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Diseño geodésico II

II semestre, 2014

Ing. José Francisco Valverde Calderón Email: [email protected] Sitio web: www.jfvc.wordpress.com

Diseño Geodésico II

II Ciclo, 2014

Profesor:

José Francisco Valverde C

mailto:[email protected]

http://www.jfvc.wordpress.com/

Capítulo 8 Determinación de deformaciones en

pequeñas estructuras

Consideraciones para la determinación de deformaciones por métodos geodésicos

Repaso de Diseño Geodésico 1

Profesor:



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•El ajuste geodésico se puede efectuar con varias variantes:

•AJUSTE AMARRADO

•AJUSTE SECUENCIAL

•AJUSTE DE CRUCES

•AJUSTE LIBRE DE MINIMIZACIÓN TOTAL DE TRAZA

•AJUSTE LIBRE DE MINIMIZACIÓN PARCIAL DE TRAZA

•El ajuste libre NO considera ningún punto como fijo; con esto se evita que los resultados se vean influenciados por las coordenadas de los puntos de referencia.

•La forma, orientación y tamaño de la red (configuración) la da las observaciones.

•La geometría y la calidad de la red esta relacionada directamente con las observaciones realizadas y no por las coordenadas.

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•Al no considerar ningún punto fijo para fijar el datum, se presenta un defecto llamado defecto de datum.

•El defecto de datum se relaciona directamente con el tipo de observaciones efectuadas y se toma en cuenta en el calculo de f.

•ESTUDIOS DE DEFORMACIÓN POR METODOS GEODÉSICOS

•Los estudios de deformación son una herramienta importante para el conjunto de actividades cubiertas por la topografía y la geodesia

•Se pueden englobar como una actividad dentro de la auscultación de una obra civil

•Este tipo de estudios se apoya y contribuye con otras disciplinas, las cuales están relacionadas directamente con el objeto de estudio.

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•Objetos comúnmente estudiados:

•Represas

•Puentes

•Maquinaria industrial

•Fallas geológicas

•Volcanes

•Deslizamientos

•Razones para efectuar estudios de deformación:

•Razones prácticas

•Razones científicas

•Primicia: todo objeto sufre cambios en el espacio y en el tiempo.

Diseño geodésico 1

Diseño geodésico 2


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•Características de los E.D. geodésicos: •Requerimientos de una alta exactitud.

•Repetitividad de las observaciones.

•Integración de diferentes tipos de observaciones, tanto geodésicas como de otros tipos (especialmente en el monitoreo de obra civil).

•Sofisticado y complejo análisis de datos.

•Grandes requerimientos de conocimientos de otras disciplinas.

•La esencia de los E.D es determinar si las diferencias entre las coordenadas de puntos idénticos en al menos dos épocas de medición, son estadísticamente significativas.

•¿Qué hacer con los objetos cuyas deformaciones (dependiendo de la fuente) son de corto periodo?

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•Todas las inexactitudes en el modelo, especialmente errores sistemáticos o errores groseros no detectados, así también como varianzas a priori definidas incorrectamente conducirán a aparentes deformaciones “contaminando” los resultados. •Fuentes de error, que puede afectar el estudio de deformación:

•Errores en el modelo funcional •Errores sistemáticos

•Errores en el modelo estocástico, como correlaciones no consideradas o varianzas a priori inadecuadas

•En los procesos de observación: •Errores groseros en las observaciones

•Errores de centrado •Errores en las libretas o en la identificación de los puntos

•Monumentos inestables.

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•El diseño de la red debe ser pensado en términos de la aplicación

•Se sigue el modelo de optimización de redes, dado por Graferend.

•Con base a los procesos de optimización de la red, se busca:

•Establecer una meta de exactitud.

•Establecer un autocontrol y un modelo matemático adecuado.

•Diseñar un esquema de observación que permita alcanzar las exactitudes establecidas, pero que sea factible y de un costo mínimo.

•Establecer el modelo de deformación

•Contemplar la ubicación de sitios para la red externa (o de referencia)

•La participación de otros profesionales

•Esto permitirá determinar la magnitud y la dirección de las deformaciones esperadas y con base a ello, diseñar y optimizar la red.

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•Las deformaciones se pueden clasificar considerando su duración y su efecto en el objeto. Esta clasificación se da en el siguiente cuadro:


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tiempo

cambio

Deformaciones de corto periodo


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tiempo

cambio

Deformaciones de largo periodo


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cambio

tiempo

no lineal

lineal

Deformaciones seculares


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tiempo

cambio

Corto periodo

Largo periodo

Seculares

Suma de las deformaciones


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•Test de Congruencia Global •Se plantea la hipótesis nula de forma que el vector de incógnitas ajustadas ( ) de la época 0 es igual al vector de incógnitas ajustadas de la época 1. La forma matemática de representar esto es la siguiente: •Esto se lee como: “Los puntos comunes en ambas épocas son estables y estos tienen la misma esperanza para las posiciones estimadas” •El modelo funcional en un ajuste combinado, se plantea como:

x̂

0 1ˆ ˆ ˆHo : E x = E x x

1 1 1 1

2 2 2 1

ˆ0

ˆ0

l v A x

l v A x

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•Basado en las consideraciones en cuanto a exactitud y otras del tema “Replanteo de precisión”.

•Se diferencia del monitoreo de fallas, volcanes, etc, en cuanto al tamaño y comportamiento del objeto estudiado.

•Es necesario el uso de redes de control, cuyo diseño sigue las mismas consideraciones vistas a lo largo de los curso DG1 y DG2.

•Comúnmente, el monitoreo de obras civiles se considera como “Auscultación de obras”

•Objetivos de la auscultación de obras:

•Garantizar la seguridad de la obra a través de la detección temprana de eventuales anomalías.

•Aumentar el conocimiento de las relaciones causa - efecto de los parámetros buscados, constituyendo una vía de realimentación de la ingeniería para futuros proyecto de características semejantes.

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Auscultación de obras Diseño Geodésico II

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•Las obras civiles son en si una compleja fusión de elementos técnicos y costos muy altos

•La labor del topógrafo esta ligada con otras profesiones

•De los resultados obtenidos en las labores topográficas y con otros métodos de control, se toman decisiones

•Se requiere corroborar los resultados con metodologías independientes y que den una exactitud mejor o igual a la obtenida

•La tendencia actual es el monitoreo en tiempo real

•Pero… que se debe considerar para este tipo de metodologías?

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Monitoreo en tiempo real Diseño Geodésico II

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¿QUE ES AUSCULTACIÓN ? •Es aquella actividad profesional relacionada con el conocimiento del deterioro de una estructura u obra civil, la cual se apoya en varias disciplinas, como la topografía, para cumplir sus objetivos.

•La misión de esta es verificar y comprobar en forma oportuna el buen estado de las obras o estructuras para un adecuado funcionamiento

•Se efectúa tanto en la etapa de construcción como en la etapa de operación.

•Se debe considerar el uso del equipo y las metodologías idóneas, las cuales permitirán advertir cualquier situación de riesgo.

•Ventajas de la auscultación

•Retroalimentación para nuevos diseños.

•Optimizar la seguridad.

•Incremento en la eficiencia (uso de metodologías comprobadas)

•Reducción de riesgos y costos (adecuada planificación)

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•Auscultación topográfica: •Control de deslizamientos

•Control de la corona •Control de hundimientos

•Control de desplazamientos

•Control de sitios aledaños

•Control de asentamientos

•Control de alineamientos

•Control de verticalidades

•Control de juntas

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• Auscultación sismológica y vulcanológica

• Medición con inclinómetros

• Control movimiento de lava

• Control de hundimientos

• Control de abultamientos


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Redes geodésicas

clásicas

Líneas base con EDM

Nivelaciones Métodos

GNSS

Métodos geodésicos de

monitoreo

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•Instrumentos geotécnicos (y de otro métodos) para el monitoreo de obra civil

•Acelerógrafos

•Extensómetros

•Inclinómetros

•Piezómetros

•Celdas de presión

•Termómetros

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•Es un instrumento con tres sensores ortogonales entre si, que registran el movimiento del suelo en la componente norte-sur, este-oeste y vertical

•El registro se llama acelerograma y permite determinar la duración del movimiento sísmico en el sitio y los valores de aceleración máxima a los que ha sido sometida la estructura

•El fin de estos instrumentos es entonces medir las aceleraciones a las que es sometido una estructura, para varios fines:

•1. Estudiar el comportamiento del edificio ante eventos sísmicos

•2. Establecer métodos para la evaluación de daños en estructuras

•3.Determinar las variaciones en las señales por el efecto del comportamiento dinámico de cada estructura, con el fin de realizar comparaciones entre los modelos matemáticos empleados durante el diseño del mismo y las observaciones “reales”

•Debido a la amplificación de las señales, es necesario colocar instrumentos en diferentes elevaciones de las estructuras

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Acelerógrafos Diseño Geodésico II

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•Acelerógrafo digital marca Reftek utilizado

por el LIS.

Tomado de: http://www.lis.ucr.ac.cr/pdf/monitoreo/, 2012

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http://www.lis.ucr.ac.cr/pdf/monitoreo/

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Extensómetros Diseño Geodésico II

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•En la cresta de la presa y en algunas galerías, se ubican varios triángulos para medir desplazamientos entre bloques usando extensómetro

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Extensómetros Diseño Geodésico II

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•Es un instrumento que permite medir la inclinación con respecto a un eje de referencia •Son muy utilizados en puentes, represas, volcanes

Inclinómetros Diseño Geodésico II

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Piezómetros

•Son instrumentos que permiten medir la presión del agua •Hay otros tipos de piezómetros, usados para medir el nivel subterráneo del agua, en sitios tales como represas. •El fin es determinar las variaciones en el nivel freático.


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Celdas de presión

•Son instrumentos que mide las tensiones totales de los suelos •Normalmente se utilizan para validar los límites establecidos por el diseño y para alertar en caso de que existan presiones que excedan la presión diseñada para ser ejercida por o sobre una estructura


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Instrumentación en proyectos hidroeléctricos

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Elementos (generales) en un proyecto hidroeléctrico (PH): •Embalse •Represa •Túnel

•Tubería forzada •Tanque de oscilación •Casa de maquinas •Canal de desfogue

•Controles en los elementos del PH

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Medidores de convergencia Diseño Geodésico II

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Instrumentación de una represa Diseño Geodésico II

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Piezómetro Diseño Geodésico II

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Termómetro Diseño Geodésico II

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Represa Diseño Geodésico II

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Nivel de agua en el embalse Diseño Geodésico II

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Auscultación de la presa y la contra-presa Diseño Geodésico II

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•Método moderno, basado en el uso de escáner para crear una malla de puntos


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