UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA

UTILIZACION DEL SOFTWARE ROADLINK EN UN PROYECTO DE CAMINO PARA UN REPLANTEO CON GPS EN TIEMPO REAL (RTK)

MARCO ANTONIO CONTRERAS RODRIGUEZ CARLOS ANDRES VALVERDE QUIROZ 2002

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA

UTILIZACION DEL SOFTWARE ROADLINK EN UN PROYECTO DE CAMINO PARA UN REPLANTEO CON GPS EN TIEMPO REAL (RTK)

TRABAJO DE TITULACION PRESENTADO EN CONFORMIDAD A LOS REQUISITOS PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO DE EJECUCION EN GEOMENSURA

PROFESOR GUIA: HECTOR CONTRERAS A.

MARCO ANTONIO CONTRERAS RODRIGUEZ CARLOS ANDRES VALVERDE QUIROZ 2002

AGRADECIMIENTOS

En este momento, en que he llegado al final de varios aos de estudio, llenos de sacrificios y satisfacciones, es importante agradecer a todos los que me ayudaron a alcanzar la meta que un da me propuse.

Quisiera dar las gracias a mi casa de estudio, USACH, quien me brind las herramientas necesarias para desempear mi labor. quienes supieron guiarme, tal como lo hizo el A mis profesores,

seor Hector Contreras al

momento de aceptar nuestra peticin para ser nuestro profesor gua. A mis compaeros, con quienes supimos disfrutar esas maratnicas jornadas de estudios y compartir otros momentos que van ms all de lo acadmico (Grande Geoventus ).

Por ltimo y lo ms importante, quisiera agradecer a mi familia, a mis padres, abuelos, hermana, y polola, quienes han sido un pilar fundamental para llegar donde me encuentro ahora, brindndome todo lo que estuvo a su

alcance para que me fuera posible concluir con xito este proyecto.

Marco A. Contreras R.

AGRADECIMIENTOS.

Al llegar a este parte de mi vida, instante en que comienzan a cumplirse parte de mis metas, tengo muchas palabras de agradecimientos hacia varias personas, entre ellos:

A toda mi Familia; Abuelos, Tos, Primos, etc; los cuales en todo momento me dieron su apoyo y creyeron en m.

A mis Hermanos por darme su cario y comprensin en aquellos momentos difciles que me tocaron vivir en el transcurso de mi carrera.

De manera muy especial a mis Padres, por darme la oportunidad de realizarme como profesional y por estar siempre a mi lado apoyndome y entregndome su amor.

A todos mis amigos de la Universidad, ya que entre todos supimos superar todas las barreras impuestas y as abrirnos paso hacia un mejor futuro, Gracias Geoventus.

T finalmente a ti, mi Querido Abuelo Ernesto, te dedico esta Memoria, pues s que ahora ms que nunca estars siempre a mi lado guindome y cuidndome junto a mi abuela Amanda. Siempre te recordar.Carlos Andrs Valverde Quiroz.

RESUMEN

La aplicacin de un nuevo sistema de trabajo en el rea de proyectos viales, basado en la fusin y complementacin de dos herramientas tecnolgicas que se encuentran a la altura de nuestros tiempos, es lo que el presente trabajo de titulacin desarrolla.

La tecnologa a utilizar corresponde al software Trimble Geomatics Office, con su mdulo para aplicaciones de diseo vial RoadLink, y a equipamiento GPS con metodologa de medicin en Tiempo Real (RTK).

En el desarrollo del trabajo se expone el funcionamiento completo del software RoadLink el cual permite generar y editar un diseo geomtrico que posteriormente ser replanteado con la tecnologa GPS (RTK).

Con todo esto se pretende demostrar la conveniencia de actualizarse en los conocimientos de nuevas tecnologas aplicables al desempeo de las labores que cumple un Ingeniero en Geomensura.

INDICE DE MATERIAS

CAPTULO 1. INTRODUCCIN 1.1. Antecedentes 1.2. Objetivos 1.3. Hiptesis del trabajo 1.4. Contribucin esperada

1. 1. 3. 4. 5. 6. 6. 7. 7. 9. 9. 10. 10. 11. 14. 14. 14. 14. 15. 15. 15. 15. 16. 16. 16. 17. 17.

CAPTULO 2. FUNDAMENTOS TEORICOS DE G.P.S. 2.1. Introduccin 2.2. Composicin del sistema 2.2.1. Descripcin 2.2.2. Configuracin 2.3. Funcionamiento del sistema 2.3.1. Medicin de distancias a un satlite 2.3.1.1. Cdigo 2.3.1.2. Fase Portadora 2.4. Fuentes de Error 2.4.1. Errores manejables 2.4.1.1. Dilucin de precisin 2.4.1.2. Multi-Trayectoria 2.4.1.3. Instalacin 2.4.2. Errores inherentes 2.4.2.1. Observable 2.4.2.2. Refraccin 2.5. Metodologa de trabajo 2.5.1. Mtodo individual o absoluto 2.5.2. Mtodo diferencial 2.5.2.1. Mtodo Diferencial en Post proceso 2.5.2.2. Mtodo Diferencial en Tiempo Real

2.5.2.2.1. Como Trabaja la Metodologa RTK 2.5.2.2.2. Configuracin para RTK 2.5.2.2.3. Inicializacin de los Equipos 2.5.2.3. Ventajas en Tiempo Real 2.6. Tipos de receptores 2.6.1. Equipos navegadores 2.6.2. Equipos geodsicos 2.7. Sistemas de referencia

19. 19. 21. 22. 23.

23. 23. 24.

CAPTULO 3. FUNDAMENTO TEORICO PARA EL DISEO GEOMETRICO DE ALINEAMIENTOS. 3.1. Alineamiento horizontal 3.1.1. Introduccion 3.1.2. Aspectos generales 3.1.2.1. Controles del alineamiento 3.1.2.2. Eje en planta 3.1.2.3. Elementos de la alineacin horizontal 3.1.3. Alineamiento recto 3.1.3.1. Longitudes mnimas en recta 3.1.3.2. Longitudes mximas en recta 3.1.4. Curvas circulares 3.1.4.1. Elementos de la Curva Circular 3.1.4.2. Radios Mnimos Absolutos 3.1.4.3. Criterios Generales de Diseo en Curvas Circulares 3.1.4.4. Desarrollo de Peraltes en Curvas Circulares 3.1.4.4.1. Eje de Giro del Peralte 3.1.4.4.2. Longitud del Desarrollo de Peralte 3.1.4.5. Sobre Ancho en Curvas Circulares 3.1.5. Arcos de enlace o transicin 3.1.5.1. Aspectos Generales 26. 26. 26. 27. 27. 28. 28. 29. 29. 30. 30. 31. 33. 34. 37. 37. 38. 40. 42. 42.

3.1.4.4.3. Condicionantes para el Desarrollo del Peralte 39.

3.1.5.2. La Clotoide 3.1.5.2.1. Ecuaciones cartesianas 3.1.5.3. Eleccin del Parmetro pera un Arco de Enlace 3.1.5.5. Desarrollo de Peralte en Arcos de Enlace 3.1.5.5.1. Aspectos Generales 3.1.5.5.2. Procedimiento a Seguir 3.1.5.6. Sobreancho en Curvas con Arcos de Enlace 3.1.5.6.1. Aspectos Generales 3.1.5.6.2. Desarrollo del Sobreancho 3.2. Alineamiento vertical 3.2.1. Aspectos generales 3.2.2. Ubicacin de la rasante respecto del perfil transversal 3.2.3. Inclinacin de las rasantes 3.2.3.1. Pendientes Mximas 3.2.3.2. Pendientes Mnimas 3.2.4. Enlace de rasantes 3.2.4.1. Curvas Verticales de Enlace 3.2.4.2. Criterios de Diseo para Curvas Verticales 3.2.4.3. Parmetros mnimos por Visibilidad de Parada 3.2.4.3.1. Curvas Verticales Convexas 3.2.4.3.2. Curvas Verticales Cncavas 3.2.4.4. Longitud mnima de Curvas Verticales 3.2.4.6. Elementos de la Curva Vertical 3.3. Seccin transversal 3.3.1. Introduccin 3.3.2. Plataforma 3.3.2.1. La Calzada 3.3.2.1.1. Anchos de Calzada 3.3.2.2. Bombeos 3.3.2.3. Las Bermas

43. 45. 46. 53. 53. 54. 56. 56. 57. 58. 58. 59. 60. 60. 61. 62. 62. 64. 66. 66. 66. 68. 70. 71. 71. 71. 72. 72. 73. 74.

3.1.5.4. Elementos del Conjunto Arco de Enlace-Curva Circular 51.

3.2.4.5. Parmetros mnimos por Visibilidad de Adelantamiento 68.

3.3.2.3.1. Ancho de bermas 3.3.2.3.2. Pendientes Transversales de las Bermas 3.3.2.4. Sobreanchos de Compactacin (s.a.c.) 77.

74. 75. 76.

CAPTULO 4. FUNDAMENTO LEGAL Y NORMATIVO G.P.S. 4.1. Introduccin 4.2. Referenciacin de los estudios 4.2.1. Referenciacin planimtrica en terreno mediante GPS 4.2.1.1. Referenciacin de un STC de Orden Primario 4.2.1.2. Referenciacin de un STC de Orden Secundario 4.2.1.3. Referenciacin de un STC de Orden Terciario 4.2.2. Referenciacin altimtrica 4.3. Conceptos relativos a sistemas de referencia geodsicos 4.3.1. Referenciacin aspectos normativos 4.4. Conceptos del sistema GPS 4.4.1. Posicionamiento con cdigo C/A DGPS 4.4.1.1. Precisin de Coordenadas corregidas 4.4.1.2. Intervalos de Grabacin 4.4.2. Posicionamiento con observacin de la fase portadora 4.4.2.1. Precisin de Coordenadas corregidas 4.4.2.2. Intervalos de Grabacin 4.4.3. Fuentes de error y degradacin 4.4.3.1. Refraccin Atmosfrica

77. 78. 78. 79. 80. 80. 80. 81. 82. 82. 83. 83. 83. 83. 83. 84. 84. 84. 85. 85. 88. 88. 88. 88. 89. 89. 90.

4.4.3.2. Dilucin de la Precisin DOP (Dilution of Precision) 4.5. Instrumental GPS disponible 4.6. Transporte de coordenadas mediante GPS 4.6.1. Antecedentes generales 4.6.1.1. Formato Rinex 4.6.1.2. Receptores GPS 4.6.2. Transporte de coordenadas 4.6.2.1. Procedimientos para la Determinacin de Bases GPS 4.6.2.2. Azimut de una Lnea Base

4.6.3. Precisin 4.6.4. Mtodos estticos 4.6.5. Mtodo dinmico 4.6.6. Altimetra 4.6.7. Aspectos normativos 4.6.7.1. Formato de Entrega de Datos 4.6.7.2. Coordenadas de Partida 4.6.7.3. Calidad de Procesamiento 4.6.7.4. Cierre y Ajuste de Figuras 4.6.7.5. Altimetra 4.7. Levantamientos con GPS 4.7.1. Precisin 4.7.2. Levantamiento de detalles 4.7.3. Posicionamiento en tiempo real 4.7.4. Relevantamientos de ejes mediante GPS

90. 91. 91. 92. 95. 95. 95. 96. 96. 96. 97. 97. 98. 99. 100. 101. 101. 101. 102. 102. 102. 103. 103. 104. 104. 105. 106. 106. 107. 108. 109.

CAPTULO 5. SOFTWARE TRIMBLE ROADLINK. 5.1. Antecedentes generales 5.1.1. Instalacin del Software 5.1.2. Transferencia de datos al Software 5.2. Descripcin del software 5.2.1. Inicio del software Roadlink 5.2.1.1. Transferencia de puntos desde el TGO 5.2.2. Ventana del Trimble Roadlink 5.2.2.1. Barra de Mens 5.2.2.2. Mens de acceso directo 5.2.2.3. Barra de Estado 5.2.3. Barra de Herramientas del Software 5.2.3.1. Barra de Herramientas Estndar 5.2.3.2. Barra de Herramientas Ver 5.2.4. Visualizacin de Informes 5.2.5. Salida del software RoadLink

5.2.6. Utilizacin de los Comandos de Men 5.2.6.1. Men Archivo 5.2.6.1.1. Creacin de la Carretera 5.2.6.1.2. Apertura de una Carretera existente 5.2.6.1.3. Almacn de la carretera actual 5.2.6.1.4. Copia de la carretera 5.2.6.1.5. Cierre de la carretera 5.2.6.1.6. Eliminacin de la carretera 5.2.6.1.7. Renombre de la carretera 5.2.6.1.8. Importacin de Archivos 5.2.6.1.9. Exportacin de Archivos 5.2.6.1.10.Configuracin de opciones 5.2.6.2. Men Editar 5.2.6.3. Men Ver 5.2.6.3.1. Visualizacin de Imgenes 5.2.6.3.2. Visualizacin de Superficies 5.2.6.3.3. Visualizacin de Lneas de la Cuadricula 5.2.6.3.4. Visualizacin de las barras de herramientas 5.2.6.3.5. Visualizacin de la ventana Propiedades 5.2.6.4. Men Carreteras 5.2.6.4.1. Introduccin del diseo horizontal de una alineacin 5.2.6.4.2. Introduccin del diseo vertical de una alineacin 5.2.6.4.3. Aplicacin de Plantillas 5.2.6.4.4. Aplicacin de tablas de peralte y sobreancho una carretera 5.2.6.4.5. Informes sobre la carretera actual 5.2.6.4.6. Cambio de la configuracin de Opciones para la carretera actual 5.2.6.5. Men Utilidades

109. 109. 110. 111. 111. 111. 112. 112. 112. 113. 115. 116. 117. 117. 118. 118. 118. 119. 119. 120. 120. 131. 138. 143. 146. 147. 148. 151.

5.2.6.4.5. Visualizacin de las secciones transversales de

CAPTULO 6. APLICACIN DEL SOFTWARE ROADLINK. 6.1. Introduccin 6.2. Configuracin de un proyecto (TGO) 6.2.1. Creacin de un proyecto 6.3. Inicio del software Trimble Roadlink 6.4. Introduccin de una alineacin horizontal 6.5. Introduccin de una alineacin vertical 6.6. Creacin y edicin de plantillas 6.7. Definicin de rangos e intervalos de estacin 6.8. Aplicacin de plantillas 6.9. Aplicacin de peraltes 6.2.1. Visualizacin de las secciones transversales 6.10. Exportacin del diseo

158. 158. 159. 159. 162. 164. 173. 177. 182. 184. 185. 188. 189.

CAPTULO 7. REPLANTEO DE UN PROYECTO CON GPS EN TIEMPO REAL (RTK). 7.1. Introduccin 7.2. Descripcin de los trabajos a realizar 7.3. Reconocimiento de campo 7.4. Informacin de replanteo 7.5. Desarrollo de terreno 7.5.1. Planificacin de las mediciones 7.5.3. Ligazn geodsica 7.5.4. Ubicacin de la estacin base 7.5.5. Preparacin de la estacin mvil 7.5.5.1. Tipo de registro de correccin 7.5.5.2. Mscara de elevacin 7.5.5.3. Mscara PDOP 7.5.5.4. Dispositivo de registro 7.5.5.5. Tipo de antena 7.5.5.5. Radios 192. 192. 193. 194. 195. 195. 196. 198. 199. 200. 200. 200. 201. 201. 201. 201.

7.5.6. Calibracin local 7.5.6.1. Inicializacin de los equipos 7.5.6.2. Calibracin de las coordenadas locales planas 7.5.7. Replanteo del diseo vial con la TSC1 7.5.7.1. Carga de la Informacin Vial 7.5.7.2. Visualizacin de un Vial en el Mapa de trabajo actual 7.5.7.3. Seleccin de un punto del Vial a replantear 7.5.7.4. Navegacin a un punto en el vial 7.5.7.4.2. Navegacin a un punto que no es Talud 7.5.7.4.3. Navegacin a un punto de Talud 7.5.7.5. Medicin de la Posicin recin replanteada 212. 7.5.7.4.1. Iconos en la pantalla de visualizacin grfica 203.

202. 203. 206. 206. 207. 207. 212. 213. 216. 220. 224.

CAPTULO 8. CONCLUSIONES

APENDICE A APENDICE B APENDICE C

Informacin del Proyecto. Informes del RoadLink. Informacin de la TSC1.

CAPTULO 1. INTRODUCCION

1.1.-ANTECEDENTES.

En el desarrollo de un proyecto Vial, en cuanto a su primera etapa de estudio y posterior ejecucin, se ha utilizado un sistema de trabajo que ha permanecido constante en el ltimo tiempo.

Respecto a la tecnologa utilizada en el desarrollo de este sistema de trabajo, desde un tiempo a esta parte ha presentado una rpida evolucin, por lo que se hace indispensable estar en constante renovacin y actualizacin de conocimientos. Para el Ingeniero de Ejecucin en Geomensura esto se representa especialmente con los nuevos avances en la Tecnologa GPS y los distintos software de procesamiento diseados para estos equipos.

En la actualidad existe una gran gama de software para GPS presentes en el mercado, los cuales han surgido a la par con los distintos modelos y marcas de equipos de esta tecnologa satelital.

Las empresas que proporcionan estos software, que en un principio los disearon solamente para el procesamiento de observaciones GPS, buscan hoy incorporar nuevos mdulos para dar solucin a las distintas reas donde se puede aplicar esta tecnologa, encontrndose entre otras la Topogrfica, especialmente en el diseo Geomtrico de Caminos, lo que facilita y agiliza el trabajo del Ingeniero en Geomensura.

Esta tecnologa GPS, que ya permite ser aplicada en algunas labores topogrficas, esta siendo adquirida por las distintas empresas que se dedican a la ejecucin de proyectos viales.

Adems en la actualidad el Ministerio de Obras Pblicas (M.O.P.) a travs de la Direccin de Vialidad, con el fin de georreferenciar cada trabajo que se realice en forma planimtrica, est exigiendo la materializacin de cuatro puntos GPS, dos al comienzo y al final del camino o tramo de este, debiendo ser cada par de puntos intervisibles entre s, para ser ocupados como lnea base de partida y de cierre de las poligonales que se generen desde estas bases, para el arrastre de coordenadas y generacin de puntos de referencia coordenados, y posterior replanteo del eje del proyecto vial. Considera adems en presentes y futuros trabajos, la materializacin de puntos GPS a una distancia aproximada no mayor a 5 Km. lo que permitir un mayor control del proyecto y de apoyo en posible tramos complicados del trazado. Esto est representado en la ltima actualizacin del Manual de Carreteras, en el captulo referido a las normas y consideraciones de GPS en proyectos viales.

Con el desarrollo de este trabajo de titulacin se pretende incorporar estas nuevas herramientas de trabajo en los futuros proyectos de vialidad, para lo cual se buscar alcanzar los objetivos expuestos a continuacin.

1.2.-OBJETIVOS.

Como objetivo general, se plantea:

Poner en funcionamiento dos herramientas de trabajo, que estn a la altura tecnolgica de hoy en da, en una rea de la Geomensura, especficamente en Topografa de Caminos. Tales herramientas corresponden al Software Trimble Geomatics Office, especficamente su modulo de Roadlink, el cual est orientado a caminos y al Sistema de Posicionamiento Global (G.P.S.) en Tiempo Real.

Junto con utilizar estas tecnologas se pretende obtener un mejor manejo de informacin tanto en gabinete como en terreno, de forma rpida y simple, alcanzando las precisiones establecidas en los trabajos de Vialidad segn el Manual de Carreteras.

Como objetivos especficos derivados del principal, se plantean: Dar a conocer el software Roadlink, explicando las herramientas que nos ofrece. Confeccionar el Diseo Geomtrico de un camino en el Software, mediante la informacin de un proyecto existente. Explicar la metodologa a emplear con la tecnologa GPS en tiempo real (RTK), para realizar el replanteo de la informacin obtenida del software. Anlisis de resultados obtenidos.

1.3.-HIPOTESIS DEL TRABAJO.

Como Hiptesis del trabajo, se plantea que: La constante actualizacin y utilizacin de los nuevos recursos modernos que apuntan al rea de Vialidad, representados por la tecnologa GPS y una gama de software de aplicacin, facilitarn y optimizarn las labores de diseo y replanteo a la hora de ejecutar un proyecto de camino.

1.4.-CONTRIBUCION ESPERADA.Con el desarrollo de este tema, se pretende dar a conocer lo que significa contar con una gran herramienta de trabajo que permite optimizar las labores en un proyecto vial, representada por la unin de un software especializado en caminos con la tecnologa GPS, con el fin de que sea incluida en la planificacin de futuros proyectos. Adems se busca aumentar los conocimientos del Ingeniero Geomensor en cuanto a las alternativas que tenga este para llevar a cabo un trabajo requerido. El producto a obtener constar de un trabajo escrito y grfico en el que se mostrar como interactan el software RoadLink y un equipo GPS con metodologa de medicin RTK, en las labores de Diseo y Replanteo de un Proyecto de Caminos, a modo de referencia y apoyo a futuros trabajos relacionados al tema.

CAPTULO 2. FUNDAMENTOS TEORICOS DE G.P.S.

2.1.- INTRODUCCIN.

A principio de los aos 60 los departamentos de defensa, transporte y la agencia espacial norteamericana (NASA.), tomaron inters en desarrollar un sistema para determinar la posicin de un punto basado en satlites. El sistema deba cumplir los requisitos de globalidad, continuidad y alto dinamismo. Esto produjo una fuerte inversin sobre estas tecnologas de parte de EE.UU. y la ex U.R.S.S.

As se conceba por parte de los Estados Unidos el sistema NAVSTAR formado por un determinado nmero de satlites en rbita media. El primero se lanz en 1978, y en diciembre de 1983 se declar la fase operativa inicial. El objetivo del sistema era ofrecer a las fuerzas de los EE.UU. y principalmente a la Marina de Guerra, la posibilidad de posicionarse (disponer de la posicin geogrfica) de forma autnoma o individual. La iniciativa, financiacin y explotacin corrieron a cargo del Departamento de Defensa de los EE.UU. por lo que se concibi como un sistema militar estratgico. Gradualmente se comenz a ofrecer a los usuarios civiles cierto nivel de uso de GPS, llegando finalmente a ceder el uso global y sin restricciones temporales, con esto aparecieron los equipos adecuados para captar estas seales de los satlites, de esta forma se consegua un retorno a la economa de los EE.UU. Adems supona un gran liderazgo tecnolgico originando un vertiginoso mercado de aplicaciones.

2.2.- COMPOSICION DEL SISTEMA.

2.2.1.- DESCRIPCIN. A la fecha, el sistema G.P.S. (Global Positioning System) o Sistema de Posicionamiento Global, consiste en un total de 27 satlites principales, 24 activos y 3 de repuestos, inclinados en 55 (con relacin al Ecuador), en 6 planos orbitales (cada 60 de longitud), de 12 horas, circulando para transmitir las seales de navegacin a una altura de 20.200 Km; lo cual asegura una cobertura en toda la superficie terrestre durante las 24 horas de operacin efectiva, adems cuenta con un sistema de control en tierra y los equipos receptores de los distintos usuarios.

Los satlites emiten seales de radios, de ruido pseudoaleatorio de amplio espectro. Las seales transmitidas por los satlites consisten en dos portadoras L1 y L2, de frecuencias 1575.42 y 1227.60 Mhz respectivamente, ambas provienen de relojes atmicos altamente estable. Desde los satlites es transmitido el mensaje de navegacin modulado en ambas frecuencias con informacin de efemrides de los satlites (que es la posicin de ste en cada instante), el tiempo G.P.S., el error de reloj y el estado del satlite.

La seal tambin es modulada en 2 cdigos al ser multiplicada por una sucesin de +1 o -1 que pertenecen a 2 cdigos denominados " Coarse Acquisition" C/A y " P" (protegido o preciso). Estos cdigos cumplen con la funcin de encriptar la informacin, ya que al multiplicar por una rpida sucesin de positivos y negativos, la convierte en ruido pseudoaleatorio (PRN).

En la frecuencia L1 se transporta el cdigo C/A el que no tiene restriccin en su uso. En l se repite cada 1 milisegundo la sucesin ya descrita, por esta razn se la ha denominado de acceso rpido ya que el receptor generando el mismo cdigo que el satlite puede rpidamente poner su propia frecuencia en fase con una secuencia recibida y al desplazar su propio cdigo 1 milisegundo, se encontrar exacto con el cdigo recibido.

El cdigo "P" en cambio que se transmite en frecuencia L1 y L2, se genera para un ciclo mucho ms largo de 267 das y en cada satlite se graba cada semana una porcin de cdigo P distinta. A travs de este mensaje de navegacin es posible saber que tramo del cdigo P estn generando los satlites en un determinado momento. El cdigo P es cambiado para ocultarlo en un cdigo "Y" de manera que no se tenga acceso a la informacin por ser de uso militar, a menos que se tenga un receptor con este cdigo incorporado.

2.2.2.- CONFIGURACION. El sistema G.P.S esta constituido por tres segmentos. Los Satlites El Sistema de Control Los Receptores

2.3.- FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA.El sistema basa su funcionamiento en cinco principios bsicos:

1. Realizacin de una Trilateracin desde las antenas de los receptores a los satlites. 2. Medicin de la distancia entre antena y satlite mediante el tiempo de viaje de las radios seales. 3. Determinacin precisa del tiempo. Cada satlite cuenta con cuatro relojes atmicos ms dos relojes por cada receptor. 4. Tener totalmente determinadas las posiciones de los satlites para cualquier instante de tiempo, es decir efemrides. 5. Aplicar las respectivas correcciones determinadas al retardo que sufre la seal al cruzar las distintas capas de la atmsfera que cubre la tierra.

2.3.1- MEDICIN DE DISTANCIA A UN SATLITE. La manera de cmo el sistema encuentra la posicin interceptando tres esferas es segn la distancia entre receptor y satlite, pero para esto es necesario conocer esta distancia. El sistema de Posicionamiento funciona de dos maneras dependiendo del observable en uso, en funcin del receptor que se posea. Los observables son los cdigos o la fase portadora.

2.3.1.1.- Cdigo. Existe una diferencia de tiempo entre el momento en que se genera el cdigo (C/A) en el satlite y cuando se lo recibe en la antena GPS. Las medidas de cdigo hacen que se pueda registrar esta diferencia de tiempo, lo cual no es nada ms que la demora de la seal entre el satlite y el receptor.

RECEPTOR

SATELITE Diferencia de Tiempo

Figura 2.1 DIFERENCIA DE TIEMPO EN QUE LLEGA LA SEAL DEL SATLITE AL RECEPTOR.

Dichas medidas se multiplican por la velocidad de la luz (300.000 Km/s), permitiendo determinar la distancia, mediante la formula:

Velocidad de la luz = Distancia / tiempo

(2.1)

La precisin obtenida en la posicin de un punto al medir la distancia por cdigo es baja debido a factores como la refraccin que sufren las seales magnticas por su paso por las capas de la atmsfera. Al suponer la velocidad de la luz en los clculos se obtiene una pseudodistancia.

2.3.1.2.- Fase Portadora.

Los receptores GPS de categora topogrfica miden la diferencia de fase de la onda portadora. La longitud de onda portadora es conocida, 19 cm para L1 y 24 cm para L2, siendo fcilmente medidas cada 1 milmetro a diferencia de la cantidad de ondas completas o ciclos de la onda. Esta incgnita es conocida como "ambigedad" (conjunto de ciclos exactos de onda medidos desde el satlite al receptor ms la diferencia de fase); y con ambas variables podramos saber el largo de la distancia entre satlite y receptor requerida, la cual se obtiene, explicada de manera simple, contando el nmero de ciclos (N) multiplicado por su longitud ().

La determinacin del nmero total de ciclos entre la antena y el satlite se conoce como la bsqueda de la ambigedad de los nmeros enteros. Para las mediciones con post-procesamiento que requieren una precisin de orden centimtrico, el entero se determina durante el post-procesamiento. Para las mediciones en tiempo real que necesitan una precisin de orden centimtrico, el entero se determina durante la inicializacin.

Como consecuencia se elimina la ambigedad inicial, dejando el nmero de ciclos en un nmero entero con el que se puede obtener la distancia sabiendo la longitud de onda, la cual es conocida.

Los relojes de los satlites NAVSTAR estn sincronizados al sistema horario GPS. Si el receptor estuviera equipado con un reloj preciso, sincronizado perfectamente con el sistema horario GPS, medira la verdadera distancia satlite receptor. Efectuando mediciones simultneas a tres satlites, la posicin del observador estara definida por la interseccin de tres esferas de radio conocido, centrada en cada satlite.

Figura 2.2 INTERSECCION DE LAS PSEUDODISTANCIAS.

Normalmente, los receptores estarn equipados con un reloj de cristal, el que no necesariamente mantendr la misma hora de los relojes ms estables de los satlites. Consecuentemente, la medicin de distancias estar contaminada por el error del reloj receptor. Esta cantidad es referida como pseudodistancia y requiere que el observador rastree 4 satlites y resuelva 4 ecuaciones para las 4 incgnitas: las componentes de la posicin tridimensional del observador y el error del reloj del receptor. Obtendremos la ecuacin de un esferoide (1 ecuacin por cada satlite). (r1 - )2 = (x x1)2 + (y y1)2 + (z z1)2. (r2 - )2 = (x x2)2 + (y y2)2 + (z z2)2. (r3 - )2 = (x x3)2 + (y y3)2 + (z z3)2. (r4 - )2 = (x x4)2 + (y y4)2 + (z z4)2. Donde: (2.2)

ri (x,y,z)

= error del reloj receptor = pseudodistancia del satlite i al receptor = posicin 3D de la antena

(xi,yi,zi) = posicin 3D del satlite i

La interseccin de todos estos esferoides da la posicin del usuario.

2.4.- FUENTES DE ERROR.Se clasifican en manejables e inherentes:

2.4.1.- ERRORES MANEJABLES.

2.4.1.1.- Dilucin de Precisin. La geometra ser mejor en la medida que los satlites que esta usando el receptor, estn lo ms ampliamente distribuidos sobre el horizonte. Si hay geometra satelital pobre, el PDOP (Dilucin de precisin en posicin) magnificar los errores en las mediciones de pseudodistancia. Los valores de PDOP se indican a travs de un factor numrico, considerndose en general un factor igual o menor que 5 como apropiado.

2.4.1.2.- Multi-Trayectoria. La antena debe recibir las seales directamente del satlite, ya que el principio de medicin consiste en determinar la distancia satlite receptor. Sin embargo, la antena puede recibir seales que se han reflejado en alguna superficie. Con el fin de evitar este efecto, las antenas geodsicas llevan un plato de aislante que ayuda a que estas seales reflejadas no lleguen hasta la antena.

2.4.1.3.- Instalacin. Los cuidados al momento de instalar la antena sobre la estacin a medir, bsicamente son los mismos que se debe tener con un equipo de Geomensura convencional.

2.4.2.- ERRORES INHERENTES. 2.4.2.1.- Observable. De acuerdo al tipo de lectura que puede realizar el receptor, se tiene un error de nivel mtrico para mediciones con el cdigo C/A y de nivel milimtrico para mediciones con la fase de la onda portadora.

2.4.2.2.- Refraccin. Este error es introducido cuando la seal del satlite pasa a travs de la atmsfera, encontrndose con la Troposfera y la Ionosfera, las que afectan la onda, producindose un cambio de velocidad o retraso. La mayor parte de este error se produce al cruzar la Ionosfera, capa superior de la Atmsfera que posee una gran cantidad de partculas cargadas electrnicamente.

2.5.- METODOLOGIA DE TRABAJO.

2.5.1.- MTODO INDIVIDUAL O ABSOLUTO. En este mtodo absoluto se encuentran todos los trabajos que utilizan un solo equipo G.P.S. (generalmente de tipo navegador) en tiempo real, por lo que posee la ventaja de dar las coordenadas en terreno. La desventaja es que se obtiene poca precisin en los resultados (20 metros), por esto es usado en aplicaciones que no requieran una gran precisin como la navegacin, posicionamiento en terreno aproximado, ubicacin escala 1:50.000 o menores.

2.5.2.- MTODO DIFERENCIAL. Este mtodo se ideo con el fin combatir los errores intencionales que afectaban el sistema hasta el 1 de Mayo del 2000 producto de la Disponibilidad Selectiva (S.A.). Se comprob que estos errores son comunes a todos los equipos GPS que estn operando en el mismo instante y con los mismos satlites. De all se ideo el mtodo diferencial que utiliza a lo menos 2 equipos operando en forma simultnea. Uno de ellos es instalado en una estacin con coordenadas conocidas (BASE) mientras que el segundo equipo (o ms) se desplaza a los puntos desconocidos (MOVIL o REMOTO). El mtodo diferencial da la posibilidad de aplicar 2 modalidades post-proceso y tiempo real.

2.5.2.1.-MTODO DIFERENCIAL EN POST PROCESO. En el mtodo diferencial en Post-Procesamiento los receptores almacenan informacin satelital simultnea en forma independiente durante un determinado periodo de tiempo, para luego vaciar y combinar la informacin en un computador donde con un software especializado realiza el proceso de los datos para el clculo de las coordenadas de l o los equipos mviles.

En la topografa el GPS convencional post-proceso resulta ideal para levantamientos de control de la ms alta precisin, particularmente cuando se miden lneas base y los tiempos de observacin son largos. Puede emplearse tambin para levantamientos de detalle y topogrficos cuando, por ejemplo a causa de obstrucciones no se puede usar un radio modem.

2.5.2.2.-Mtodo Diferencial en Tiempo Real. En tiempo real se requiere un constante enlace de comunicacin por radio entre equipo mvil y equipo base. El equipo base debe conectarse a un MODEM-radio transmisor que permita enviar la informacin que esta recogiendo hacia el equipo mvil el que cuenta con un MODEM-radio receptor, verificando la diferencia que se genera entre las coordenadas conocidas y las ledas, para as calcular las coordenadas en tiempo real al punto a coordenar.

Para realizar un levantamiento con G.P.S. en tiempo real se necesita que a lo menos se tenga la cantidad de 4 satlites en orbita captados por un receptor base, adems de una buena geometra de estos (PDOP); dicho receptor debe estar en un punto con coordenadas conocidas. Tambin se necesita otro receptor mvil el cual se ubicar en el punto a coordenar. Estos receptores (base y mvil) deben recibir la informacin de los mismos satlites, a un mismo intervalo de grabacin para poder orientar estos puntos en la superficie terrestre obteniendo as un azimut y distancia del vector.

Los equipos que utilizan esta modalidad en tiempo real permiten proporcionar la informacin a travs de una libreta colectora de datos en el mismo instante de la medicin, coordenadas de gran precisin producto de la resolucin y fijacin de las ambigedades al comienzo de la medicin, estas se solucionan en todo el tiempo que dure las mediciones, lo que se logra con la ayuda de la seal de radio, que mantiene en contacto las dos estaciones base y mvil.

En caso de que existan menos de 4 satlites comunes en cualquier momento de la medicin no se podrn resolver las ambigedades, por lo que se debe tener cuidado de no perder conexin con stos. En caso de producirse, se deber inicializar nuevamente.

2.5.2.2.1.- Como Trabaja la Metodologa RTK.

Esta metodologa de operacin nos permite obtener la posicin precisa de un punto determinado por un receptor mvil, respecto de un receptor base de referencia que se encuentra midiendo sobre un punto de coordenadas conocidas, obtenindose una precisin centimtrica. La gran diferencia con el mtodo cinemtico post-proceso es que la obtencin de la informacin es instantnea, lo cual permite realizar las labores de replanteo en un proyecto de precisin topogrfica.

2.5.2.2.2.- Configuracin para RTK. Equipamiento Base Receptor Geodsico G.P.S. de simple o doble frecuencia. Antena G.P.S. Sistema de Radio Modem. Antena de Radio Base. Bateras. Accesorios.

Equipamiento Mvil Receptor Geodsico G.P.S. de simple o doble frecuencia. Antena G.P.S. Sistema de Radio Modem. Antena de Radio Mvil. Bateras. Accesorios. La radio de la estacin base de referencia permite transmitir hacia la estacin o estaciones mviles las observaciones a los satlites. El sistema G.P.S. en tiempo real requiere de una inicializacin de los receptores mviles. Si las seales de los satlites son bloqueadas momentneamente, se debe regresar a un punto de coordenadas conocidas para reiniciar el sistema, o realizar una inicializacin en movimiento (OTF) si lo permite el receptor. Ambos sistemas realizan sus mediciones individualmente, pero bajo los criterios del mtodo cinemtico, es decir la visualizacin de los mismos satlites a un mismo intervalo de grabacin, y una vez que el receptor mvil recibe las seales de radio desde la estacin base, se realiza el clculo interno obtenindose las correcciones instantneas de la medicin, por lo tanto se determina la posicin de la estacin mvil respecto a un sistema de referencia determinado.

La obtencin de la solucin y medicin de distancias en RTK, es mediante la medicin de la fase de la onda portadora, es decir, la solucin de las ambigedades. Una vez recibida la informacin por el receptor mvil, este realiza el procesamiento diferencial de manera instantnea, determinando el vector topocntrico entre ambos receptores.

2.5.2.2.3.- Inicializacin de los Equipos. La inicializacin de los equipos receptores mediante la metodologa RTK, se realiza con el propsito de resolver y fijar las ambigedades, lo cual deben hacer todos los equipos GPS que trabajen para obtener precisiones centimtricas.

Para poder realizar este procedimiento se necesita conocer el vector asociado a una lnea, la cual tiene puntos de buena precisin. Hoy en da, los equipos permiten realizar un tipo de inicializacin mediante una tcnica llamada OTF (On The Fly), la cual permite fijar las ambigedades sin necesidad de buscar puntos con coordenadas conocidas. Esta modalidad presenta una gran ventaja ya que permite buscar un lugar adecuado de inicializacin, donde por ejemplo no se presente problemas de captacin de satlites entre otros.

2.5.2.3.- Ventajas en tiempo real.

- GPS en tiempo real es la tcnica perfecta para llevar a cabo levantamiento de control locales de detalle, de ingeniera civil, topogrficos y replanteos en reas abiertas y pequeas donde apenas haya obstrucciones que eviten el empleo de un radio modem. - GPS en tiempo real ofrece los resultados all donde est operando. Dado la calidad de las medidas se ve de inmediato, si se desea, pueden efectuarse controles al instante. - Una vez estacionada la referencia, para el manejo del receptor mvil slo se necesita un operador. - En cuanto empieza a transmitir la estacin de referencia, una nica persona puede llevar a cabo un trabajo completo en tiempo real. - En la misma rea pueden trabajar simultneamente y de forma independiente diversas estaciones mviles. Para ello se apoyan en la misma estacin de referencia.

2.6.- TIPOS DE RECEPTORES.

Se pueden clasificar en 2 grandes grupos:

2.6.1.- EQUIPOS NAVEGADORES.

Estos equipos hacen uso del cdigo C/A para medir en tiempo real las pseudodistancias, usan el tipo de medicin individual, con un mnimo de cuatro satlites para coordenadas 3D con tres satlites para entregar posicin en 2D. Tienen la ventaja de mostrar las coordenadas directamente en terreno, pero al ocupar una metodologa individual no entrega buenas precisiones lo que restringe su campo de aplicacin a trabajos que no requieran gran exactitud.

2.6.2.- EQUIPOS GEODSICOS. Estos equipos hacen uso de la fase portadora, lo que permite todo tipo de aplicaciones de precisin con especificaciones tpicas de 1 cm. + 1 ppm. Tambin hacen uso del cdigo C/A por lo que permite todas las aplicaciones de los equipos navegadores. Los equipos Geodsicos operando en modo diferencial distinguen tres tipos de frecuencia:

Frecuencia Simple (L1): recomendables para distancias no mayores a 25 Km.

Frecuencia Doble (L1 y L2): al poder resolver las demoras ionosfricas, pueden medir a cualquier distancia mientras tengan un mnimo de cuatro satlites comunes con buena geometra.

Frecuencia Doble con cdigo P(Y): permiten adems aplicaciones de precisin con una alta productividad.

2.7.- SISTEMAS DE REFERENCIA. El usuario recibe la informacin de posicin, brindada por el receptor, referida a un Sistema de Coordenadas. Las orbitas de los satlites estn referidas a un Sistema Geocntrico, es decir un sistema en donde se considera el centro de masa de la Tierra, como el origen de los tres ejes coordenados (X,Y,Z). El Sistema de Referencia Mundial que fue diseado precisamente para servir como Datum para el GPS, el cual proporciona entre otras informaciones un Modelo Geoidal o mapa de alturas es el WGS-84. Los modelos elipsoidales de representacin de la tierra, se utilizan por cada nacin segn el que mejor se adopte a su superficie. As se tiene que en nuestro pas se utilizan fundamentalmente dos elipsoides: el internacional de 1924 y el SAD-69.

Estos elipsoides no son geocntricos y estn asociados al datum PSAD56 y SAD-69 respectivamente. Los parmetros de estos elipsoides, definidos por su semieje mayor (a) y su achatamiento (f), son los siguientes: Elipsoide WGS-84 a = 6.378.137 m. f = 1/298,257... Elipsoide PSAD-56 a = 6.378.388 m. f = 1/297,000 Elipsoide SAD-69 a = 6.378.160 m. f = 1/298,250

Las coordenadas que se obtengan para un mismo punto sern diferentes para cada Datum. Por lo tanto, es necesario realizar una transformacin de las coordenadas para trasladarlas de un sistema a otro mediante un mtodo de transformacin de coordenadas como Molodensky, Siete Parmetros, etc.

CAPTULO 3. FUNDAMENTO TEORICO PARA EL DISEO GEOMETRICO DE ALINEAMIENTOS.3.1.- ALINEAMIENTO HORIZONTAL. 3.1.1.- INTRODUCCION. Una carretera es una obra tridimensional, cuyos elementos quedan definidos mediante sus proyecciones sobre cada uno de los planos ortogonales de referencia: Planta, Elevacin y Seccin Transversal. El elemento bsico para tal definicin es el eje de la va, cuyas proyecciones en planta y elevacin constituyen los alineamientos horizontal y vertical, respectivamente. Estos alineamientos deben cumplir con una serie de normas y recomendaciones. Estas pretenden conciliar la conveniencia econmica de adaptarlos lo ms posible al terreno, con las exigencias tcnicas requeridas para posibilitar desplazamientos seguros de un conjunto de vehculos, a una cierta Velocidad (de Diseo). La eleccin y definicin de los alineamientos y de sus combinaciones, reguladas y normalizadas segn una Instruccin de Diseo, constituye el trazado del eje y, por extensin, de la carrera.

3.1.2.- ASPECTOS GENERALES.

3.1.2.1.- Controles del Alineamiento. El alineamiento horizontal deber permitir una operacin segura y continua a la velocidad de diseo, cuando los volmenes de trnsito no controlan la velocidad de operacin. En aquellos sectores particulares en que por excepcin deba limitarse la velocidad, o si al variar la topografa se opta por cambiar la velocidad de diseo, ello deber quedar claramente especificado en los planos y sealizado en el terreno.

Las normas que se indican ms adelante se aplican a la combinacin de elementos rectos y curvos de caminos bidireccionales y unidireccionales, excepto cuando se haga la salvedad correspondiente.

Las principales consideraciones que controlan el diseo del alineamiento horizontal son: Categora del camino, Topografa, Velocidad de diseo, Seguridad, Pendiente longitudinal y Costo de construccin. Todos estos elementos deben conjugarse de manera tal que el alineamiento resultante sea el ms seguro y econmico, en armona con los contornos naturales y al mismo tiempo adecuado a la categora, segn la Clasificacin para Diseo.

El alineamiento horizontal deber proporcionar en todo al trazado a lo menos la distancia mnima de visibilidad de parada, de acuerdo a lo establecido en el Manual de Carreteras del M.O.P. seccin 3.202.2

3.1.2.2.- Eje en Planta. Si el proyecto consulta calzada nica, en la mayora de los casos el eje en planta ser el eje de simetra de la calzada de seccin normal, prescindiendo de los posibles ensanches o pistas auxiliares que puedan existir en ciertos sectores. En carreteras unidireccionales con calzadas separadas, cada una de ellas puede requerir su propio eje en planta. En casos especiales el o los ejes pueden localizarse en alguno de los bordes de la(s) calzada(s) o bien en el centro de la mediana.

3.1.2.3.-Elementos de la Alineacin Horizontal. La planta de una carretera queda definida, en lo general, por una sucesin de alineamientos rectos enlazados por curvas. Estas podrn ser: Circulares, La parte central circular y dos arcos de enlace, Otras combinaciones de arco circular y arco de enlace. Podr tambin suprimirse la alineacin recta y el trazado quedar reducido a una sucesin de curvas.

3.1.3.- ALINEAMIENTO RECTO. Salvo en zonas desrticas o estepas, o bien cuando el trazado deba desarrollarse obligatoriamente paralelo a una va ferroviaria, los grandes alineamientos rectos no se dan en forma natural. Pretender incorporarlos al trazado implica por lo general movimientos de tierra innecesarios. Adems, ellos producen inconvenientes operativos.

3.1.3.1.- Longitudes mnimas en recta. Entre dos curvas circulares de distinto sentido se deber mantener un tramo en recta que permita desarrollar adecuadamente la transicin del peralte. Si estas curvas circulares poseen curvas de enlace no ser indispensable dejar un tramo recto entre el trmino de una curva de enlace y el inicio de la siguiente. Entre curvas del mismo sentido es conveniente, por razones de guiado ptico, y por tanto de seguridad, dejar un tramo en recta, cuya longitud se muestra en la tabla 3.1. TABLA 3.1 ESPACIO EN RECTA ENTRE CURVAS DEL MISMO SENTIDO V (K/h) Lr min 30 40 40 55 50 70 60 85 70 100 80 110 90 125 100 140 110 155 120 170

Fuente: MANUAL DE CARRETERAS VOLUMEN 3 V (K/h)= Velocidad de diseo Lr min = Longitud de recta mnima.

3.1.3.2.- Longitudes mximas en recta.

Se evitarn, siempre que sea posible, longitudes en recta superiores a: Lr (m) = 20 * V (K/Ph) (3.1)

Lr = Largo en metros de la Alineacin Recta. V = Velocidad de Diseo de la Carretera.

En caminos bidireccionales de dos pistas, a diferencia de lo que ocurre en carreteras unidireccionales, la necesidad de proveer secciones con visibilidad adecuada para adelantar, justifica una utilizacin de rectas importantes. Sin embargo, rectas de longitud comprendida entre 8*V y 10*V, enlazadas por curvas amplias, cubren adecuadamente esta necesidad.

3.1.4.- CURVAS CIRCULARES Las curvas circulares pueden ser simples cuando tienen un solo radio y compuestas cuando tienen dos sectores de curvas de distinto radio, curvas revertidas son curvas de igual o distinto radio pero de distinto sentido.

3.1.4.1.- Elementos de la Curva Circular.

Figura 3.1 ELEMENTOS DE LA CURVA CIRCULAR

Donde: Vn = Vrtice; punto de interseccin de dos alineaciones consecutivas del trazado. = Angulo entre dos alineaciones, medido a partir de la alineacin de entrada, en el sentido de los punteros del reloj, hasta la alineacin de salida. = Angulo de Deflexin entre ambas alineaciones, que se repite como ngulo del centro subtendido por el arco circular. R = Radio de Curvatura del arco de crculo (m).

T = Tangentes; distancias iguales entre vrtices y los puntos de tangencia del arco de crculo con las alineaciones de entrada y salida (m). Determinan el principio de curva (PC) y el final de curva (FC). S D E = Bisectriz; distancia desde el vrtice al punto medio (MC) del arco de crculo (m). = Desarrollo; longitud del arco de crculo entre los puntos de tangencia PC y FC (m). = Ensanche; Sobreancho que pueden requerir las curvas para compensar el aumento de glibo lateral que experimentan los vehculos al describir la curva (m). Las medidas angulares se expresan en grados centesimales (g) Las formulas que definen a estos elementos presentes en la curva circular son: T = R * tg /2 S = R ( sec /2 1 ) D= *R* 200 (3.2) (3.3) (3.4)

3.1.4.2.- Radios Mnimos Absolutos. Los radios mnimos absolutos para cada velocidad de diseo, calculados bajo el criterio de seguridad ante el deslizamiento, estn dados por la expresin: Rm = V2 127 (Pmx + max) Donde: Rm Pmx max V = Velocidad de diseo _ (3.5)

= Radio mnimo absoluto = Peralte mximo asociado a V (en tanto por uno) = Coeficiente de friccin transversal mximo asociado a V TABLA 3.2

RADIOS MINIMOS ABSOLUTOS EN CURVA CIRCULAR V (K/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 t mx. 0.16 0.16 0.16 0.15 0.15 0.14 0.13 0.13 0.12 0.11 P mx. (%) 8 8 8 7.5 7.5 7 6.5 6.5 6 5.5 R min 30 55 80 125 170 240 330 400 530 700

Fuente: MANUAL DE CARRETERAS VOLUMEN 3

3.1.4.3.- Criterios Generales de Diseo en Curvas Circulares. Al seleccionar una cierta curva circular para enlazar dos alineaciones, el peralte y el desarrollo quedan establecidos. Este peralte, en combinacin con la pendiente longitudinal del sector, determinan la lnea de mxima pendiente. Las normas y recomendaciones que se dan a continuacin cubren estos diferentes aspectos y sus interrelaciones.

a) Peralte y Friccin en Radios sobre el Mnimo: Elegido un radio adecuado a la situacin que se est resolviendo, el peralte a utilizar se obtendr del baco representado en la figura 3.2, en donde relaciona el radio, peralte y friccin. Los peraltes de all obtenidos se aproximan al 0,5 % ms prximo sin que exista riesgo de superar los lmites de la friccin admisible.

Dicho baco ha sido elaborado de modo que para cada velocidad de diseo, a radios crecientes corresponden peraltes y friccin lateral decrecientes. La utilizacin por parte del usuario de una menor proporcin de la friccin lateral mxima admisible, redunda en un aumento de la seguridad y comodidad en la operacin. La relacin entre peralte (p) y friccin lateral utilizada (t), corresponde a t = 2p, con lo cual se asegura que la fuerza centrfuga no compensada por el peralte, y que debe ser tomada por la friccin, no supere el 67 % del total.

Cabe hacer notar que no se pueden extrapolar valores del grfico de la figura 3.2 por sobre los peraltes mximos admisibles segn Tabla 3.2, pues en ese caso se superan los valores mximos admisibles para la friccin lateral. Ello est indicado por la lnea Lmite de Friccin que coincide con los Radios Mininos Absolutos, peraltes y friccin mxima correspondientes a cada velocidad de diseo.

Bajo este criterio y dentro del rango de peraltes definidos, la expresin general del clculo para el radio de una curva circular quedar dada por: R = _ V2 _ o bien p% = _ V2 _ (3.6)

3.81 * p%

3.81 * R

El peralte mnimo a utilizar ser el correspondiente al bombeo normal de la calzada en recta, salvo que el radio supere los valores lmites aceptables para curvas.

Figura 3.2 RELACION RADIO PERALTE - FRICCION

b) Desarrollo de curvas circulares: Al seleccionar el radio de una curva circular, el proyectista deber evitar desarrollos demasiado cortos, que resultan antiestticos y molestos para el usuario. Dado que el desarrollo es directamente proporcional al producto del radio por la deflexin de las alineaciones, debern tomarse precauciones en los siguientes casos: Para radios de orden de R mnimo: En este caso se procura que el desarrollo supere los siguientes valores mnimos descritos en la tabla 3.3

TABLA 3.3 DESARROLLO MINIMO DE CURVAS CIRCULARES Para R mn V (K/h) D mn (m) 40 30 50 40 60 50 70 65 80 90 90 115 100 150 110 190 120 250

Fuente: MANUAL DE CARRETERAS VOLUMEN 3

Para Deflexiones < 6g: En ese caso se recomienda utilizar radios muy amplios que

aseguren desarrollos mnimos del orden que indica la Tabla 3.4

TABLA 3.4 DESARROLLO MINIMO DE CURVAS CIRCULARES (m) Para < 6g 2g 140 205 275 3g 125 190 250 4g 115 170 225 5g 100 150 200 6g 90 130 175

(K/h) 40 60 70 90 100 120

Fuente: MANUAL DE CARRETERAS VOLUMEN 3

3.1.4.4.- Desarrollo de Peraltes en Curvas Circulares.

3.1.4.4.1.- Eje de Giro del Peralte

En condiciones normales el giro se dar en torno al eje en planta de la calzada. En casos justificados, tales como intersecciones a nivel o zonas de enlace, el eje de giro podr desplazarse hacia alguno de los bordes de la calzada. En todos estos casos deber examinarse con especial atencin los problemas de drenaje que pueda acarrear una u otra solucin. La adopcin de un eje de giro distinto del eje de la calzada requerir de la autorizacin previa del Departamento de Estudios de la Direccin de Vialidad (D.E.D.V).

3.1.4.4.2.- Longitud del Desarrollo de Peralte La longitud necesaria para lograr el desarrollo del peralte mximo requerido por la curva circular, queda dada por: Caso Normal Con Giro En Eje De La Calzada l=n*a* l n a p p (3.7)

= Longitud de desarrollo de peralte (m) = Nmero de pistas entre eje y borde de la calzada. En caso de asimetra ensanches. = Variacin total de la pendiente transversal de la calzada (%). = Pendiente Relativa de Borde de la calzada, respecto de la pendiente longitudinal del eje de la carretera (%). TABLA 3.5 VALORES ADMISIBLES PARA V (K/h) Normal Mx 1 pista* Mx ms de 1 30 40 0,7 1,5 1,5 50 60 0,6 1,0 1,0 % 110 120 0,35 0,4 0,8 manda el lado ms ancho = Ancho normal de una pista (m). Se prescinde de los posibles

70 - 80 90 - 100 0,5 0,6 0,8 0,35 0,5 0,8

pista**

Fuente: MANUAL DE CARRETERAS VOLUMEN 3 El nmero de pistas se mide a partir del eje de giro de peraltes.

Los valores

Mx. se usarn slo en casos extremos, procurando

utilizar, en casos conflictivos, valores lo ms prximo a lo normal.

Tasa de Giro (tg) = Es la longitud necesaria, expresada en metros, para lograr un giro de 1% en torno al eje. tg = n * a / (3.8)

3.1.4.4.3.- Condicionantes para el Desarrollo del Peralte

a) Proporcin del Peralte a Desarrollar en Recta: Cuando no existe curva de enlace de radio variable entre la recta y la curva circular, el conductor sigue en la mayora de los casos una trayectoria similar a una de estas curvas que se describe parcialmente en una y otra alineacin Lo anterior permite desarrollar una parte del peralte en la recta y otra en la curva. Esto porque en la parte de la recta vecina a la curva el conductor recorre una trayectoria circular que no hace demasiado incmoda una inclinacin transversal mayor que el 2 %, y porque en la parte de la curva vecina a la recta, el vehculo describe un crculo de radio mayor que el de diseo. En ciertas oportunidades, sin embargo, el trnsito en sentido contrario puede restringir la libertad para desarrollar esta maniobra y por tanto el peralte a desarrollar en recta, debe alcanzar a un mnimo que no incremente peligrosamente el coeficiente de friccin transversal a utilizar en el sector Inicial do la curva.

TABLA 3.6 PROPORCION DEL PERALTE A DESARROLLAR EN RECTA

Mnimo P < 4,5 % 0,5 p

Normal P = todos 0,7 p

Mximo P R/3 corresponde al parmetro mnimo que asegura la adecuada percepcin de la existencia de la curva de enlace. Ello implica utilizar un valor mn > 3.5g. La condicin A < R asegura la adecuada percepcin de le existencia de le curva circular. El cumplimiento de estas condicionen se deben verificar para toda velocidad de diseo.

b) Por Condicin de Desarrollo de Peralte. Para velocidades bajo 60 KPH, cuando se utilizan radios del orden del mnimo, o en calzadas de ms de dos pistas, la longitud de la curva de enlace correspondiente a Amn puede resultar menor que la longitud requerida para desarrollar el peralte dentro de la curva de enlace. En estos casos se determinar A, imponiendo la condicin que L (largo de la curva de enlace) sea igual al desarrollo de peralte l, requerido a partir del punto en que la pendiente transversal de la calzada o pista(s) es nula. Para el caso normal de giro de calzada en torno al eje, se tiene: L = l = n * a * p/ Luego: A= n*a*p*R (3.26)

n = Nmero de pistas entre eje y borde de calzada. a = Ancho normal de una pista (m). p = Peralte de la curva circular enlazada (%). (Si se trata de una calzada con pendiente transversal nica y el bombeo coincide con el sentido del peralte, p se reemplazar por (p b) en la frmula 3.26 = Pendiente Relativa de borde respecto al eje. (Ver Tabla 3.6).

En definitiva la eleccin del parmetro a utilizar en una curva de enlace se realizar considerando los valores y limitaciones que se resumen en la Tabla 3.8 TABLA 3.8 PARAMETROS MINIMOS DE LA CLOTOIDE V (Km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0.4 0.5 Jmx. Normal Amn. = 0.12 V3/J 30 45 60 80 100 135 160 190 220 250Fuente: MANUAL DE CARRETERAS VOLUMEN 3

Condiciones adicionales A > n*a*p*R

R < A 2T ; Dv 2T, normalmente debe ser aumentada por criterio de comodidad y esttica.

d) En curvas verticales convexas o cncavas dei tipo 1 y 3 que muestra la figura 3.5 la Visibilidad de Parada a considerar en el clculo del parmetro corresponde a la distancia de parada de un vehculo circulando a velocidad de diseo en rasante horizontal. Ello en razn de que el recorrido real durante la eventual maniobra de detencin se ejecuta parte en subida y parte en bajada, con lo que existe compensacin del efecto de las pendientes. En curvas verticales del tipo 2 y 4 que muestra la figura 3.5 el trnsito de bajada requiere una mayor distancia de visibilidad de parada, que resulta significativa pora pendientes sobre 6%, en velocidades bajo 60 Km/h y 4% para velocidades sobre 70 Km/h. En estos casos el parmetro de la curva adoptando la distancia de visibilidad corregida, o bien eligiendo el parmetro correspondiente a V + 10 Km/h, que da un margen de seguridad adecuado.

Figura 3.5 CURVAS CONVEXAS Y CONCAVAS

3.2.4.3.- Parmetros mnimos por Visibilidad de Parada.

3.2.4.3.1.- Curvas Verticales Convexas. Se considera la visibilidad de parada sobre un obstculo fijo situado sobre la pista de trnsito y la altura de los ojos del conductor sobre la rasante de esta pista. El parmetro queda dado por:

Kv = Dp2/2 * ( h1

+

h2

)

(3.42)

Kv = Parmetro Curva Vertical Convexa (m). Dp = Distancia de Parada f(v) (m). h1 = Altura Ojos del Conductor = 1.15 m. h2 = Altura Obstculo Fijo = 0.15 m. Luego: Kv = Dp2/4.26 (3.43)

3.2.4.3.2.- Curvas Verticales Cncavas. Se considera la visibilidad de parada nocturna sobre un obstculo fijo que debe quedar dentro de la zona iluminada por los faros del vehculo.

El parmetro queda dado por: Kc = Dp2/2 (h + Dp sen ) (3.44)

Kc = Parmetro Curva Vertical Concava (m). Dp = Distancia de Parada f(v) (m). h = Altura focos del vehculo = 0.6 m. = Angulo de abertura haz luminoso respecto de su eje = 1 Luego: Kc = Dp2/ (1,2 + 0.035 Dp) TABLA 3.11 PARAMETROS MINIMOS EN CURVAS VERTICALES POR CRITERIO VISIBILIDAD DE PARADA (3.45)

V (km/h) Kv (m) Kc (m)

30 300 400

40 400 700

50 800 100 0

60

70

80

90

100

110

120

1400 2200 3500 5000 7200 10500 15000 1500 2000 2700 3400 4200 5200 6300

Fuente: MANUAL DE CARRETERAS VOLUMEN 3

3.2.4.4.- Longitud mnima de Curvas Verticales. Por condicin de comodidad y esttica, la longitud mnima de las curvas verticales est dada por: 2T(m) > V (Km/h) Es decir, el desarrollo mnimo de la curva vertical ser el correspondiente al nmero de metros que representa la velocidad de diseo de la carretera, expresada en Km/h. En los casos en que la combinacin parmetro mnimo ngulo de deflexin no cumple con esta condicin de desarrollo mnimo, se determinar el parmetro mnimo admisible a partir de: K = 2T Mnimo / =V/ (3.46)

3.2.4.5.- Parmetros mnimos por Visibilidad de Adelantamiento. En este caso, a considerar en caminos bidireccionales, tienen relevancia las curvas verticales convexas, ya que en las cncavas las luces del vehculo en sentido contrario son suficientes para indicar su posicin y no existe obstculo a la visual durante el da a causa de la curva.

El parmetro

mnimo para

curvas

convexas por

condicin de

adelantamiento est dado por: Ka = Da2/2 * ( h1 + h2 )2 (3.45)

Ka = Parmetro Mnimo para Visibilidad Adelantamiento (m). Da = Distancia de Adelantamiento f (v) (m). h1 = Altura ojos conductor = 1,15 (m). h2 = Altura vehculo en un sentido contrario = 1,3 (m). Luego: Ka = Da2/9,8 (3.46)

TABLA 3.12 PARAMETRO MINIMO EN CURVAS VERTICALES CONVEXAS POR CRITERIO VISIBILIDAD DE ADELANTAMIENTO

V (km/h) Ka (m)

30 1500

40 2600

50

60

70

80

90

100

110 23000

4200 6000

8000 11000 14500 18500

Fuente: MANUAL DE CARRETERAS VOLUMEN 3

3.2.4.6.- Elementos de la Curva Vertical. La curva a utilizar en el enlace de rasante, se caracteriza por presentar una variacin constante de la tangente a lo largo del desarrollo, adems de permitir una serie de simplificaciones en sus relaciones geomtricas que la hacen muy prctica para el clculo y replanteo.

Figura 3.6 ELEMENTOS DE CURVA VERTICAL

De la figura anterior se tiene que: = Angulo Deflexin X = Abscisa cualquiera. Y = Ordenada cualquiera. f = Ordenada mxima = (f * X2 ) / T2 (3.47) = (T * ) / 4 (3.48) = i1 i2

2T = Longitud Curva Vertical = K *

3.3.- SECCION TRANSVERSAL.3.3.1.- INTRODUCCION. La Seccin Transversal de una carretera describe las caractersticas geomtricas de esta, segn un plano normal a su eje de replanteo. Dicha seccin transversal vara de un punto a otro de la va, ya que ella resulta de la combinacin de sus distintos elementos constitutivos, cuyos tamaos, formas e interrelaciones dependen de las funciones que ellas cumplan y de las circunstancias del trazado en los puntos considerados. En ella aparecen los elementos fundamentales que normalmente se dan en una carretera tal como plataforma, cunetas, taludes, etc. 3.3.2.- PLATAFORMA Se llama plataforma a la superficie visible de una va formada por su(s) calzada(s), sus bermas, sus sobreanchos de compactacin (s.a.c.) y su mediana, en caso de existir esta ltima como parte de la seccin transversal tipo. El ancho de plataforma ser entonces la suma de los anchos de sus elementos constitutivos.

3.3.2.1.- La Calzada.

Una calzada es una banda material y geomtricamente definida, de tal modo que la superficie pueda soportar cierto transito vehicular y permitir desplazamientos cmodos y seguros de los mismos.

Una calzada est formada por dos o ms pistas. Una pista ser entonces cada una de las divisiones de la calzada que pueda acomodar una fila de vehculos transitando en un sentido.

Las calzadas pueden ser pavimentadas o no. Si son pavimentadas, quedarn comprendidas entre las bermas. Si no existe pavimento, calzada y bermas se confunden y prestan el mismo servicio, sin embargo, desde el punto de vista de la definicin transversal, ellas quedarn limitadas por los sobreanchos de compactacin, cuyas especificaciones tcnicas sern destinadas a las del resto de la plataforma.

3.3.2.1.1.- Anchos de Calzada. El ancho de una calzada depende bsicamente de los volmenes de trnsito que ella pretende acomodar y de la velocidad de diseo de la va.

3.3.2.2.- Bombeos En tramos rectos o en aquellos cuyo radio de curvatura permite el contraperalte, las calzadas debern tener, con el propsito de evacuar las aguas superficiales, una inclinacin transversal mnima o bombeo, que depende del tipo de superficie de rodadura y de los niveles de precipitacin de la zona. La Tabla 3.13 especifica estos valores indicando en algunos casos un rango dentro del cual el proyectista deber moverse, afinando su eleccin segn los matices de la imperantes. TABLA 3.13 BOMBEOS DE LA CALZADA rugosidad de las superficies y de los climas

Pendiente Transversal Tipo de Superficie Pavimento Superior Tratamiento Suprf. Tierra, Chanc. Grava, Precipitacin < 500 mm/ao 2,0 2,5 (1) 3,0 3,5 (1) Precipitacin > 500 mm/ao 2,5 2,5 3,0 3,0 4,0

Fuente: MANUAL DE CARRETERAS VOLUMEN 3(1)

En climas definidamente desrticos se pueden rebajar los bombeos hasta un valor lmite de 2%.

3.3.2.3.- Las Bermas. Las bermas son las franjas que flanquean el pavimento de la(s) calzada(s). Ellas pueden ser tambin pavimentadas, tratadas superficialmente o simplemente estar constituidas por grava, chancado o csped. Las Bermas cumplen cuatro funciones bsicas: proporcionan proteccin al pavimento y a sus capas inferiores, que de otro modo se veran afectadas por la erosin y la inestabilidad; permiten detenciones ocasionales, aseguran una luz libre lateral que acta sociolgicamente sobre los conductores, aumentando de este modo la capacidad de la va, y ofrece espacio adicional para maniobras de emergencia

3.3.2.3.1.- Ancho de Bermas Las bermas debern tener un ancho de bermas que les permitan cumplir al menos la funcin de proteccin del pavimento, o sea, un mnimo de 0,5 m. A medida que la velocidad y los volmenes de diseo crecen, tambin debern hacerlo las bermas hasta completar un ancho de 2,5 m, que permite el estacionamiento de vehculos sin afectar el transito de paso.

3.3.2.3.2.- Pendientes Transversales de las Bermas Las bermas deben tener inclinaciones que permitan un drenaje rpido de las aguas lluvias que caen sobre ellas y de las que llegan desde la calzada. Cuando la berma recibe aguas desde las pistas de circulacin, dichas inclinaciones deben tener unos mnimos dependientes del tipo de material utilizado y de la pluviometra de la zona. Ellos se tabulan en la Tabla 3.14

TABLA 3.14 PENDIENTES DE LAS BERMAS Superficie de las Bermas Pav. o Tratamiento Grava o Chancado Csped Pendientes Transversales Mnimas Pendiente Normal Pendiente Especial 4% 4%-6% 8%Fuente: MANUAL DE CARRETERAS VOLUMEN 3(1)

0 % (1)

Caso especial cuando el peralte de la curva es igual al 8% y la berma

exterior.

3.3.2.4.- Sobreanchos de Compactacin (s.a.c.) La plataforma debe tener un sobreancho de compactacin que permita una compactacin uniforme de la berma propiamente tal, sin riesgos para el operador de la maquinaria. Adems cumple una funcin defensora de la berma al prodigar un soporte lateral y provee de espacio para barreras, sealizacin e iluminacin. Con el fin de no encarecer las obras de tierra, se considera aceptable que este s.a.c. tenga un mnimo de 0,50 m.

CAPTULO 4. FUNDAMENTO LEGAL Y NORMATIVO G.P.S.4.1.- INTRODUCCION.La incorporacin como prctica habitual de trabajo del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), que opera referido a Sistemas Geodsicos, en particular al WGS-84 (World Geodetic System de 1984), hizo necesario considerar en esta versin actualizada del Manual de Carreteras, los conceptos y definiciones de los principales Sistemas de Referencia Geodsicos y sus Ecuaciones de Transformacin (Seccin 2.302), los Sistemas de Proyeccin habitualmente empleados en Chile y sus derivaciones para uso en proyectos Ingeniera (Seccin 2.303), los conceptos operativos del Sistema GPS (Seccin 2.304), las caractersticas de los Instrumentos GPS disponibles en la actualidad (Tpico 2.305.3) y, finalmente, los Mtodos de Medicin Mediante GPS (Secciones 2.312 y 2.313). El presente capitulo es un complemento del Marco Terico, donde se tratar los temas referidos especficamente a las normas estipuladas por los Organismos del Estado que controlan los trabajos referidos a Vialidad, especficamente el Ministerio de Obras Pblicas mediante el Manual de Carreteras. Adems se expondr de forma compacta algunas de las Normas y Consideraciones del uso del G.P.S. segn Manual de Carreteras actualizado del M.O.P.

4.2.- REFERENCIACIN DE LOS ESTUDIOS.Los procedimientos, normas y recomendaciones especificados, se aplicarn a todos los trabajos topogrficos de la Direccin de Vialidad del M.O.P. a excepcin de aquellas partes que resulten modificadas en el contrato mismo. Cuando en un contrato de estudio no se definan explcitamente los aspectos topogrficos se entendern vlidos los procedimientos normas y recomendaciones contenidas en el manual. 4.2.1.- REFERENCIACIN PLANIMETRICA EN TERRENO MEDIANTE GPS. Los trabajos topogrficos para el estudio de obras viales quedarn referidos a bases con coordenadas geodsicas (WGS-84), determinadas mediante GPS. Las caractersticas de dichas bases dependern del Orden de Control del Sistema de Transporte de Coordenadas (STC) que se est implementando. La Base de Referenciacin determinada con GPS deber estar constituida por una Figura Base, figura geomtrica con determinaciones redundantes que permitan su verificacin, tal como un cuadriltero y sus diagonales. Las determinaciones de cada uno de los elementos que forman parte de la figura se deber hacer mediante mediciones independientes y la verificacin de la calidad del cierre se tratar mediante los mtodos y principios que se indican en la Seccin 2.309 TRILATERACIONES, Prrafo 2.309.403 Clculo y Compensacin de un Cuadriltero Aislado.

B

IGM Punto GPS A 1 sesin 2 sesin 3 sesin 4 sesin O

B

D CFigura 4.1 EJEMPLO DE RED GPS (NL = 8 Y NR = 3)

Una Red GPS, compuesta por un cuadriltero completo ligado en dos puntos a la Red GPS Geodsica del IGM, totalizando 8 bases GPS independientes. Considerando que el nmero de lneas determinadas independientemente (NL) en una sesin, respecto al nmero de receptores rastreando simultneamente (NR), est dado por NL = NR 1. 4.2.1.1.- Referenciacin de un STC de Orden Primario. El Orden de Control Primario con una precisin planimtrica de 1:40.000, se reservar para el desarrollo de proyectos viales que requieren de altas precisiones tanto en la etapa de los estudios como en la de replanteo, como: tneles, puentes (> 500 m de estructura compleja), estudios asociados a controles geotcnicos especiales, control de estructuras importantes, y todos aquellos otros que se definan en los Trminos de Referencia Especiales (TRE). Por lo general estas obras no cubrirn extensiones superiores a 5 km, pudiendo en oportunidades extenderse hasta 10 km si se consideran sus accesos inmediatos.

4.2.1.2.- Referenciacin de un STC de Orden Secundario. El Orden de Control Secundario con una precisin planimtrica de 1:20.000, se emplear en la referenciacin de estudios de trazados de todo tipo de carreteras y camino y de sus estructuras, siempre que estas no correspondan al orden primario, y adems para las intersecciones y enlaces, tanto en la etapa de levantamiento del terreno que da origen a planos en escala 1:2.000, 1:1.000 1:500 y la de replanteo de obras. 4.2.1.3.- Referenciacin de un STC de Orden Terciario. El Orden de Control Terciario con una precisin planimtrica de 1:15.000, est destinado a densificar un STC de orden secundario, es decir se deriva de l y se cierra contra l, por lo tanto la longitud del circuito no superar en estos casos los 3 a 4 km y no se requerir una Lnea Base determinada mediante GPS. 4.2.2.- REFERENCIACIN ALTIMTRICA. Los estudios de carretera y caminos estarn referidos al NMM, para lo cul bastar con ligarse a un punto de nivelacin (PN) de la Red altimtrica materializada por el IGM. Si en la zona del estudio no existieran puntos de dicha red, la Direccin de Vialidad podr autorizar se determine la cota de partida de un sistema local, determinndola con GPS, la que deber ser corregida mediante el modelo EGM-96, en tanto no existan en el pas mtodos ms precisos para corregir la cota. Las exigencias y tolerancias del transporte de la coordenada altimtrica se establecen en la Seccin 2.307 del Manual aludido.

4.3.-

CONCEPTOS

RELATIVOS

A

SISTEMAS

DE

REFERENCIA

GEODSICOS. La incorporacin de equipos y programas computacionales aport a las actividades topogrficas ms eficiencia y rapidez, optimizando el procesamiento de datos, as como la produccin de planos, mapas y cartas. Producto de lo anterior, se foment el empleo de Estaciones Totales, del Sistema de Posicionamiento Global GPS, de Sistemas de Informacin Geogrfico SIG y de programas automatizados de diseo CAD entre otros. La incorporacin de los sistemas GPS y SIG al proyecto de las obras viales, hace necesario el conocimiento de conceptos relativos a sistemas de coordenadas en que sea posible asociar sistemas globales, sistemas nacionales y sistemas locales para ingeniera, esto es, los planos deben quedar referidos a sistemas terrestres georeferenciados.

4.3.1.- REFERENCIACIN ASPECTOS NORMATIVOS. En los trabajos de topografa y geodesia para proyectos viales, debe existir absoluta claridad respecto a los sistemas de referencia involucrados. Con el objeto de posibilitar la incorporacin analtica de diferentes levantamientos a un referencial nico (unificacin de datos), los informes tcnicos y planos (analgicos y digitales) deben indicar de forma explcita los sistemas de referencia utilizados, as como los valores de los parmetros de transformacin aplicados. En vista de la prxima implantacin del Sistema SIRGAS por parte del IGM, como referencia geodsica y cartogrfica para Chile y dado que la red GPS de Alta Precisin del IGM est materializada respecto al WGS-84, los trabajos para obras viales apoyados por GPS, deben referirse a la RED GPS IGM y consecuentemente al Sistema WGS-84, hasta que no se adopte oficialmente el Sistema SIRGAS. Mientras tanto, en caso de calcularse parmetros de transformacin para un proyecto especifico, se debe indicar la precisin (a travs de la desviacin estndar o sigma) de los valores de los parmetros, como tambin los residuos de las coordenadas de los puntos participantes en el clculo de los parmetros. 4.4.- CONCEPTOS DEL SISTEMA GPS. La presente seccin y otras que involucren GPS, entregan conceptos bsicos que reflejan el estado actual de la tecnologa, no debiendo asumirse lo aqu expuesto como permanente o definitivo, ya que a futuro se presumen cambios en el sistema.

4.4.1.- POSICIONAMIENTO CON CODIGO C/A DGPS. 4.4.1.1.- Precisin de Coordenadas corregidas. Receptor mtrico : + 2 a 5 m. : + 0,5 m.

Receptor submtrico

4.4.1.2.- Intervalos de Grabacin. (no necesariamente iguales, pudindose producir una diferencia de hasta 20 segundos). Estacin base : intervalos entre 5 y 15 seg. intervalos entre 1 y 5 seg. (o mayores) (o mayores)

Estacin remota: 4.4.2.-

POSICIONAMIENTO

CON

OBSERVACION

DE

LA

FASE

PORTADORA. 4.4.2.1.- Precisin de Coordenadas corregidas. (Solucin por doble diferencia, para una sesin de rastreo con datos limpios) Solucin FIX (enteras): Solucin FLOAT (no enteras): + 1 a 2 ppm. (distancia entre estaciones). + 10 a 20 cm.

Aun as, la solucin FLOAT para lneas ms extensas puede entregar precisin absoluta de varios centmetros y corresponder a una precisin relativa mejor que 2 ppm. Por ejemplo, una precisin de 10 cm en 50 km equivale a 2 ppm.

4.4.2.2.- Intervalos de Grabacin. (deben ser iguales a diferencia de DGPS) Posicionamiento de Alta Precisin Mtodo Esttico : : intervalos entre 0,1 y 30 seg. intervalos entre 10 y 20 seg. intervalos entre 1 y 5 seg. (comnmente 15)

Mtodo Cinemtico :

Receptores de alto rendimiento permiten tasas menores que 1 segundo, para aplicaciones de alto dinamismo, como control de maquinarias en tiempo real. 4.4.3.- FUENTES DE ERROR Y DEGRADACION. 4.4.3.1.- Refraccin Atmosfrica. (Efectos de la troposfera e Ionsfera). Observacin de Satlites : sobre los 10 15 de elevacin.

(tanto para observaciones de cdigo como fase)

Determinaciones de Alta Precisin : distancias mximas de 30km (con equipos de frecuencia simple) Se permitirn distancias mayores siempre que las lneas formen figuras cerradas con error de cierre planimtrico menor a 2 ppm de la distancia total. 4.4.3.2.- Dilucin de la Precisin DOP (Dilution of Precision). (Distribucin geomtrica de los satlites). PDOP : 200 km 30 min 1h L1/L2 20 min 40 min 1h 1,5 h 2h >3h

Fuente: MANUAL DE CARRETERAS VOLUMEN 2 (ACTUALIZADO) Los valores de tiempo de observacin indicados son a titulo informativo, pueden ser menores, en caso de receptores de ltima generacin tecnolgica o en combinacin con GLONASS y, mayores en el caso de receptores ms antiguos o condiciones topogrficas ms adversas. 4.6.5.- METODO DINAMICO. Este procedimiento puede ser empleado para Transporte de

Coordenadas de Orden Terciario si se opera mediante fases portadoras. Para

fines del Manual de Carreteras, el uso del mtodo se asocia a los levantamientos rpidos de puntos discretos y al levantamiento de ejes. El mtodo cinemtico con observacin de las portadoras requiere de una etapa de inicializacin, con objeto de resolver las ambigedades enteras (N). La inicializacin puede realizarse mediante varios procedimientos, siendo 3 los principales: Ocupacin de una base conocida, Clculo de una base e Inicializacin en movimiento (OTF). Dos son las clases de modos cinemticos: stop & go (pare y ande) en que se asignan coordenadas a puntos ocupados durante pocos segundos y, cinemtico continuo para dar coordenadas al itinerario de la antena en movimiento. 4.6.6.- ALTIMETRIA. En cualquier mtodo GPS relativo, el transporte de coordenadas se realiza a partir del elipsoide del sistema WGS-84 y los valores finales de coordenadas, post procesamiento o ajuste, se transforman respecto al datum o sistema de coordenadas de inters del usuario, por lo tanto la componente altimtrica continuar siendo geomtrica (respecto al elipsoide). Para compatibilizar alturas elipsoidales con las ortomtricas se debe recurrir a valores de ondulacin geoidal (N), el valor de N varia punto a punto y debe ser conocido en cada estacin GPS que sea parte en el transporte. Se tiene: HB = HA + h - N (4.2)

con: HA : altura de A respecto al geoide NMM

h : desnivel entre A y B respecto al elipsoide (obtenido con GPS) N : diferencia de ondulacin geoidal entre A y B (obtenido de modelo geoidal)

Diversos criterios se pueden adoptar para realizar la reduccin al geoide: 1. Asumir que el rea del levantamiento es suficientemente pequea y que la tolerancia del levantamiento sea mayor que los errores. (geoide plano y paralelo al elipsoide). Luego se est omitiendo la ondulacin del geoide en extensiones de pocos kilmetros (entre 0 y 3 kilmetros). Obviamente, se deber determinar el valor de N para al menos uno de los puntos GPS, comparando la cota nivelada de dicho punto con la Cota GPS de l y aplicar esa correccin a todos los dems puntos GPS del rea. 2. Aceptar que el geoide es plano y no paralelo al elipsoide. Este caso es ms preciso que el anterior y se puede determinar con la ocupacin de un mnimo de 3 puntos GPS con altura ortomtrica conocida en la periferia del rea considerada, las diferencias entre las alturas elipsidicas y ortomtricas en esos puntos determinan un plano considerado como un geoide local plano. Las reducciones a ese plano se aplican proporcionalmente de acuerdo a la posicin de cada punto GPS restante.

3. Uso directo de un modelo. De los modelos hoy disponibles, por ejemplo el EGM96, se pueden extraer en forma automtica, valores de N para puntos con coordenadas determinadas, de esa manera basta aplicar los valores extrados a cada punto del levantamiento. Se debe prestar atencin al valor usado en la estacin GPS base al reducir la altura al elipsoide, antes del procesamiento; este debe ser el mismo usado en la fase posterior al procesamiento, al momento de aplicar los diversos valores a todos los restantes puntos. 4. Determinacin de un geoide local. Igualmente al caso 2, pero con un mayor numero de puntos GPS uniformemente distribuidos con altura elipsoidal y ortomtrica conocidas. En este caso se puede generar una superficie tridimensional que refleje ms fielmente el comportamiento del geoide en la regin a ser levantada. En este sentido el IGM inici el ao 2000 la recuperacin de la red de Nivelacin Geodsica, con correccin gravimtrica. Esto implica el establecimiento de alturas ortomtricas en los Pilares de Nivelacin, motivo por el cual es fundamental proteger y mantener estos pilares en el tiempo. Una regla vlida para cualquier caso de posicionamiento GPS es: El error de la altura elipsoidal determinada es aproximadamente el doble del error planimtrico. La precisin final de la altura ortomtrica transportada, depende de la precisin anteriormente citada y de la precisin en la reduccin de la altura elipsidica al geoide, siendo este ltimo, por lo general, mucho mayor que el primero.

4.6.7.- ASPECTOS NORMATIVOS. 4.6.7.1.- Formato de Entrega de Datos. A fin de posibilitar chequeo de procesamiento de los datos brutos, se deben entregar copia de estos datos en formato RINEX, identificados claramente segn la ocupacin. Estos archivos deben incluir en su encabezado interno las siguientes informaciones: identificacin de la(s) estacin(es), altura de antena y, para la estacin base, las coordenadas fijas iniciales.

4.6.7.2.- Coordenadas de Partida. Las coordenadas iniciales de la estacin fija (Punto GPS Geodsico del IGM), se ingresan al procesamiento como coordenadas en el sistema WGS-84. En caso que las coordenadas originales no sean en el sistema WGS-84, se debe justificar la situacin e indicar los parmetros usados para la transformacin entre los sistemas geodsicos, as como la fuente de esos valores. A partir de la fecha de edicin de este volumen no deber emplearse datos correspondientes a la Red de Triangulacin Geodsica (Terrestre) del IGM, en tanto dicho Instituto no vuelva a dar coordenadas a los vrtices de esa Red mediante GPS.

4.6.7.3.- Calidad de Procesamiento. La indicacin de la calidad del procesamiento de cada lnea base determinada debe ser de forma explcita, indicando al menos un parmetro estadstico (desviacin estndar, sigma, RMS, etc.) y el tipo de solucin (FIX o FLOAT). Adems, cuando se trate de figuras cerradas, ellas deben indicar el error de cierre utilizando los vectores resultantes del procesamiento anterior al ajuste.

4.6.7.4.- Cierre y Ajuste de Figuras. Reforzando el concepto que independiente del nmero de receptores rastreando simultneamente en una misma sesin, no se formarn figuras cerradas que permitan el control de una red, el ajuste de figuras GPS cerradas debe formarse a partir de vectores independientes determinados en ms de una sesin. El informe debe contener los valores referentes a las coordenadas y las estadsticas del ajuste, tales como residuos y sigmas.

4.6.7.5.- Altimetra. La reduccin de alturas elipsoidales a alturas ortomtricas, debe constar explcitamente en los informes tcnicos.

4.7.- LEVANTAMIENTOS CON GPS.El levantamiento de reas para desarrollar el estudio de una obra vial est sujeto a diversas tolerancias de precisin, de acuerdo a la etapa de proyecto y/o al elemento considerado (terreno, obra de arte, eje, linderos, construcciones, etc.). Los diferentes mtodos usados en este tipo de levantamientos pueden ser clasificados de acuerdo al modo y la precisin esperada. 4.7.1.- PRECISION. a) DGPS. La precisin de levantamientos DGPS dependen bsicamente de la calidad de los receptores GPS base y mvil; los con precisin entre 2 y 5 metros llamados mtricos y los llamados submtricos con precisin en torno de 0,5 metros. Conocer la clase de procesador de cdigo C/A es de vital importancia, pues en la combinacin de receptores base mvil, la precisin DGPS estar sujeta a la precisin del receptor menos preciso. b) Fase Portadora. La precisin esperada en el posicionamiento esttico con la fase portadora es del orden de 0,5 a 1cm + 1 a 2ppm (solucin FIX). En modo Cinemtico la precisin nominal es de 1 a 5 centmetros, dependiendo principalmente de la estabilidad de la antena al momento de la toma de datos.

4.7.2.- LEVANTAMIENTO DE DETALLES. Para levantamientos topogrficos o catastro tipo SIG, la automatizacin del GPS conlleva la determinacin de posiciones (coordenadas) de elementos en terreno asociadas a informaciones adicionales. Algunos modelos de receptores GPS permiten asociar, a los elementos levantados, un conjunto de posibles atributos y sus valores. a) Levantamiento con DGPS. La operacin en DGPS es expedita por no depender de ambigedades y permite posicionamiento casi instantneo. El levantamiento en modo estacionario de elementos tipo punto, como placas, obras de arte, etc, normalmente demora segundos y las coordenadas se determinan a partir de la media de todas las posiciones grabadas durante el perodo estacionario, mientras se introducen las informaciones catastrales al colector de datos. Una aplicacin de este mtodo es el inventario de la faja de dominio vial.

b) Levantamiento con Fase Portadora. Levantamiento de detalles en modo esttico no tiene tanta aplicabilidad prctica, debido a que el tiempo de ocupacin es relativamente largo, no as en el modo cinemtico, donde el tiempo de ocupacin es de algunos segundos. En modo cinemtico stop & go, las coordenadas se determinan a partir de 3 a 10 pocas de medicin; segn el intervalo de grabacin, la toma de datos para un punto puede demorar entre 3 y 30 segundos. En el modo cinemtico continuo se determinan posiciones, a la razn del intervalo de grabacin, pertenecientes a la trayectoria de la antena. Es un mtodo que permite alejarse hasta alrededor de 10km (excepcionalmente hasta 15km) de la estacin base y es til en el posicionamiento preciso de puntos cercanos entre ellos y de fcil acceso, por ejemplo, puntos de apoyo a la

topografa en obras viales y determinacin de ejes en cinemtico continuo con operacin a bordo del vehculo en movimiento; es de vital importancia que la altura de la antena sea medida con precisin mejor que el centmetro y de ese modo evitar errores sistemticos en la coordenada vertical. 4.7.3.- POSICIONAMIENTO EN TIEMPO REAL. Eventualmente tambin pueden ejecutarse levantamientos usando posicionamiento en tiempo-real, en sus modos RTK y DGPS. Una diferencia significante entre RTK y DGPS en tiempo real (DGPS-TR) es que los protocolos de transmisin de datos no son estandarizados para RTK y si lo son en DGPS, posibilitando en este ltimo modo el uso de estaciones comunes para atender a diversos usuarios, independiente de la marca del receptor GPS. Debido a esta esencial caracterstica, se desarrollaron redes de estaciones de referencia DGPS de generacin y transmisin continua, de correcciones DGPS, atendiendo a usuarios hasta el alcance de las seales transmitidas a centenares de kilmetros.

4.7.4.- RELEVANTAMIENTOS DE EJES MEDIANTE GPS. En el Estudio Preliminar de algunos proyectos viales se requiere determinar en forma aproximada las caractersticas geomtricas de la planta y el alzado de caminos existentes. Debern tenerse presente las siguientes recomendaciones adicionales. a) Las Estaciones Base deben ser determinadas en conformidad con lo expuesto en la Seccin referida al Transporte de coordenadas mediante GPS. b) En terrenos de topografa difcil o vegetacin densa y alta, las determinaciones pueden quedar distorsionadas por efectos de obstruccin e interferencia. c) En trazados sinuosos en planta y/o alzado los intervalos de grabacin de dato y su relacin con la velocidad de recorrido, deben estudiarse de modo de contar con una densidad de puntos adecuada para definir la geometra del eje.

CAPTULO 5. SOFTWARE TRIMBLE ROADLINK.

5.1.- ANTECEDENTES GENERALES.

El software Trimble RoadLink es una componente integral del software Trimble Geomatics Office (TGO), que forma una interfaz potente entre definiciones viales de terceros y el software Trimble Survey Controller (versin 6.50 posterior).

RoadLink permite introducir o importar definiciones de alineaciones viales para verlas o editarlas; y posteriormente transferirlas o cargarlas al software Trimble Survey Controller, cuyas opciones permiten replantear el proyecto en terreno. Su utilizacin junto con un Modelo de superficie de curvas formado por el mdulo DTMLINK, permite el clculo de volmenes de movimientos de tierra.

5.1.1.- Instalacin del Software. El software Trimble RoadLink se instalar automticamente, cuando se utilice la opcin Instalacin Tpica del software Trimble Geomatics Office.

5.1.2.- Transferencia de datos al Software. El software Trimble RoadLink provee dos formas de transferir definiciones viales: Introduccin manual de la definicin vial completa, alineaciones horizontal y vertical, plantillas y registros de peralte y sobreancho. Conversin automtica de archivos de alineacin vertical y horizontal provistos por otros paquetes de software, combinada con la introduccin manual de plantillas, y registros de peralte y sobreancho.

5.2.- DESCRIPCION DEL SOFTWARE.En el siguiente segmento se pretende presentar el software Trimble RoadLink, describiendo el escritorio y sus funciones bsicas. 5.2.1.- Inicio del software Roadlink. Antes de iniciar el mdulo RoadLink, se debe tener instalado el software Trimble Geomatics Office. Para su inicio desde el software TGO se debe: En la vista en planta, seleccionar: Herramientas / RoadLink / Inicio. Si ya hay puntos en Trimble RoadLink, stos aparecern ahora en la ventana grfica de presentacin de Trimble RoadLink.

5.2.1.1.- Transferencia de puntos desde el TGO. Para transferir puntos, se debe seguir los siguientes pasos: 1. Seleccionar Herramientas / RoadLink / Exportar. 2. Elegir un mtodo para la seleccin de puntos: Seleccin actual, Toda base datos Conjunto de seleccin

FIGURA. 5.1. ELECCION DE METODO PARA EXPORTAR PUNTOS DESDE EL TGO.

Con esto se inicia el software y aparece la ventana Vista en planta que muestra los puntos que se han transferido desde el TGO.

5.2.2.- Ventana del Trimble Roadlink. Se describir a continuacin las caractersticas de la ventana principal de RoadLink, la cual es el escritorio. Esta puede mostrar: La vista en planta, que muestra la alineacin horizontal. La vista de perfil, que muestra la alineacin vertical. La vista del peralte, que muestra el diagrama de peralte de la tabla de peraltes. La vista transversal, que muestra la seccin transversal calculada y permite ver perfiles transversales diferentes. La vista de la plantilla, que muestra una representacin grfica de la plantilla seleccionada. 5.2.2.1.- Barra de Mens. La barra de mens de Trimble RoadLink se utiliza para acceder a cada men, los que a su vez contienen varios comandos.

FIGURA. 5.2. BARRA DE MENS DEL SOFTWARE.

La utilizacin de estos comandos de men ser descrita con ms detalle en la seccin 5.2.6.- del presente captulo.

5.2.2.2.- Mens de acceso directo. Los mens de acceso directo son de carcter interactivo, en ellos se presentan distintos comandos dependiendo de donde y cuando se le habilite. Para activarlos se debe hacer clic en el botn derecho del Mouse.

5.2.2.3.- Barra de Estado. La barra de estado visualiza mensajes y provee informacin sobre el estado actual del software, se ubica en la parte inferior de la ventana grfica principal.

FIGURA 5.3 BARRA DE ESTADO DEL SOFTWARE.

Tal como varios programas computacionales, esta barra se compone de paneles, entre los que se encuentra: Panel de mensajes, que muestra informacin sobre la operacin que s este realizando en el software Trimble RoadLink. Panel de coordenadas, que cuando el mouse se encuentre en el interior de una ventana grfica mostrar las coordenadas correspondientes. Panel del tamao, en este panel se mostrar el ancho y altura de la ventana de la vista cuando el mouse se encuentre sobre dicha ventana. Panel de indicadores, en este panel se resaltar el indicador de capas de un proyecto que tenga una o varias capas ocultas.

5.2.3.- Barra de Herramientas del Software. 5.2.3.1.- Barra de Herramientas Estndar. Esta barra provee un acceso rpido a algunos de los elementos del men principal, en ella se encuentra: TABLA. 5.1 HERRAMIENTAS DE LA BARRA ESTANDAR.Herramienta Funcin: Importar, para importar datos de un archivo a Trimble RoadLink. El equivalente del men es Archivo / Importar. Exportar, para exportar datos a un colector. El equivalente del men es Archivo / Exportar.

Cortar, para cortar el material seleccionado y ponerlo en el portapapeles. El equivalente del men es Editar / Cortar.

Copiar, para copiar el material seleccionado y ponerlo en el portapapeles. El equivalente del men es Editar / Copiar.

Pegar, para pegar el contenido del portapapeles en el proyecto actual y seleccionarlo. El equivalente del men es Editar / Pegar.

Deshacer, para deshacer la accin anterior. El equivalente del men es Editar / Deshacer.

Propiedades, para mostrar la ventana Propiedades. El equivalente del men es Editar / Propiedades.

5.2.3.2.- Barra de Herramientas Ver. Esta barra proporciona las herramientas de navegacin necesarias para la ventana grfica principal, en ella se encuentra: TABLA. 5.2 HERRAMIENTAS DE LA BARRA VER. Herramienta Funcin: Seleccionar, para seleccionar el material en una ventana grfica. Pan, para mover la vista del zoom. El equivalente del men es Ver / Pan. Acercar, para aumentar la presentacin (al aumentar la escala). El equivalente del men es Ver / Acercar. Alejar, para reducir la presentacin (al disminuir la escala). El