Introduccion a la Topografia , introduccion, instrumentos, etc PDF

Preview

Summary

INTRODUCCIÓN A LA TOPOGRAFIAProfesor: Carlos Aravena OrregoAño : 1 semestre /Carlos Aravena Orrego 1. UNIDAD INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA TOPOGRAFIA INDICE 1 RELACION CON CIENCIAS LA TOPOGRAFÍA SE RELACIONA CON DIVERSAS CIENCIAS Y TÉCNICAS AFINES. 1 ELEMENTOS GEOGRAFICOS: 1 PROYECCIONES CARTOGRAFIC...

Description

INTRODUCCIÓN A LA TOPOGRAFIA

Profesor: Carlos Aravena Orrego

Año : 1 semestre /2021

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego INDICE

1.

UNIDAD INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA TOPOGRAFIA

1.1

RELACION CON CIENCIAS

2 2

LA TOPOGRAFÍA SE RELACIONA CON DIVERSAS CIENCIAS Y TÉCNICAS AFINES. 2 1.2

ELEMENTOS GEOGRAFICOS:

1.3 PROYECCIONES CARTOGRAFICAS 1.3.1 U.T.M (Universal Transversal de Mercator) 1.3.2 COORDENADAS UTM /CARTOGRAFIA EN CHILE 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.4

Tipos de datum SIRGAS (Sistema de Referencia Geocéntrico Para las Américas) DIFERENCIAS ENTRE MAPAS Y PLANOS

TOPOGRAFIA

1.5 PRINCIPALES INSTRUMENTOS TOPOGRAFICOS 1.5.1 Mira topográfica 1.5.2 Nivel de Ingeniero

3 7 9 10 12 15 18 18 20 20 21

1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.5.6 1.5.7 1.5.8

Taquímetro Distanciómetro Estación total GPS (Global Position System) Equipos escaneadores láser y Drones SUPERFICIES IMAGINARIAS DE LA TIERRA

22 23 24 25 26 27

1.5.9 1.5.10 1.5.11

COTA NIVEL MEDIO DEL MAR COTA DE NIVEL DE REDUCCION DE SONDA MEDIDAS DE DISTANCIAS VERTICALES

29 29 32

1.6 TIPOS DE NIVELACION 1.6.1 NIVELACION TRIGONOMETRICA 1.6.2 NIVELACION BAROMETRICA 1.6.3 NIVELACION DIRECTA O GEOMETRICA CURVATURA TERRESTRE REFRACCION ATMOSFÉRICA 1.7

MARCHA DE NIVELACION

1.7.1

PUNTOS DE CAMBIO Y PUNTOS INTERMEDIOS

34 35 36 36 37 37 39 39

1

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego 1.8 METODOS DE NIVELACION DIRECTA 1.8.1 NIVELACION DIRECTA SIMPLE 1.8.2 NIVELACION DOBLE 1.8.3 NIVELACION CERRADA 1.8.4 NIVELACION POR DOBLE POSICIÓN INSTRUMENTAL 1.8.5 NIVELACION PARALELA O POR DOS SERIES DE PUNTOS O PARALELA

42 42 42 42 47 49

1.9 TOLERANCIAS NIVELACION PRECISA

52 52

1.10 NIVELACIONES ESPECIALES 1.10.1 NIVELACION INTERIOR DE MINA O TUNEL 1.10.2

NIVELACION CON INSTRUMENTO EN ESTACION POLIGONAL

53 53 53 54

1.10.3

Nivelación Indirecta

55

1.11 PERFILES LONGITUDINALES/ PERFILES TRANSVERSALES 59 1.11.1 PERFIL LONGITUDINAL: 59 Se llama perfil longitudinal del terreno a la intersección de este con una de generatrices verticales que contiene el eje del proyecto 59 1.11.2 PERFILES TRANVERSALES 61 1.12 CONCEPTOS Y DEFINICIONES 1.12.1 SECCION TRANSVERSAL DE LA PLATAFORMA DE SUBRASANTE 1.12.2 RASANTE

63 63 63

1.13 CUBICACION POR PERFILES 1.13.1 CALCULO DE SUPERFICIE. 1.13.2 CALCULO DE VOLUMENES

69 69 70

2

76

UNIDAD TAQUIMETRIA

2.1 Definiciones 2.1.1 Sistema de Referencia Locacional y unidades de medidas Escalas del Mapa 2.1.2 Escalas Numéricas 2.1.3

Escalas Gráficas.

UNIDADES DE MEDIDA 2.1.4 SISTEMAS DE MEDIDA LINEAL 2.1.5 UNIDADES DE SUPERFICIE 2.1.6 Sistemas de medida angular 2.1.7 Transformaciones angulares 2.1.8 MEDIDA DE DISTANCIAS HORIZONTALES CON CINTA 2.1.9 Errores de medición con cinta

76 78 78 79 81 83 83 84 85 87 89 90

2

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego 2.1.10 Errores Accidentales 2.1.11 METODO DE MEDIDAS DE DISTANCIAS HORIZONTALES 2.1.12 Medidas de ángulos y direcciones 2.1.13 DECLINACIÓN MAGNETICA 2.1.14 RUMBO Formulas asociadas a Taquimetría Fórmulas asociadas a Distanciometría 2.2.1 LEVANTAMIENTOS TOPOGRAFICOS Y POLIGONALES 2.3

POLIGONAL ABIERTA

92 93 94 97 98 103 104 105 107

2.4 POLIGONAL CERRADA CIERRE LINEAL

108 109

2.5

REPLANTEO DE PUNTOS COORDENADOS.

112

2.6

BIBLIOGRAFIA

114

3

1. UNIDAD INTRODUCCIÓN TOPOGRAFIA

AL

ESTUDIO

DE

LA

La topografía está presente en cualquier proyecto de Ingeniería, el objetivo de este Curso orientado a los Alumnos de Ingeniería en Minas. Es Poder entregar los conocimientos y herramientas básicas que le permitan entender de donde se origina el estudio de la topografía y conocer, aprender y aplicar dos unidades fundamentales de la topografía como son Nivelación y Taquimetría manejar equipos e instrumentos que se utilizan con el Objetivo de generar planos y realizar labores de nivelación, levantamientos topográficos ubicación y replanteo.

1.1 RELACION CON CIENCIAS La topografía se relaciona con diversas ciencias y técnicas afines. GEODESIA: Donde se realizan levantamientos geodésicos, que consideran la verdadera forma de la Tierra y tienen por objeto la forma y dimensión de ésta. CARTOGRAFIA: Es la ciencia que se encarga del trazado y el estudio de mapas geográficos. HIDROGRAFIA: Donde los trabajos topográficos son aplicables para obtención de planos de masas de agua, ya sea para fines de navegación, embalses, etc. OBRAS CIVILES : Donde se realizan los levantamientos necesarios para trazado y construcción de vías de transporte y conducción de líquidos.

2

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

1.2 ELEMENTOS GEOGRAFICOS: FORMA DE LA TIERRA: La Tierra es un esferoide en revolución achatado, semejante a un elipsoide, cuyo eje polar es más corto que el ecuatorial. Efectúa movimientos de rotación entorno a su eje polar y el plano que pasa por el centro define un círculo máximo. ESFEROIDE: Es una forma de tres dimensiones creada a partir de una elipse de dos dimensiones. La elipse es un ovalo, con un eje mayor y un eje menor. Si se hace girar la elipse, la forma de la figura girada es el esferoide.

GEOIDE: Es una superficie del campo de gravedad de la tierra, que es aproximadamente igual que el nivel medio del mar. Es perpendicular a la Dirección de la atracción gravitatoria dado que la masa de la tierra no es uniforme en todos los puntos y la dirección de gravedad cambia la forma del geoide es irregular

3

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

Paralelo Corresponde al círculo resultante de la intersección de un plano perpendicular al eje de rotación de la tierra y la superficie de nivel. Cuando este círculo se ubica en el centro de la tierra, es máximo y es denominado como ecuador.

Meridiano Corresponde a la intersección de un plano paralelo al eje de rotación de la tierra y la superficie de nivel. Cuando esta intersección pasa por la ciudad de Greenwich, Inglaterra (elegido en forma convencional), se dice que nos encontramos en el meridiano de origen.

4

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

Posición de un observador sobre la tierra La posición o situación de un punto sobre la superficie terrestre, puede fijarse por mediciones angulares desde dos planos de referencia

(paralelos y meridianos). Estos ángulos son definidos como: Latitud: es el ángulo formado por la vertical del lugar con el plano del ecuador. Se mide de 0º a 90º norte o sur. Longitud: es el ángulo formado por la proyección de la vertical del lugar sobre el plano del ecuador, respecto a un meridiano de origen. Se mide de 0º a 180º oriental (este) u occidental (oeste).

5

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

1.3 PROYECCIONES CARTOGRAFICAS Uno de los problemas de la cartografía es representar la superficie de la tierra sobre un plano, para ello las proyecciones cartográficas son esenciales para la confección de mapas. No existe un método perfecto de proyección, todos ellos de una manera u otra distorsionan la realidad. El uso de una u otra proyección depende del tipo de finalidad de cada mapa

Proyección Cilíndrica 6

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

Proyección cónica

Proyección azimutal

7

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

1.3.1 U.T.M (Universal Transversal de Mercator) La Proyección Universal Transversal de Mercator es el sistema óptimo para representar los puntos geodésicos, puesto que por ser una proyección conforme garantiza un mínimo de deformaciones. Se dice que una proyección es conforme cuando posee la propiedad de que todas las figuras pequeñas que se encuentran en la superficie de la tierra, al representarlas en la proyección conservan su forma original, o sea, conservan los ángulos medidos sobre la tierra. Esta proyección divide la superficie de la tierra, en el sentido de la longitud, en 60 Husos o zonas de 6 grados de amplitud o ancho cada una, con el fin de hacer mínima la deformación de escala, habiendo en cada huso un meridiano central, que es el eje de la franja. Los husos, están en numeración árabe de 1 a 60; el 1 corresponde a la franja 8

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego opuesta al meridiano de Greenwich, entre 180 grados oeste a 174 grados oeste, creciendo hacia el oriente en sentido de rotación de la Tierra, hasta alcanzar el número 60 en el huso comprendido entre 174 grados este y 180 grados este (ver figura explicativa). A Chile continental por su posición geográfica, le corresponde el huso 18 y 19 que tiene por meridiano central el de 69 grados oeste.

G 1

19 9

30 31 31

44 44

60 60

W

E

1.3.2 COORDENADAS UTM /CARTOGRAFIA EN CHILE Los cubrimientos cartográficos regular y básico del país han sido desarrollados esencialmente en la proyección Universal Transversal de Mercator (UTM). Son por tanto las coordenadas planas asociadas al sistema UTM y su normativa las que se utilizan por lo general como referencia para todas las actividades y operatorias técnicas georreferenciadas en Chile. La proyección nativa utilizada corresponde a la Transversal de Mercator (TM). Utiliza 60 proyecciones del mismo tipo con un meridiano central propio, para cubrir la totalidad del globo en el sentido longitudinal, cada una con un ancho correspondiente a un huso de 6° sexagesimales, llamadas HUSOS UTM. 9

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

La extensión meridional de cada zona es entre los 84° de latitud norte, y los 80° latitud sur y estos Husos numerados del 1 al 60, progresando desde el Este, a partir de los 180° de longitud Oeste.

Por deformaciones de esta proyección al llegar a los polos solo se representa la región comprendida entre los paralelos 84N y 80S

En cuanto a las Bandas Se divide la tierra en 20 Bandas de 8º de Latitud, que se denominan con letras desde La C hasta la X excluyendo las letras I y O, por su parecido con los números uno (1) y cero (0), respectivamente. Puesto que es un sistema norteamericano (Estadounidense), tampoco se utiliza la letra Ñ. la Zona C coincide con el intervalo de latitudes que va desde 72º Sur hasta 80º S .

10

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

El Meridiano central con factor reductor de 0,9996 y valor de cuadrícula 500.000 m, crecientes hacia el Este y decrecientes hacia el Oeste y el Ecuador con valor de cuadrícula 0 m para el hemisferio norte y en aumento hacia el polo norte, y de 10.000.000 m para el caso del hemisferio sur, disminuyendo hacia el polo sur. 11

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego De este modo las coordenadas planas resultantes serán las UTM correspondiendo a Chile los siguientes Husos UTM independientemente de la existencia de cartografía regular en alguno de ellos:

    

Chile Continental Husos 18 y 19 Chile Insular Huso 12 (Isla de Pascua) Huso 13 (Isla San Félix, Isla San Ambrosio) Huso 17 (Archipiélago De Juan Fernández) Territorio Antártico Husos 16,17,18,19,20,21 y 22

En forma conjugada la información correspondiente a elementos lineales, angulares como de superficie contenida en los planos o cartografía confeccionada por el Ministerio son conformes a esta proyección, por lo tanto también los datos obtenidos de la medición en terreno. De otra forma será indicado cuando corresponda.

1.3.3 Tipos de datum El datum es un modelo matemático (como el elipsoide) que permite representar un punto en un mapa con sus valores coordenados. El datum está referido a un elipsoide en particular, conocido como elipsoide de referencia. Para definir un datum se necesita definir un punto físico, que se usa como referencia u origen para definir el resto de los puntos.

12

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

Los parámetros propios de un Datum son:  Datum o punto fundamental: Coordenadas que en el caso de los Sistemas llamados locales regularmente corresponden a una Estación Astronómica,. Ejemplos son PSAD56 y SAD69, en el caso de los denominados sistemas Geocéntricos como WGS84, el punto Datum es el centro de masas de la tierra.  Elipsoide: Figura matemática y desarrollable analíticamente, representativa de la forma de la tierra, posee tamaño a través de su Semieje Mayor a, (semieje ecuatorial); Semieje menor b (semieje polar) y forma según su Achatamiento.

13

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

 Azimut de partida: Azimut Astronómico para el inicio de la cadena de triangulación que definirá el sistema.

Datum Provisorio Sudamericano de 1956 (Psad-1956) Este datum fue el primer sistema de coordenadas que unificó las redes de triangulación sudamericanas. El origen del PSAD-56 se encuentra ubicado en La Canoa, Venezuela, el elipsoide que utiliza este dátum es el Internacional o de Hayford.

Datum Provisorio Sudamericano de 1969 (sad-69) Este datum Sudamericano de 1969, como origen común para el Continente Sudamericano. El punto origen del SAD-69 se encuentra ubicado en Chua, Brasil, el elipsoide que utiliza este dátum es el sudamericano de 1969 o Australiano

Sistemas de Referencia Geocéntrico (Datum Global) A fines de la década del cincuenta, con el desarrollo de la investigación espacial, fue necesario crear un sistema de coordenadas mundial, de esta forma nacieron los Datum Globales o Mundiales, World Geodesia System (WGS). A la fecha se han utilizado tres sistemas globales que se conocen por las siglas WGS-66, WGS-72 y WGS-84 actualmente en uso con el sistema de posicionamiento global (GPS). El origen de los sistemas globales es geocéntrico, vale decir las coordenadas de partida están en el centro de masas de la tierra. Los datum globales utilizan coordenadas geocéntricas en 3D.

14

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

1.3.4 SIRGAS (Sistema de Referencia Geocéntrico Para las Américas) De acuerdo al plan de estandarización de los sistemas de referencia impulsado por el Supremo Gobierno de Chile el mes de Abril del año 2003, se oficializo la puesta en vigencia del sistema de referencia geocéntrico para las Américas (SIRGAS) reemplazando los actuales sistemas de referencia en la cartografía nacional.

El Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada estipula en sus Instrucciones Hidrográficas que para determinar las coordenadas planas de las estaciones utilizadas en el posicionamiento, se les vinculara a vértices geodésicos aprobados por el SHOA o IGM. Si en las inmediaciones del área de trabajo no existieran dichos vértices principales, el SHOA determinara y autorizara metodologías alternativas para la determinación de coordenadas geográficas o UTM. El Datum SIRGAS (Originalmente Sistema de Referencia Geocéntrico para América del Sur, hoy conocido como para las Américas), ocupa como elipsoide de revolución de referencia al GRS80. La diferencia entre ambos elipsoides WGS84 y GRS80 se encuentra sólo en el sexto decimal del achatamiento ya que comparten el mismo semieje mayor. En la práctica esto redunda en que se pueden

15

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego considerar a las coordenadas en WGS84 coincidentes con SIRGAS (WGS84) al nivel de los 10 cm o menor. Las denominadas cartografías regulares (generadas oficialmente por las instituciones cartográficas nacionales , IGM, SAF Y SHOA utilizan (por razones históricas ) dos Datum distintos dependiendo de la escala de representación .actualmente, se encuentran realizando un esfuerzo para llevar todo a un tercer datum que se constituirá en la única referencia válida para todo el país. Datum provisional Sudamericano de 1956 (PSAD56): utilizado en toda la cartografía regular 1:50000 (hasta la décima región) y menores (1:250.000,1:1.000.000, etc.) usa el elipsoide internacional de 1909, también llamado de 1924.en términos técnicos, el Datum es un punto ubicado en el área de interés, en este caso, el continente sudamericano. Datum Sudamericano de 1969 (SAD69): utilizado en toda la cartografía 1:25.000 y mayores incluyendo las ortofotos 1:20.000 de IGM-CIREN y en la cartografía regula : 1:50.000 de las regiones 11 y 12 usa el elipsoide internacional de 1967, también conocido como elipsoide australiano. Worl Geodetic System (WGS84): utilizado por GPS y base para el Sirgas 2000 con el que se está construyendo la nueva cartografía oficial de Chile. En términos técnicos, el datum es un punto ubicado en el área de interés, en este caso, el continente Sudamericano o el planeta. De los tres Datum utilizados en Chile ninguno de los puntos está en Chile (para el PSAD 56, está en la Canoa, Venezuela, para el SAD 69, está en Chua Brasil y para el WGS 84, centro de masa. Por esa misma razón, tanto el PSAD 56 como el SAD 69, en Chile, muestran errores de desplazamiento y de deformación no despreciables. El IGM (Instituto Geográfico Militar) está invitando a la comunidad a utilizar el Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas SIRGAS para todos los trabajos de Geodesia, Cartografía, y topografía que se realicen en el territorio nacional

16

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

17

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego 1.3.5 DIFERENCIAS ENTRE MAPAS Y PLANOS Cuando la superficie a representar es grande, tendremos que tener en cuenta la esfericidad de la tierra, y esto producirá deformaciones para este tipo de situaciones utilizaremos un mapa. En zonas pequeñas, la superficie a representar se puede asimilar a un plano sin tener apenas deformaciones. En topografía consideraremos la tierra como un plano

1.4 TOPOGRAFIA La topografía es la ciencia que estudia los métodos y procedimientos para realizar mediciones sobre el terreno y su representación gráfica o analítica a una escala determinada. La obtención de la representación gráfica de la forma exterior de la tierra, se reduce generalmente a la representación de los accidentes y detalles del terreno en extensiones relativamente pequeñas, prescindiendo de la forma curva de la superficie terrestre a través de levantamientos topográficos. Comprende además el trabajo de llevar al terreno datos e indicaciones obtenidas en dicha representación gráfica mediante trabajos de replanteos. La posición de un punto en el espacio queda determinada si se conoce su proyección sobre el plano horizontal y su cota (altura sobre el plano horizontal), de esta manera el problema topográfico queda dividido en dos partes:

18

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego a.

Determinación de la proyección horizontal, se usa exclusivamente la proyección ortogonal (normal) el conjunto de operaciones que se realizan para este objeto se llaman PLANIMETRIA.

b.

Determinación de cota (alturas) el conjunto de estas operaciones se llama ALTIMETRIA

19

Introducción a la Topografía Carlos Aravena Orrego

1.5 PRINCIPALES INSTRUMENTOS TOPOGRAFICOS Los instrumentos topográficos, son las herramientas que se utilizan para la obtención de los datos en terreno que permiten la determinación de las posiciones que sean de interés en un levantamiento. A cont...