede ser exportado a la
estación total por medio de una computadora personal y el programa determinado según la marca
y modelo del aparato usado. A este archivo puede llamársele como puntos de replanteo de obra
los cuales deberán ser materializados en campo para la construcción del canal.
Control vertical del canal requena
Ambos controles horizontal y vertical se llevan a cabo en campo simultáneamente a través de
nuestro replanteo; sin embargo, los vértices de la poligonal de apoyo deben ser verificados por
medio de una nivelación diferencial con el uso de un Nivel Fijo y en caso de ser necesario realizar
los ajustes pertinentes para garantizar nuestro control vertical. Ya que de estos depende
primordialmente que nuestra estación total tome línea y cota correctas para evitar errores en
pendiente y ubicación del canal en obra.
Consideraciones previas al levantamiento topográfico
Antes de que podamos levantar datos de la topografía del canal, son necesarias
indispensablemente: un acimut o dirección y coordenadas de un punto de inicio (XYZ, pueden ser
arbitrarias o UTM obtenidas por GPS); con ambos ingresados en la estación total es posible dar un
siguiente punto de apoyo, creando así rápidamente nuestra línea base.
Calculo de acimut de la línea base a partir de dos coordenadas
Geográficas obtenidas por Navegador Satelital
Para calcular la posición geográfica, el GPS capta señales y determina la distancia relativa a cada
uno y por triangulación (intersección de tres circunferencias espaciales) determina las
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coordenadas Latitud y Longitud de su posición geográfica, y las muestra en pantalla. Si el GPS tiene
incorporadas cartas geográficas, el usuario verá su posición en el mapa, a tiempo real.
El levantamiento topográfico del Canal Requena se inicio con la orientación de la línea base que
conforma a la poligonal de apoyo. Su orientación comenzó con posicionar un Navegador Satelital
en los dos extremos de la línea y anotar sus coordenadas geográficas (latitud y
longitud), que posteriormente se transforman a coordenadas UTM (Universal
Transversa de Mercator) haciendo uso de un programa de cálculo. Teniendo
las coordenadas, ahora se calcula el Acimut UTM de la línea y su convergencia
de cuadricula para orientar la línea al norte verdadero. El elipsoide de
referencia que usó el navegador satelital es el WGS84.
*Nota: El uso del navegador GPS es solo para georreferir el levantamiento
topográfico y evitar usar coordenadas arbitrarias.
V1 λ= 99° 15’ 0.91’’ O Eutm= 473,837.794
ϕ= 20° 05’ 39.93’’ N Nutm= 2,221,950.178
V2 λ= 99° 15’ 2.55’’ O Eutm= 473,790.300
ϕ= 20° 05’ 41.62’’ N Nutm= 2,222,002.108
Proyecciones utm
Px= X₂ - X₁ Py= Y₂ - XY₁
Rumbo y Acimut utm
Rbo. V1-V2= arc tan (Px/Py) = 42° 26’ 43.18’’ NW
Acimut= 360°-Rbo. V1-V2 = 317° 33’ 16.82’’
Convergencia de Cuadricula
C.C.= -0° 05’ 9.526’’
Rumbo y Acimut topográfico
Rbo. V1-V2= Rbo. utm + C.C. = 42° 21’ 33.65’’ NW
Acimut= Acimut utm – C.C. = 317°38’ 26.35’’
Figura 10 Navegador satelital GPS Mobile Mapper
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Levantamiento topográfico con estación total
En campo, para iniciar la captura de datos de los puntos del terreno, se empieza por hacer estación y nivelar la Estación Total sobre uno de los puntos de control posicionado previamente con el GPS, se ingresa las coordenadas de este punto y se dirige una visual al otro punto de control; acto seguido, se ingresa las coordenadas del segundo punto o el acimut de esta línea base; este procedimiento orienta la Estación y define la línea base o línea de referencia, que no es otra cosa que una línea de la cual se conoce las coordenadas rectangulares de sus extremos o la coordenada de uno de ellos y el acimut de la misma; todos estos datos tienen referencia geodésica al ser puntos de control GPS. Con esta información el microprocesador que la estación total posee estará en capacidad de calcular y presentar en pantalla las coordenadas rectangulares de los puntos donde se ha colocado el prisma y se ha registrado mediciones. Al desplazar la Estación Total a otro punto de la poligonal de apoyo, para completar la captura de datos, se repite el procedimiento de orientación del equipo topográfico.
Es importante señalar las ventajas de la captura y almacenamiento electrónico de datos comparado con los métodos tradicionales de registro manual (Padilla, 2011), entre las que cabe mencionar:
a) Rapidez en el levantamiento, ya que sólo con pulsar una tecla, el instrumento realiza las mediciones necesarias y almacena los datos en el dispositivo seleccionado por el operador.
b) Eliminación de errores de lectura y anotación en las libretas de campo. c) Rapidez en el trabajo de oficina, los datos son bajados directamente a la computadora en
pocos minutos, procediendo, mediante el programa apropiado, a realizar los cálculos necesarios para finalmente obtener el dibujo topográfico asistido por computadora.
Entre las desventajas se pueden mencionar:
a) Impericia del operador para realizar la colección electrónica de manera correcta. b) Pérdida de datos de campo debido a fallas del dispositivo de almacenamiento. c) Pérdida accidental de los datos de campo.
Ya una vez perfectamente ubicada la línea base y materializados sus puntos extremos (ya sea un
trompo con un clavo al centro, varillas o puntos marcados en concreto u otro material), es
necesario construir una poligonal abierta que siga el trayecto del canal y nos brinde puntos o
vértices en los cuales posteriormente haremos estación, orientación y cambio de aparato para
realizar el levantamiento topográfico de las secciones de terreno natural del mismo (por medio de
radiaciones), que nos servirán para el cálculo de áreas y volúmenes.
Cabe resaltar que estos puntos de control o vértices deben facilitar la obtención de datos de
campo, con esto me refiero a que se busque la manera en que desde un punto se pueda ver la
mayor cantidad de detalles del canal y así evitar tantos cambios de aparato que nos conlleven a un
error acumulativo conforme la poligonal se va alejando de la línea base, por ejemplo en el Punto
de Inflexión (PI) de una curva circular donde tenemos visibilidad a ambos lados (izquierda-
derecha).
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El método del levantamiento topográfico del canal consiste en obtener las coordenadas del
terreno natural que lo conforma de manera transversal con un ancho de 20 metros a la izquierda y
a la derecha a partir de la Línea Central y de manera longitudinal a cada 20 metros en tangentes o
a cada 10 metros en las curvas; esto es para obtener más detalle en el cálculo de áreas y
volúmenes. Esta captura de datos la lleva a cabo el Ingeniero con la estación total y sus respectivos
ayudantes con un bastón de aplomar y prisma.
El equipo topográfico usado en el Levantamiento y Replanteo del Canal Requena, fue la Estación
Total Topcon GOWIN TKS202, Bastón de aplomar Sokkia y Prisma circular, cuya constante es de -
30 mm.
Figura 11 Poligonal abierta haciendo zigzag siguiendo el trayecto de un canal
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Transferencia de datos a la computadora
Finalizado el levantamiento topográfico del canal, se comienza la descarga de datos a la
computadora haciendo uso de un cable USB y un programa específico para la exportación e
importación de datos, según la estación total utilizada.
En este caso la estación total usada fue de la marca GOWIN modelo TKS202 de la familia Topcon y
el programa para hacer la transferencia es Topcon Link Set up V.7.5 u otras versiones anteriores
según el sistema operativo de la computadora, en este caso el sistema operativo usado es
Windows 7 y la versión con la que interactúa sin problemas es la V.7.5; además, es necesario el
cable de trasferencia con conexión USB, éste necesita su controlador para que sea reconocido en
determinado puerto (COM1, COM2, COM3,COM4) por la computadora, el controlador usado para
el cable es el PL-2303_Vista_Driver_Installer.
El primer paso es instalar el programa Topcon Link y una vez listo veremos una ventana como la
siguiente:
Donde seleccionamos Import from Device y en Look in de la izquierda, seleccionamos a Topcon
Total Station, ya en este menú, se pulsa en Add New Station, mostrará otra ventana con título
Create Station para agregar las caracteristicas de nuestra estación como el nombre, puerto donde
será reconocido, modelo y velocidad de transferencia en la pestaña Advanced. A la derecha hay
otro Look in donde seleccionamos la ubicación en la cual queremos que sea guardado el archivo.
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Ya listas estas configuraciones y al dar aceptar, aparecerá automaticamente la estación creada con
el nombre que se le haya asignado, en este caso es Gowin Total Station, sobre éste, damos doble
clic y nos aparece una ventana que contiene un archivo de texto (file1.txt) al cual seleccionaremos
y presionaremos clic en el simbolo de Next (>>) remarcado en verde en la siguente imagen,
aparecera una ventana de nombre Download file from Total Station con intrucciones prácticas en
inglés para la tranferencia. Éstas son: Encender la estación total, ir al Menu principal, ir al
Administrador de memoria, seleccionar Transferencia de datos y Enviar Datos, éstos pueden ser
datos de medidas o coordenadas. Ya listo este paso la estación estará enviando los datos a la
computadora y en este momento debemos presionar el boton de inicio Start para que los reciba.
Aparecera en la pantalla el progreso de los datos que recibe.
El procedimiento para enviar datos de la computadora a la estación total es semejante, sólo que
ahora en vez de Import from Device seleccionaremos Export to Device o exportar al instrumento y
en Look in se busca y selecciona el archivo a exportar, damos clic en Next (>>), clic en Start y en la
estación total en vez de enviar, ahora seleccionaremos Cargar Datos, diremos si son datos de
medidas o de coordenadas y asignaremos un nombre.
Nota: Los pasos pertinentes para la recepcion de datos por la estación total deben realizarse
primero y despues el envío de lo mismos por la computadora. De manera que la estación total
este lista para recibir antes de que le sean enviados datos.
Los datos pueden ser calculados y organizados en una hoja de cálculo y guardados en formato
delimitado por comas (CSV), pero para garantizar el no rechazo a los datos por parte de la estación
es mejor abrir este archivo en CSV por Topcon Link y guardarlo con el formato nativo en el que
específicamente la estación envía y recibe datos que es Topcon GTS 210/310.
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Figura 13 Archivo de Excel con las coordenadas de replanteo (XYZ) referentes al tramo en obra del Canal Requena
Diseño de hombros izquierdo y derecho tanto superior e inferior del
canal
Ya con el levantamiento y con los datos en la computadora, se procede a diseñar en base a la
trayectoria natural que lleva el canal en este caso y a sus epecificaciones tecnicas como el ancho
de la base mayor y menor, pendiente, talud, altura del tirante, por represos y cajas
amortiguadoras en caídas hidraulicas, Fig. 12.
A través del programa AutoCAD se diseñó geométricamente todo el recorrido del canal y sus
respectivas transiciones a caída en tanques amortiguador, asi como su adaptación a obras
existentes, tales como un puente vehicular o un enlace con otra obra similar, pero hecha por otra
constructora.
Figura 12 Imagen capturada de AutoCAD con el diseño geométrico y en base a especificaciones técnicas de la trayectoria del canal Requena
Ya una vez bien definida la trayectoria del canal en
planta, así como sus detalles (puntos de la
poligonal y kilometraje), es necesario ahora
diseñar un modelo que en forma numérica y a
base de coordenadas (XYZ) nos represente el
punto en el terreno de una forma física como una
estaca o varilla alineada y marcada con su cota
respectiva de nivel.
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La forma de obtener las coordenadas en planta son en base a nuestro diseño en AutoCAD y la
manera en la que éste fue hecho, fue colocando puntos en forma perpendicular en tangente y en
forma radial con mayor cantidad en curva para detallarla más al eje de proyecto. A estos puntos se
les asignó un Número de Punto con el cual, tanto en el dibujo, como en la hoja de cálculo, serán
fácilmente identificados por el usuario. Resaltando que estos puntos son insertados en AutoCAD
de manera que le sean útiles al ingeniero para representar sobre el terreno lo que está en el
dibujo, a través de su equipo topográfico asignado, Fig. 14.
Figura 14 Imagen donde se visualizan los puntos tanto en curva como en tangente que forman la trayectoria del canal y con los cuales obtenemos coordenadas para el replanteo, junto con su respectiva nomenclatura
Ya teniendo todos los puntos necesarios para el replanteo en el AutoCAD, es necesario extraer las
coordenadas X, Y, las cuales pueden ser obtenidas a través de la selección del punto e ir a sus
propiedades, desde donde se podrá copiar y pegar sus coordenadas en la hoja de cálculo para
organizar el replanteo.
Replanteo
Se entiende por replanteo a la acción de representar fielmente en el terreno puntos que forman
líneas y polígonos, que a su vez conforman la figura de linderos, carreteras, canales y cualquier
figura que este plasmada en un plano, conservando sus dimensiones y elevaciones especificadas
en el proyecto. Esto se lleva a cabo haciendo uso de equipos topográficos como teodolitos, cintas
y nivel fijo o estación total.
El replanteo topográfico de la ubicación y elevaciones de puntos conformantes de la figura del
Canal Requena fue por medio de estación total y, como ya vimos anteriormente, es necesario
organizar una hoja de cálculo con las coordenadas y enviarlo a la estación total en un formato
soportado por la misma, con el objeto de materializarlos en campo. El programa de cálculo
utilizado para organizar coordenadas es Microsoft Office Excel.
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Este replanteo no es más que un programa que la estación total posee para representar la
información en coordenadas que le fueron cargados; el procedimiento para realizarlo consiste en
estacionarse en uno de los vértices de la poligonal de apoyo, según se tenga las mejores visuales
para materializar los puntos conformantes del canal; ahora es necesario tomar línea y cota de otro
punto de la poligonal de apoyo, considerando que nuestras diferencias en coordenadas de
medición realizadas por la estación sean mínimas con las reales del punto y ya una vez orientada la
estación total, vamos al menú de replanteo y seleccionamos el nombre de nuestro trabajo con las
coordenadas, ingresamos y buscamos el numero de punto o su nombre (ID) con el cual podemos
reconocerlo y representarlo físicamente.
Al seleccionar el punto que se quiere representar, inmediatamente la estación total indica un
ángulo que aumenta o disminuye de 0° a 360° según la posición de nuestra visual, lo podemos
comprobar si giramos a la izquierda o derecha de la misma, para encontrar la dirección del punto a
replantear la pantalla debe indicar 0° 0’ 0’’ en diferencia de ángulo horizontal (dAH). Una vez ya
encontrada la dirección es necesario alinear a nuestro auxiliar para ahora medir la distancia y
encontrar la diferencia de distancia horizontal (dDH) a la cual se encuentra el prisma, esta
diferencia será mostrada en la pantalla en forma negativa o positiva según se esté lejos o cerca a
la distancia que debe poseer desde nuestra estación, se debe buscar que sea igual a 0.000 metros.
Ahora, de modo simultáneo, aparece la diferencia de altura (dZ) a la cual se encuentra el prisma
con respecto a la que debe poseer el punto ésta también aparece positiva o negativa e indica cuán
abajo o arriba se está de la cota real del punto según sus coordenadas, Fig. 15.
El proceso para alinear y ubicar el punto es a través de indicaciones a nuestro auxiliar diciéndole
cuánto se debe acercar, alejar o recorrer tanto a la izquierda o a la derecha para fijarlo y
materializarlo con una estaca, varilla o clavo.
En el caso del Canal Requena fueron empleadas varillas de una longitud aproximada a los 0.6 m y
clavadas profundamente en el punto replanteado por la estación total; ya una vez lista la varilla,
era necesario asignarle una cota que indicaba el nivel de piso terminado y con la estación total se
colocaba el bastón con prisma y se medía la diferencia de altura (dZ) sobre la punta de la varilla,
por lo que era necesario que el ingeniero comunicara al auxiliar los centímetros necesarios que
Figura 15 Imágenes que representan la pantalla de la estación total dentro del menú Replanteo e indicando el Ángulo Horizontal, diferencia de Ángulo Horizontal, Distancia Horizontal, diferencia Distancia Horizontal y Diferencia en Cota con respecto a las coordenadas del punto ingresado para su replanteo en campo
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desde la punta de la varilla debía medir y marcar con un marcador de aceite el nivel de concreto
terminado, evitando así que éste nivel quede al ras de la varilla y sea de mayor visibilidad para
operadores de maquinaria y ayudantes de obra, Fig. 16.
Figura 16 Imagen que representa al replanteo de puntos que le dan cuerpo al canal, éstos se materializan con varillas o estacas y su respectivo nivel es representado a través de una marca con marcador de aceite sobre ellas
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CAPÍTULO 4. PRODUCTOS DEL CONTROL TOPOGRÁFICO
Los productos en materia de topografía que obtenemos son básicamente el plano topográfico con
su perfil y secciones de construcción, además de una memoria de replanteo y cálculo de
volúmenes, ambos contenidos en libros y hojas de cálculo de Microsoft Office Excel.
Plano topográfico
Es una representación gráfica a través de líneas, puntos y polígonos de superficies que son
regularmente tridimensionales en una superficie plana o bidimensional. En éste, son plasmados
datos de dimensiones, forma, ubicación, simbología utilizada, notas, escala y los nombres de los
responsables del proyecto.
Sirve para posicionar las obras proyectadas sobre el terreno. Deben indicar distancia entre ejes
principales a puntos significativos existentes: edificios, caminos, carreteras, puentes u otras obras
existentes. (RURAL, s.f.)
Los planos son los documentos más utilizados del proyecto y por ello han de ser completos,
suficientes y concisos. Deben incluir la información necesaria para ejecutar la obra objeto del
proyecto en la forma más concreta posible y sin dar información inútil o innecesaria.
Perfil topográfico
Un perfil es la representacion grafica del relieve de un terreno, con una vista paralela al eje del
proyecto y mostrada de forma lineal, aunque el eje del proyecto se conforme por curvas y
tangentes. Se representa a partir de dos ejes (X,Y), el eje horizontal X representa a la longitud y el
eje vertical Y representa la elevacion, ambos permiten establecer las diferencias de elevación que
se presentan a lo largo de un recorrido.
Figura 17 Imagen de un perfil longitudinal de terreno natural y eje de proyecto
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Sección transversal
En geometria descriptiva, la seccion de un sólido es la interseccion de un plano con dicho solido y
la sección transversal es cuando el plano α es perpendicular al eje del sólido.
La sección transversal de un canal en un determinado kilometraje, es un corte vertical normal al
alineamiento horizontal, el cual permite definir la disposición y dimensiones de los elementos que
conforman al canal y su relación con el terreno natural. Entre estos elementos se puede ver el
ancho y área de despalme, corte, terraplén, bordillos, área de revestimiento con concreto, talud y
el eje de proyecto o línea central, Fig. 18.
Figura 18 Imagen de sección transversal de un canal trapezoidal con sus respectivos elementos
Memoria de replanteo
La memoria de replanteo no es más que un archivo con las coordenadas en X, Y, Z y su número de
punto, necesarias para la materialización del proyecto en el terreno físico por medio de una
estación total y puede ser revisado en los anexos digitales de esta tesis con el nombre de
Coordenadas de Replanteo del Canal Requena.
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CAPÍTULO 5. EVALUACIÓN DEL CONTROL TOPOGRÁFICO
En este capítulo se evaluará el trabajo realizado en campo para el control topográfico que se llevó
a cabo en el Canal Requena, en función de las especificaciones técnicas para proyectos de canales
en diferentes países y entidades, por ejemplo, el Manual para la Elaboración y Revisión de
Proyectos Ejecutivos de Sistemas de Riego Parcelario en México, Especificaciones Técnicas para
Proyectos de Canales de Chile y Especificaciones Técnicas Generales para Proyectos de Riego y
Microriego de Bolivia. Con el objeto de ampliar el marco de comparación en cuanto a los trabajos
de Ingeniería Topográfica realizados y verificar que se hizo lo correcto o lo especificado en
proyectos de riego.
Especificaciones técnicas para proyectos de canales
A continuación se presenta el documento que expone las Especificaciones Técnicas para Proyectos
de Canales, cuyo autor es Dr. José Luis Arumí R. Ing. Civil, Ph.D. de la Facultad de Ingeniería
Agrícola de la Universidad de Concepción en Chile.
Este documento corresponde a la transcripción de especificaciones técnicas para proyectos de
canales publicadas por la Dirección de Riego en 1960. A pesar de su antigüedad, se considera que
aún sirve como guía para la preparación de proyectos de construcción y/o reparación de
estructuras para concurso de la Ley 18.450 en Chile.
Disposiciones generales
Para iniciar el estudio de un canal, la Dirección de Riego entregará todos los datos relativos a
superficie por regar, tasas de riego, estudio de los recursos de agua disponibles y planificación
general de la obra. Basándose en estos datos y en las normas que a continuación se detallan, el
contratista proyectará la obra. La Dirección de Riego se reserva el derecho a cualquiera de las
normas y valores que se indican en las presentes especificaciones, toda vez que así lo aconsejare
alguna característica especial de la obra.
El estudio del canal comprenderá las siguientes etapas:
1. Reconocimiento
2. Anteproyecto
3. Proyecto
Reconocimiento
El reconocimiento comprenderá los siguientes puntos:
a) Estudio de las características de la región, con indicación de la topografía y geología
generales. Se hará una descripción de la topografía y geología generales. Se hará una
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descripción detallada de la posible bocatoma, que es una estructura hidráulica destinada a
derivar flujo de agua y del trazado propuesto, indicando la pendiente media de las laderas,
posible formación geológica, apreciación de las características de los materiales
encontrados etc.
b) Nivelación de puntos de referencia colocados aproximadamente cada 500 m a lo largo del
trazado.
c) Levantamiento de transversales en los puntos más característicos de cada región, con un
espaciamiento no mayor de 500 m, indicando el material que forme el terreno.
d) Sección de canal, con y sin revestimiento que se propone para cada sector, de acuerdo a la
velocidad admisible a las características topográficas, a las pérdidas en el camino y al
cálculo económico.
e) Apreciación del posible costo de la obra, indicando las disponibilidades de encontrar
agregados para el hormigón, las vías de acceso a la obra, disponibilidades de mano de obra
y demás datos que sirvan para preciar el costo.
f) Discusión de otros posibles trazados, con apreciación fundada del desarrollo y
características que tendrían las posibles soluciones.
En conocimiento de los antecedentes anteriores, la Inspección elegirá el o los trazados que le
parezcan más convenientes y el contratista podrá pasar a la etapa siguiente.
Anteproyecto
El anteproyecto comprenderá los siguientes puntos.
a) Estacado de todo el canal, colocando estacas a una distancia máxima de 20 m. El estacado,
cuando el terreno tenga pendiente superior al 20%, irá por la intersección de la cota de
agua con el terreno; en pendientes inferiores irá por el eje del posible canal. En todo caso
la Inspección Fiscal fijará el criterio definitivo.
b) Levantamiento de perfiles transversales frente a cada estaca. Estos perfiles abarcarán 8
veces el ancho de boca del canal o un ancho igual a (2h/p) en m, siendo h la altura de agua
y p la pendiente media transversa. En todo caso el mínimo será de 20 m y el máximo de
200 m.
c) Levantamiento de una franja taquimétrica de un ancho igual a 3 veces el ancho resultante
para los transversales. En todo caso, la Inspección podrá ordenar el levantamiento de
planos topográficos especiales para estudiar un mejor trazado.
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d) Nivelación de puntos de referencia colocados aproximadamente cada 500 m a lo largo del
trazado, relacionándolos con el estacado y con el levantamiento taquimétrico. Los puntos
de referencia deberán colocados en monolito deberá quedar totalmente enterrado y con
su individualización clara. Cuando se encuentre una obra de arte definitiva, construida
cercana al trazado, se aprovechará para colocar un punto de referencia en ella.
e) Cálculo de secciones de acuerdo a las características del trazado y los materiales
encontrados. Se deberá justificar la sección adoptada con un presupuesto aproximado,
comparativo con las otras posibles soluciones. Necesariamente una de las soluciones
comparadas debe ser de canal revestido.
f) Confección de pozos de reconocimiento cada 500 m si no se aprecia variación en la
formación del terreno y en los lugares en que se presente una formación característica,
clasificando los materiales encontrados de acuerdo con la dureza, permeabilidad y
estabilidad de ellos.
Estos pozos deberán tener como mínimo una profundidad de (h+pb) medido en m, siendo
h la altura de agua, b el ancho de boca y p la pendiente media transversal. Si se encuentra
roca sana, no será necesario profundizar el pozo sino hasta llegar a ella.
g) Cálculo del eje hidráulico general del canal. Este eje se calculará para el gasto máximo
previsto y para un gasto igual al 50% del interior. En gradas de bajada y entrada de obras
de arte, se deberá verificar que para cualquiera que sea el gasto que escurra, las
velocidades aguas arriba sean aceptables. Al estudiar el eje hidráulico serán evaluadas las
pérdidas del canal, si la permeabilidad del terreno presenta dudas, el contratista deberá
presentar un ensayo de permeabilidad de muestras no perturbadas u otro ensayo que sea
aceptable de acuerdo con la Inspección.
h) Determinación aproximada de pérdidas de carga económicas necesarias en las obras de
arte.
i) Confección de un perfil longitudinal que indicará los siguientes datos, frente a cada estaca:
Distancia acumulada de eje rojo (kilometraje)
Distancia entre estacas
Cubicaciones parciales de cortes
Cubicaciones parciales de terraplenes
Cubicaciones acumuladas de corte
Cubicaciones acumuladas de terraplenes
Cotas del estacado
Cota del eje rojo en el terreno
Cota de fondo
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Pendiente y pérdida de carga
Distancia acumulada del estacado (kilometraje)
En el perfil longitudinal se dibujará la sección correspondiente a cada sector, con todos los datos
necesarios para definirla y sus características hidráulicas, este dibujo se repetirá en cada metro del
rollo. Además se indicará el resultado de las calicatas ejecutadas dibujando el perfil encontrado
frente a la estaca correspondiente, este perfil se dibujará con la forma de la sección del canal para
evaluar el porcentaje de cada material que resultará en la excavación. Para designar los materiales
encontrados se indicará su dureza, haciendo mención a su clasificación según las normas de
Casagrande.
También se indicará la toponimia más importante de la franja estudiada.
Al final del perfil longitudinal se indicará la cubicación total del movimiento de tierra, indicando la
cantidad de material blando, duro y roca que se compone la cubicación total de acuerdo con la
clasificación siguiente:
Material blando, es todo el excavable sin uso de explosivo, quedan comprendidos en esta
categoría la tierra vegetal, terrenos arcillosos, conglomerados blandos, arena, ripio y bolones de
un volumen inferior a 5 dm3.
Material duro, es el que es necesario remover con explosivos, quedan comprendidos en esta
categoría la tosca, los conglomerados duros, la roca descompuesta y los bolones cuyo volumen
esté comprendido entre 5 dm3 y 50 dm3.
Se clasifican como roca, la roca sana y los bolones superiores a 50 dm3.
j) Confección de un plano de planta en el que se indicará los estados efectuados, los puntos
de referencia, deslindes de propiedades, topografía del terreno, caminos, canales, vías
férreas y todos los detalles interesantes del terreno. En este plano se proyectará el eje rojo
del canal, indicando el kilometraje de él y las curvas con radio, desarrollo, ángulo y
tangentes.
k) Levantamientos de planos de situación de las zonas en las que se ubicarán las principales
obras de arte.
l) Presupuesto aproximado del movimiento de tierra. Para hacer este presupuesto deberá
tenerse en cuenta el posible plan de trabajo y confirmar que la maquinaria que se piensa
ocupar en la faena tiene un galibo compatible con las dimensiones de las secciones
proyectadas. Además deberá estudiar la faena de modo de que sea posible formar un
camino de borde a lo largo de todo el canal.
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El anteproyecto deberá ser aprobado por la Dirección de Riego, antes de que el contratista pase a
la última etapa del trabajo.
Proyecto
El proyecto definitivo del canal comprenderá los mismos puntos indicados en el anteproyecto,
tomando en cuenta las observaciones formuladas por la Dirección de Riego y el eje hidráulico
producido por las obras de arte proyectadas y todos los nuevos antecedentes acumulados. Se
deberá agregar, además, un estudio del plan de trabajo y de los costos detallados de toda la obra,
un presupuesto completo de ella y la lista de las superficies que sería necesario expropiar para
construir la obra, tomando en cuenta, para fijar el ancho de la franja, la excavación y los
desmontes resultantes. En la lista de expropiaciones se indicará el nombre del propietario
afectado, la superficie correspondiente a cada uno y el kilometraje del eje rojo que limita cada
predio. En el plano de planta se deberá indicar también la franja de expropiación con sus detalles.
Tolerancias topográficas
Se aceptarán los siguientes errores en los trabajos topográficos.
Nivelación de puntos de referencia 1 cm/km
Nivelación de estacas 3 cm/km
Cierre de poligonales taquimétricas en altura 5 cm/km
Angular 2 n en minutos siendo n el número de estaciones
Distancia 2 L en metros siendo L el desarrollo en km
Para los levantamientos taquimétricos se deberá tomar los puntos necesarios para que a la escala
en que se dibuja, la distancia entre los puntos tomados no exceda de 2 cm.
Planos
Para el reconocimiento y anteproyecto, serán presentados los planos exigidos en original, para los
proyectos definitivos, serán presentados dibujados a tinta china sobre tela, excepto los perfiles
transversales que se podrán entregar dibujados en papel transparente y a lápiz.
Para los planos de planta de eje rojo se usará la escala 1:1.000; para el perfil longitudinal se usará
en horizontal 1:1.000 y en vertical 1:100; para los planos de situación 1:500 y para los perfiles
transversales 1:100.
Para las obras de arte se usará en general la escala 1:100 o 1:50 y para los detalles se usará la
escala que sea apropiada entre las siguientes: 1:1, 1:5, 1:10 ó 1:20.
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Todos los planos se entregarán en rollos de 50 cm de alto total, el contratista deberá consultar con
la Inspección el formato de las carátulas y de las anotaciones usadas. En los planos de eje rojo se
indicará los dobleces necesarios para seguir el desarrollo del canal. De todo canal se entregará un
plano general de situación, dibujado a escala adecuada, en el que deberá indicarse los puntos de
referencia y el kilometraje del canal. (Arumí, 1960)
Manual para la Elaboración y Revisión de Proyectos Ejecutivos de
Sistemas de Riego Parcelario en México
Ahora bien, debido a la falta de información acerca de especificaciones técnicas para proyectos de
canales en un solo documento, encontré vía internet el siguiente fragmento de un archivo en
formato de texto portable (PDF), cuyo título es Manual para la Elaboración y Revisión de Proyectos
Ejecutivos de Sistemas de Riego Parcelario de Eduardo Moreno Bañuelos, Juan Carlos Herrera
Ponce y Carlos Barocio Fregoso, donde en la página 15 respecto al Proyecto Ejecutivo de Riego,
hace referencia a los Planos Constructivos; a continuación se cita el texto.
Planos constructivos
Los planos constructivos de conjunto y de detalle son una representación gráfica del sistema y
deben ser los necesarios y suficientes para que pueda realizarse el proyecto sin dificultad, así
como los planos de ensamble en obra, taller o gabinete. Los planos constructivos deben permitir,
tanto a la empresa instaladora como al usuario, identificar las partes y las características básicas
del sistema de riego.
a) Plano general: el plano general de conjunto del sistema debe contener, al menos, las
siguientes características: una escala que permita identificar fácilmente las partes del
sistema, los cortes y perfiles del sistema y del terreno, los símbolos de las tuberías, el
catálogo de conceptos, la configuración del terreno, la planta con la ubicación de las
unidades de control de las secciones de riego, el trazo de la red, las características
hidráulicas del sistema, así como la operación básica de las unidades y secciones de riego,
los atraques y silletas.
b) Plano de ensamble: El plano de ensamble debe contener las generalidades del sistema de
riego, ensamble de las piezas especiales, de los elementos de la unidad de control general,
de los sistemas de filtrado, inyección de agroquímicos, control y seguridad; los aspectos de
ensamble deben considerar todos los detalles de las secciones de riego, los cambios de
dirección y derivación de la conducción principal.
Cuando por el tamaño, la complejidad, el tipo o la importancia del sistema, requiera de un mayor
detalle de los elementos de ingeniería, tendrán que elaborarse por separado, uno o más planos
especiales para cada temática, a saber: planta general con fachadas o elevaciones, ensamble,
estructural, mecánico y eléctrico (Mojarro, 2010)
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Especificaciones técnicas generales para proyectos de riego y microriego
Trazado y replanteo de obras
1. Alcance del trabajo
Este ítem comprende los trabajos de replanteo, trazado, alineamiento y nivelación necesarios para
la ubicación en general y en detalle de la obra, en estricta sujeción a los planos de construcción,
y/o indicaciones del SUPERVISOR.
2. Materiales, herramientas y equipo
El CONTRATISTA deberá suministrar todos los materiales y equipos topográficos de precisión para
una correcta ejecución de los trabajos tales como: taquímetros, nivel de ingeniero, huinchas
metálicas, GPS, plomadas, estacas, pintura, cemento, arena, estuco, cal, y todo el material y
equipo necesario para la realización del replanteo y control topográfico de la obra.
Los equipos deben ser manejados por personal especializado en ingeniería topográfica que tenga
experiencia en trabajos similares. Asimismo, el CONTRATISTA deberá proporcionar el material de
escritorio necesario para la correcta ejecución de los trabajos.
3. Método constructivo
El CONTRATISTA verificará los bancos de nivel (BMs) y replanteará sobre el terreno en forma
precisa, los ejes de construcción, niveles y dimensiones de los elementos más representativos de
la obra. En caso de que los bancos de nivel (BMs) hubieran desaparecido, deberán ser repuestos
por el CONTRATISTA, previa aprobación del SUPERVISOR.
La localización de bancos de nivel (BMs), estacas de alineamientos y niveles de trabajo, será
claramente señalada en el terreno para permitir en cualquier momento el control por parte del
SUPERVISOR. Estos bancos de nivel (BMs) y ejes de construcción, deberán ser ubicados y fijarse
sobre el terreno en forma segura y permanente, alejados de los sitios de obras, debiendo estas
demarcaciones ser precisas, claras y estables, y conservadas cuidadosamente por el CONTRATISTA
hasta la conclusión de la obra.
Antes de iniciar los trabajos en el terreno, el CONTRATISTA está obligado a realizar controles
terrestres de todos los datos topográficos indicados en los planos y corregir los mismos en caso de
encontrar divergencias entre las condiciones reales del terreno y los datos de los planos, con la
debida aprobación del SUPERVISOR.
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El CONTRATISTA deberá definir con precisión milimétrica las cotas, niveles y dimensiones de las
obras del proyecto. En los trazos de canales se deberá replantear cada 20 metros las progresivas y
cotas debidamente señaladas. La zona de trabajo definida como la franja de canal, lugar de la
presa o toma y obras de arte, deberá ser despejada de troncos, malezas, cercos y demás
obstáculos.
El CONTRATISTA deberá realizar el levantamiento topográfico del terreno natural en cada sector
de la obra, las veces que sea necesario a fin de establecer la ubicación exacta de las estructuras.
El CONTRATISTA facilitará al SUPERVISOR los instrumentos necesarios para el control de replanteo,
incluyendo el servicio de alarifes en toda oportunidad que se le solicite. Asimismo, el SUPERVISOR
exigirá al CONTRATISTA le proporcione toda la información topográfica, lecturas o cálculos para la
comprobación de los mismos.
El CONTRATISTA será responsable y correrá con todos los gastos emergentes de replanteos de
obra incorrectamente ejecutados, o por descuido en la conservación de la señalización.
Ninguna de las comprobaciones realizadas por el SUPERVISOR eximirá al CONTRATISTA de su
entera responsabilidad por la exactitud de las estructuras y partes de las mismas, en lo que se
refiere a su posición y dimensiones.
El CONTRATISTA preparará los planos de obra construida (planos As Built), los cuales deberán
mostrar detalladamente todos los elementos en la forma como han sido construidos o instalados,
tales como planos de ubicación, planta, perfil, vista frontal, cortes y detalles constructivos,
dimensiones, cotas y cualquier detalle que sea necesario, a escalas adecuadas. Los planos “as
built” deberán ser presentados obligatoriamente junto con la última planilla de pago y deberán ser
aprobados por el SUPERVISOR para dar curso a la misma. (PRONAR, 2005)
Evaluación de las especificaciones técnicas para proyectos de canales con
las realizadas en el Canal Requena.
En cuanto al Reconocimiento:
a) El estudio de las características de la región en cuanto a topografía y geología generales lo
realizó la Comisión Nacional del Agua (CNA) a través de la contratación de la empresa
Asociación Nacional de Especialistas en Irrigación (ANEI), la cual se encargo de la
propuesta de trazo y obras de arte, indicando en un perfil topográfico longitudinal las
pendientes de rasante del canal, publicadas en un Proyecto Ejecutivo que a la empresa
para la cual laboré, Proyectos Integrales de Ingeniería y Arquitectura (PROINAR) le fueron
entregados en formato digital.
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b) La nivelación de puntos de referencia o Bancos de Nivel, fueron colocados aproximadamente cada 500 m a lo largo del canal por trabajadores de la empresa Asociación Nacional de Especialistas en Irrigación (ANEI).
c) La sección tipo que el Canal Requena posee es de acuerdo a sus características hidráulico-
geométricas especificadas en el Proyecto Ejecutivo de la empresa Asociación Nacional de
Especialistas en Irrigación (ANEI).
d) En cuanto a los costos de la obra, no tengo el conocimiento de ellos y con respecto a
proyectos de cambio de trayectoria del canal, no las hubo, debido a que éste, sólo se
revestiría con concreto.
En cuanto al Anteproyecto:
a) El estacado a lo largo del Canal Requena se realizó como lo indica el documento de Chile, a
cada 20 metros, pero éste fue realizado a un costado del canal e indicando el kilometraje
en cada una de las estacas colocadas.
b) El levantamiento topográfico se hizo conforme a lo especificado en el documento de Chile
a cada 20 metros y de manera transversal al eje, frente a cada estaca según su kilometraje
y abarcado un ancho con respecto al canal de 20 metros, pero en algunas ocasiones éste
fue menor, debido a que no había variaciones drásticas de elevación en el terreno aledaño
al canal.
c) En la nivelación, los puntos de referencia o Bancos de Nivel, fueron colocados por trabajadores de la empresa Asociación Nacional de Especialistas en Irrigación (ANEI) a lo largo del canal, aproximadamente a cada 500 m y materializados de forma rudimentaria y provisional en raíces de arboles con un clavo, indicando la elevación. También se aprovechó una obra de arte existente que no sería demolida sino adaptada al proyecto en la que fueron colocados puntos de referencia.
d) El cálculo de secciones fue de acuerdo a las características hidráulico-geométricas del canal designadas en el Proyecto Ejecutivo de Comisión Nacional del Agua (CNA).
e) El perfil longitudinal del Canal Requena indica los siguientes datos:
Kilometraje
Espesores en corte
Espesores en terraplén
Elevación de terreno natural
Elevación de rasante o eje de proyecto
Pendiente de rasante según el tramo
Escala horizontal y vertical
41
f) La confección del plano en planta indica puntos de referencia, diseño geométrico de todo el tramo del canal, obras civiles existentes, obras de arte proyectadas, caídas de flujo, tomas laterales, represos, tuberías de agua potable, dirección del flujo de agua, eje del canal, simbología, notas, croquis de localización, orientación astronómica, escala grafica y cuadro de datos.
En cuanto al Proyecto:
Comprende los mismos puntos indicados en el anteproyecto, y para el caso de la construcción del
Canal Requena, no es necesario hacer expropiaciones y por tanto no se elaboró un plano en planta
con la franja de expropiación y los nombres de sus propietarios.
En cuanto a tolerancias topográficas:
De acuerdo a la ficha técnica de la estación total Topcon GOWIN TKS-202, su precisión angular es
de 2’’ y su precisión lineal es de 2 mm 2 ppm, el número de vértices que contiene la poligonal de
apoyo es de 15 y su longitud es de 1218.760m. Con estos datos es posible calcular las tolerancias
de operación:
a) Tolerancia angular
Se calcula aplicando la ecuación
En la cual:
= tolerancia angular
= aproximación del aparato
= numero de vértices de la poligonal
Realizando la sustitución y operación, tenemos:
b) Tolerancia lineal en terreno plano
Se calcula aplicando la ecuación
En la cual:
= tolerancia lineal, en metros
= perímetro o desarrollo de la poligonal, en metros
Realizando la sustitución y operación, tenemos:
42
c) Tolerancia en nivelación
Se calcula aplicando la ecuación
En la cual:
= tolerancia en nivelación, en metros
= perímetro o desarrollo de la poligonal, en kilómetros
Realizando la sustitución y operación, tenemos:
d) Tolerancia en variación de dimensiones del canal
1.00 centímetros, no aplicable para el espesor de revestimiento
e) Tolerancia en variación de rasante del canal
1.00 centímetros en 100.00 metros (Marco, s.f.)
En cuanto a los planos:
Los planos del canal en planta y perfil, detalle de transición de pendiente, detalle de represo y del
procedimiento constructivo, nos fueron entregados por la empresa Asociación Nacional de
Especialistas en Irrigación (ANEI) en formato digital. Cabe resaltar que para la empresa que laboré,
solo debíamos encargamos del replanteo en campo del Proyecto Ejecutivo que dicha empresa
propuso a la Comisión Nacional del Agua (CNA) y fue aprobado. Pero debido a problemas en
campo con respecto al proyecto sugerido, Proyectos Integrales de Ingeniería y Arquitectura
(PROINAR) hizo el levantamiento topográfico y diseñó un nuevo proyecto. El cual se presentó de
forma impresa a Comisión Nacional del Agua (CNA) y contenía el plano en planta, perfil
longitudinal, y sus debidas secciones transversales. El perfil longitudinal con escala horizontal
1:1000 y vertical 1:100.
Con lo que respecta a los planos que la empresa Asociación Nacional de Especialistas en Irrigación
(ANEI) nos proporcionó en formato digital de su Proyecto Ejecutivo para el revestimiento con
concreto del Canal Requena, desconozco el tamaño de papel, la escala con la que fueron impresos
y la manera en la que fueron entregados a Comisión Nacional del Agua (CNA).
En cuanto a los planos constructivos:
Esta evaluación referente a los planos constructivos del Canal Requena, se puede hacer solo con el
plano general que menciona el texto del Manual para la Elaboración y Revisión de Proyectos
Ejecutivos de Sistemas de Riego Parcelario, ya que en él se abarca lo que compete a topografía.
43
El plano en planta del Canal Requena permite identificar fácilmente la simbología usada de
tuberías, caídas de flujo, represos, obras de arte, puentes vehiculares, tomas y puntos de
referencia. Así como la ubicación del tramo a través de un croquis, el diseño geométrico,
kilometraje, retícula, escala grafica, cuadro de datos y de notas.
En el perfil longitudinal, podemos identificar la representación grafica del terreno natural, la
rasante de proyecto, y sus espesores en corte y terraplén.
En cuanto al trazo y replanteo de obras
Alcance de trabajo
El replanteo del Canal Requena en campo está estrictamente sujeto al plano en planta y perfil
longitudinal o a indicaciones de modificación por el supervisor de Comisión Nacional del Agua
(CNA).
Materiales, herramientas y equipo
En este caso la empresa Proyectos Integrales de Ingeniería y Arquitectura (PROINAR), me
proporcionó los materiales como: cal, pintura, marcadores de aceite, estacas, clavos y corcholatas
de metal; así como el equipo topográfico: nivel fijo con estadal, estación total con bastón de
aplomar y prisma, GPS móvil, radios de comunicación, computadora portátil y calculadora; además
de la herramienta adicional necesaria: marro, plomadas, cinta métrica, flexómetro, machete, lima,
pala y pico. Todo ello para la realización del replanteo y control topográfico de la obra.
Método constructivo
Siendo yo el responsable de la topografía del Canal Requena, verifiqué los bancos de nivel y
replanteé el trazo del proyecto tanto en la base menor como mayor y obras de arte, con sus
respectivas dimensiones y niveles con precisión milimétrica según el plano en planta y perfil
longitudinal.
La manera de replantear en el terreno fue insertar estacas de alineamiento con sus respectivos
niveles de trabajo que le dan cuerpo al diseño geométrico del canal y son de referencia para
operadores de maquinaria como excavadora, retroexcavadora, vibrocompactadora y personal de
auxilio para toda la obra. Los cuales en conjunto se encargan de escavar, rellenar, afinar y
compactar la base para su revestimiento con concreto del canal.
44
CONCLUSIONES
En general puedo decir que el control topográfico que se llevó a cabo en el Canal Requena en
comparación con los documentos de Especificaciones Técnicas para Proyectos de Canales, Manual
para la Elaboración y Revisión de Proyectos Ejecutivos de Sistemas de Riego Parcelario y las
Especificaciones Técnicas Generales para Proyectos de Riego y Microriego, está cumpliendo con la
mayor parte de ellas y en el caso de las tolerancias topográficas, en campo los errores angulares
no superaron los 2’’, los lineales en orientación de la estación total fueron inferiores a 3 mm y en
nivelación inferiores a 4 mm, a partir de estos valores, puedo afirmar que el control realizado
obtuvo resultados superiores a las especificaciones previstas por estos documentos, gracias al uso
de las nuevas tecnologías, destacando a la estación total. Y por tanto se garantiza el cumplimiento
de los requerimientos constructivos mínimos, tales como la pendiente especificada y su trazo en
campo a partir de los datos plasmados en el plano topográfico.
45
RECOMENDACIONES
Como resultado de la experiencia adquirida en mi desempeño profesional y del desarrollo de este
trabajo, me permito hacer las siguientes recomendaciones generales para la realización de
proyectos de esta naturaleza:
Ya en obra, el centrado y nivelado de la estación total se debe hacer de la manera más rápida y
precisa posible, sin embargo nunca dejarse presionar por el residente de obra, los supervisores, los
operadores de maquinaria e incluso los ayudantes, puesto que nosotros como ingenieros
topógrafos sabemos cuáles son nuestras responsabilidades y que debemos hacerlas bien; así las
cosas, el error fuera de las tolerancias en la orientación de la estación total en X, Y o Z, es fatal y
tiene graves consecuencias, tales como el desplazamiento de la obra en sus tres dimensiones,
hecho que provoca errores de empalme con obras existentes u obras de destino. Estos errores
generan una reputación dudosa en cuanto a nuestras capacidades y lo peor es que debamos
reparar el daño económicamente.
También es necesario tener buena comunicación con todo el personal que labora en la obra y
evitar tener conflictos con los residentes o supervisores de la misma, ya que en ocasiones éstos
tienen la idea de ser superiores, que poseen autoridad mayor que nuestra ingeniería y por ello
pretenden ordenarnos e incluso insultarnos, pero en estas ocasiones sólo hay que concentrarse en
el trabajo, hacer caso omiso de ello y tener muy en cuenta que todos formamos un equipo y en
colaboración debemos iniciar y terminar la obra.
En lo que respecta al trabajo en gabinete sugiero usar la tecnología a su alcance como programas
de cálculo, de transferencia de datos y de dibujo asistido por computadora para facilitar y agilizar
la entrega de resultados como el mismo replanteo y los planos.
En el plano en planta y el archivo con las coordenadas de replanteo, siempre usar una misma
nomenclatura, lo cual facilita encontrar y corregir errores de manera inmediata.
46
TRABAJOS CITADOS
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ANEXOS
Plano topográfico del Canal Requena
Perfil topográfico del Canal Requena
Secciones transversales del Canal Requena con áreas de despalme, corte y terraplén
Memoria de cálculo de áreas y volúmenes
Características hidráulico-geométricas del Canal Requena
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GLOSARIO
Aguas negras. Agua de desecho producida por el consumo humano.
Alarifes. Arquitecto o maestro de obras (albañil).
Alfanumérico. Es un término colectivo que es utilizado para identificar letras del alfabeto latino y
de números arábigos.
Alineamiento. Acción de intercalar una serie de puntos topográficos sobre una recta que une dos
puntos extremos.
Almanaque. Un almanaque es una publicación anual que contiene la información tabular de
algunos temas determinados, ordenados en un calendario. Se pueden encontrar datos
astronómicos y diversas estadísticas, también incluye entre otras informaciones los movimientos
del sol y de la luna, eclipses, días festivos, y cronologías.
Anclaje. Pieza o estructura de hormigón, madera o metálica, utilizada para la fijación del
componente de una obra (compuerta, apoyo de tubería, válvulas, etc.)
Azolve. Lodo, suciedad o material que es arrastrado por las corrientes de agua, que obstruye su
paso y disminuye la profundidad de la superficie fluvial.
Banco de Nivel. Punto de referencia sobre un objeto fijo cuya elevación es conocida y desde la
cual se pueden determinar otras elevaciones. También llamado cota fija, punto topográfico de
referencia.
Bastón de aplomar. Parte del equipo topográfico que consiste en un cilindro metálico pintado de
colores blanco y rojo, con punta fina en su extremo inferior y una base porta prisma en su extremo
superior.
Bordo libre. Tolerancia de altura que se deja en la parte alta de las estructuras hidráulicas para
evitar el derramamiento del agua almacenada o circulante en ellas.
Bordo. Estructura, generalmente de tierra, construida alrededor de una superficie de terreno para
formar lagunas artificiales, o bien, colocada a los lados de un cauce para aumentar su capacidad y
evitar su desbordamiento.
Calicatas. Las calicatas o catas son una de las técnicas de prospección empleadas para facilitar el
reconocimiento geotécnico, estudios edafológicos o pedológicos de un terreno. Son excavaciones
de profundidad pequeña a media, realizadas normalmente con pala retroexcavadora.
50
Canal. Estructura abierta al aire libre, natural o artificial, que sirve para la conducción o desalojo
del agua.
Compactación. Presión que se aplica al suelo para disminuir su permeabilidad y mejorar su
estabilidad aumentando su peso específico.
Compuerta. Barrera móvil utilizada en presas y canales para regular el paso del agua a través de
una sección dada.
Compuerta. Dispositivo metálico o de madera que se desliza por carriles, que se colocan en
canales, presas y otras obras hidráulicas y que sirve para controlar el paso del agua.
Contratista. Persona o empresa que ha sido contratada para ejecutar una obra específica, de
acuerdo a las especificaciones técnicas, propuesta, plazo y monto del contrato.
Contrato. Documento por el cual se acuerda la ejecución de un proyecto u obra, en éste son
establecidas las obligaciones del contratista y contratante.
Control de calidad. Acciones que toman el supervisor y el contratista para detectar la presencia de
errores en las obras, de manera de que se cumpla con las normas de construcción, aplicables para
el trabajo en cuestión.
Control. Es realizar una inspección a una cosa y verificar que ésta se realice de una forma correcta
Cota. Valor referencial altimétrico de un punto en relación al cual otros puntos pueden ser
determinados. Expresión numérica de una altura o una elevación.
Demarcación. Fijación de los límites de un terreno.
Dentellón. Excavación de sección trapecial que se rellena con concreto y se liga a las estructuras
para fijarlas al suelo y evitar desplazamientos horizontales o aumentar la longitud del paso de las
filtraciones.
Efemérides. Es una tabla de valores que da las posiciones de los objetos astronómicos presentes
en el cielo, tanto naturales como artificiales, en un momento o momentos dados.
Embalse. Depósito artificial que permiten almacenar agua.
Especificaciones. Reglas básicas que se debe cumplir durante la ejecución de una obra o parte de
ella, a fin de asegurar la calidad de ejecución.
Estadal. Parte del equipo topográfico que consiste en una regla metálica graduada en metros,
decímetros, centímetros y milímetros que se coloca de manera vertical sobre el terreno para
determinar las diferencias de nivel.
51
Expedito. Libre de obstáculos.
Hito. En construcción, poste de piedra u otra señal que se clava en el suelo y señala el límite de un
terreno, indica la dirección, distancias de una vía o un camino.
Hormigón. Producto que resulta de la combinación y mezcla de cemento, agregados pétreos
(arena, grava) y agua en proporciones adecuadas que permitan alcanzar las resistencias
requeridas.
Impericia. Falta de experiencia.
Impermeabilizar. Tratamiento que se da a una obra para evitar que pueda pasar el agua.
Junta de dilatación. Dispositivo, en general en forma de ranura, que se practica a una estructura
con el objeto de permitir los movimientos originados por las variaciones de temperatura, la
retracción del fraguado, o los asientos de apoyo.
Nivelación. Procedimiento mediante el cual se determina la diferencia en elevaciones entre
puntos de control o hechos físicos. Procedimiento para determinar las coordenadas verticales de
los puntos de un levantamiento topográfico.
Obra de arte. Estructura especial construida a lo largo de un canal, que lo complementa y que es
indispensable para el funcionamiento del mismo, tales como rápidas, aforadores, vertederos,
aliviaderos, sifones, pasos de quebrada, alcantarillas, etc.
Obra de toma. Estructura o conjunto de estructuras necesarias destinadas a captar el agua de una
fuente, en general de un río.
Obras de desvío. Estructura o conjunto de estructuras necesarias para desviar el agua superficial o
subterránea en el sitio donde se ejecutan obras de construcción.
Prisma. Medio transparente que está limitado por caras planas no paralelas y que permite
producir la reflexión de la luz o de un haz electromagnético con el objeto de determinar distancias.
Replanteo. Acción de trazar en el terreno la ubicación exacta de las obras a construir.
Rio de carácter torrencial. Aquél que lleva agua tras la lluvia y permanece seco durante el verano.
Supervisor. Empresa consultora o profesional que ha sido contratada por el contratante, para
prestar los servicios de supervisión técnica de una obra específica, a fin de asegurar que la obra
sea realizada de acuerdo a las condiciones de contrato y las especificaciones técnicas.
52
Tanque amortiguador. Es un canal de longitud corta para disipación de energía, está revestido de
concreto y colocado al pie de un vertedor o de cualquier otra estructura que descargue a régimen
supercrítico.
Tanque. Depósito para almacenar fluidos.
Terraplenes. Montón de tierra que sirve para rellenar un hueco o que se levanta con un fin
determinado.
Tolerancia. Margen o diferencia que se consiente en la calidad o cantidad de las obras.
Toponimia. Es una disciplina que consiste en el estudio etimológico de los nombres propios de un
lugar.
Vainas para hormigón. Funda hecha de un material flexible para cordones de acero.
Valle. Es una llanura entre montañas.
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ÍNDICE
A
Altimetría o control vertical · 10
Anteproyecto · 33
B
Banco de Nivel · 11
Beneficios de la estación total · 16
C
Consideraciones previas al levantamiento topográfico ·
20
Control Topográfico del canal requena · 20
Control vertical del canal requena · 20
D
Diseño de hombros izquierdo y derecho tanto superior
e inferior del canal · 26
E
Error de esfericidad y error de refracción. · 11
Especificaciones técnicas generales para proyectos de
riego y microriego · 38
Especificaciones técnicas para proyectos de canales ·
32
Estación total · 14
Evaluación de las especificaciones técnicas para
proyectos de canales con las realizadas en el Canal
Requena. · 39
Evaluación del control topográfico · 32
F
Funcionamiento de un receptor GPS · 17
Funciones relevantes de un GPS · 18
G
Gps · 16
L
Levantamiento a pasos: · 5
Levantamiento basado en la lectura del odómetro o
cuenta kilómetros de un automóvil: · 6
Levantamiento con Distanciómetro: · 9
Levantamiento con Estadía: · 8
Levantamiento con longímetro: · 6
Levantamiento con odómetro o ruedas: · 8
Levantamiento con Taquímetro: · 9
Levantamiento con Telémetro: · 8
Levantamiento topográfico con estación total · 22
M
Manual para la Elaboración y Revisión de Proyectos
Ejecutivos de Sistemas de Riego Parcelario en
México · 37
Materiales, herramientas y equipo · 43
Mediciones directas de distancias · 5
Mediciones indirectas de distancias · 8
Memoria de replanteo · 31
Método constructivo · 43
P
Perfil topográfico · 30
Planimetría o control horizontal · 5
Plano topográfico · 30
Planos · 36
Planos constructivos · 37
Planteamiento de problema · 2
Procedimiento para hacer levantamientos · 5
Productos del control topográfico · 30
Proyecto · 36
Puntos de referencia y de control · 11
54
R
Reconocimiento · 32
Replanteo · 27
S
Sección transversal · 31
T
Tolerancia angular · 41
Tolerancia en variación de dimensiones del canal · 42
Tolerancia lineal en terreno plano · 41
Tolerancias topográficas · 36
Trabajos citados · 46
Transferencia de datos a la computadora · 24
Trazado y replanteo de obras · 38
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