UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico De Topografía
y Vías de Transporte
LEVANTAMIENTO DE PUENTES Y
TUNELES
GRUPO III
DOCENTE: Ing. Jorge Uribe Saavedra
ESTUDIANTES:
QUIJANO URIBE, Brenda 20092570H
CASAVERDE LÓPEZ Oswald 20104087J
VALENCIA ZAPATA David 20094143J
SECCIÓN: TV114 H
CICLO: 2012-1
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Tipos de Trabajos Topográficos
Los levantamientos para puentes y túneles pueden ser más o menos complejos
según el terreno, la importancia de la estructura y la longitud de la curva. Además
del reconocimiento, son necesarios para la alineación cuatro tipos de trabajos
topográficos; estos trabajos pueden combinarse si el proyecto es sencillo. Son los
siguientes: levantamiento preliminar, levantamiento para el proyecto, los trabajos
para el control de la situación y los de replanteo.
Levantamiento Preliminar
Consiste en un levantamiento topográfico de la superficie que incluye la
estructura. Puede constar únicamente de unas pocas secciones transversales en
los extremos del puente o túnel que se va a construir o puede requerir un
levantamiento aéreo que cubra varios kilómetros cuadrados. En este
levantamiento debe estar representada la situación precisa de la vía férrea,
carretera y ayudas para el drenaje, un levantamiento de las condiciones de las
aguas subterráneas; esto puede exigir la obtención de datos de situación y alturas
para una serie de perforaciones. Muy frecuentemente es necesario un
levantamiento hidrográfico completo. Este puede incluir un estudio del área de
drenaje, de las corrientes y del efecto de las mareas o crecidas.
Preliminar del Eurotúnel
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Estudio Hidrografico
Levantamiento para el Proyecto
Una vez que se ha escogido definitivamente la posición de la estructura es
necesario reunir los datos topográficos exactos que se precisan para efectuar un
proyecto detallado. Frecuentemente las magnitudes exactas de los elementos
que han de constituir la estructura dependen de la posición de la estructura
existente, Por ejemplo, los pilares de un puente para un ferrocarril han de situarse
de modo que puedan mantenerse los adecuados espacios entre vías, así como
su alineación. Los túneles en carretera han de ser unidos muchas veces a las
poblaciones existentes y muy a menudo ha de unirse la nueva estructura a
estructuras antiguas. Los trabajos para un proyecto detallado han de ser muy
exactos y tan cuidadosamente comprobados que no pueda existir la menor
posibilidad de equivocación.
Levantamiento para el Control de la Situación
En tanto que los trabajos preliminares y el levantamiento para proyecto han de
estar basados en un sistema de control, el sistema de control de la situación de un
puente o de un túnel es un parte tan importante del trabajo que con frecuencia
se efectúa separadamente y se ejecuta con especial cuidado sin tener en
cuenta ningún otro control.
Por ejemplo, con frecuencia se necesita sobre un río navegable un puente de
gran longitud con un arco especial sobre el canal. Esta posición puede
seleccionarse con garantía a partir de los datos que se obtienen del plano
topográfico preliminar. Sin embargo, las posiciones relativas de las partes
estructurales que se levanten en los dos extremos han de ser exactamente
correctas, de manera que el arco central encaje una vez que sea levantado.
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En este caso y en otros similares puede ser suficiente una triangulación
rudimentaria para levantar el plano topográfico preliminar, pero es
fundamental que la triangulación para el control de la situación sea
sumamente precisa.
El control de la situación requiere un volumen considerable de cálculos, para
reducir la triangulación y los datos de itinerario de forma que se puedan
determinar las medidas para el replanteo.
Viaducto Millau, Francia
Puente Akashi Kaikyo, Japón
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Replanteo
Una vez que se han completado los cálculos de situación deben señalarse las
posiciones básicas de esta y desde ellas se situaran los puntos que den las
posiciones para construir la estructura. Este trabajo suele ser de una dificultad
considerable, y tratándose de una estructura bajo el agua ha de seguirse un
procedimiento muy exacto.
Importancia del Control y Replanteo
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Puentes
Un puente se define como una estructura destinada a salvar obstáculos
naturales, como ríos, valles, lagos o brazos de mar; y obstáculos artificiales, como
vías férreas o carreteras, con el fin de unir caminos de viajeros, animales y
mercancías.
Tuneles
Los túneles son un medio de comunicación artificial entre dos puntos separados
por un suelo o roca. Su objetivo es el de permitir el paso de personas, ferrocarriles,
vehículos, conducciones eléctricas, de agua u otros.
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Trabajos topográficos combinados
Es evidente que ha de situarte tan pronto como sea posible tanto el sistema de
control vertical como el horizontal. Estas operaciones pueden incluir únicamente
una línea de nivelación y un itinerario, pero para pasos sobre agua suele ser
necesaria un triangulación y, a veces, una nivelación recíproca. A veces, estos
sistemas pueden realizarse al mismo tiempo que los trabajos preliminares. Al
principio pueden realizarse las medidas con un reducido grado de exactitud para
el levantamiento de planos y posteriormente puede aumentarse esta exactitud
mediante medidas más precisas, una vez que se necesitan datos más exactos
para el proyecto y cálculos de situación.
Permanencia
Como regla general, los sistemas de control serán utilizados repetidas veces
durante el trabajo. Por esta razón, las estaciones y los vértices deben construirse
cuidadosamente para que resulten permanentes. El levantamiento de control
preliminar puede señalarse mediante estacas, pero si el sistema ha de ser utilizado
posteriormente, estas estacas han de sustituirse por señales de hormigón,
marcándose los centros con cobre o bronce. Las marcas de referencia y las
medidas deben ser determinadas cuidadosamente.
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Triangulación
La situación de las estaciones de triangulación debe acomodarse, en lo
posible, a los siguiente requerimientos :
1) Debe situarse una estación primaria próxima a cada uno de los extremos de la
estructura. Los túneles necesitan estaciones adicionales próximas a cada pozo y
los puentes los necesitan en aquellos puntos desde los cuales los pilares del
puente pueden situarse por intersección.
2)El sistema debe estar constituido por uno o dos cuadriláteros de forma
adecuada y deben observarse ambas diagonales.
3)Deben medirse por lo menos dos bases, de modo que cada una de ellas
constituya un lado completo de un cuadrilátero.
Las estaciones deben colocarse en lugares desde donde las bases puedan
medirse fácilmente. Frecuentemente se levantan uniones cortas, desde un
extremo de la base a una estación de triangulación situada sobre un tejado
próximo sobre algún otro punto destacado. Las bases deben medirse con cintas
invar previamente contrastadas. Si no se dispone de cintas invar deben realizarse
todas las medidas por la noche o en días nublados.
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Sistema de triangulación típicos
La figura mostrada representa un sistema de triangulación típico para un puente.
Las estaciones A,B,C y D constituyen el cuadrilátero principal. Las bases medidas
son AB y CE. El triángulo CDE traslada la base hasta CD, G y F se sitúan sobre la
línea central y F´ y G´ se sitúan a partir de aquellos. F´ y G´ se sitúan
permanentemente y se ponen señales sobre ellos. H, I y J se sitúan en puntos que
permitan obtener por intersección los centros de los pilares. estos puntos se unen
entre sí por medio de itinerarios o de triangulación. Cuando es necesario
determinar las posiciones precisas de las pilas del puente, las intersecciones
obtenidas desde Ay H se comparan con la posición de la línea central e
igualmente de I y J. Se utiliza el par más próximo.
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La figura que se presenta a continuación representa una triangulación para un
túnel que ha de ser construido a través de una loma donde el levantamiento es
difícil. No resulta posible hacer un itinerario satisfactorio a través de la loma y sobre
la línea central del túnel, ni medir una base entre C y D.
Se hace uso de dos cuadriláteros y se miden como bases AB y EF. H y G se sitúan
sobre la línea central , G´ y H´ se colocan permanentemente construyendo
señales en ellos.
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Instrumentos
Suelen ser recomendable utilizar teodolitos de dirección de lectura óptica para
la triangulación y para el establecimiento del control de situación básico. La
nivelación de control primario deben hacerse con instrumentos de primer orden y
con miras precisas. Para la medición de distancias se utilizan las cintas de metal
invar que están constituidas por 35%Niquel y el complemento de acero, estas
cintas son utilizadas en levantamiento geodésicos de alta precisión.
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CONTROL EN PUENTES EXISTENTES
Muchas veces un puente ya existente resulta paralelo a la nueva estructura.
Cuando se establece un itinerario o una línea de nivelación a lo largo de la
estructura antigua, deben tenerse muy en cuenta los desplazamientos de las
marcas topográficas debidas a los efectos de los cambios de temperatura en la
estructura. Las marcas permanentes deben colocarse únicamente en los propios
pilares o en los extremos fijos de la estructura situados directamente sobre el pilar.
Cualquier medida que se realice entre estos puntos ha de ser efectuada (o
repetida) inmediatamente antes de ser utilizada.
Los puentes colgantes y de arcos presentan problemas especiales. En ellos, las
alturas cambian radicalmente y las medidas de longitud pueden ser realizadas
únicamente después de una cuidadosa consideración del proyecto y una vez
hayan sido realizadas experiencias sobre el movimiento real de la estructura
cuando hay cambio de temperatura.
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REPLANTEO DE PUNTOS BASICOS
Los puntos básicos de control, tales como en la fig. 15-1 y G y H en la fig. 15-2, se
sitúan y se relacionan entre si normalmente durante la operación de control. A
veces no se establecen hasta más tarde. Las posiciones para estos puntos y todos
los de control básico deben elegirse muy cuidadosamente.
Fig. 15-1 Fig. 15-2
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METODOS DE REPLANTEO
SELECCIÓN DE LAS POSICIONES FUNDAMENTALES DE SITUACION:
La primera operación en el replanteo consiste en situar las posiciones
fundamentales. Deben establecerse partiendo del sistema de control de situación
con el mayor cuidado y utilizarlas después como posiciones fundamentales.
Deben situarse lo mas próximos posible a la estructura, pero en una posición tal
que puedan resultar protegidos de las destrucciones debidas a las operaciones
de construcción. Deben disponerse de modo que puedan utilizarse con un
mínimo de cálculo.
Si es posible, conviene situar un punto en cada extremo de la estructura y sobre la
línea central. A falta de estas condiciones los puntos deben ser colocados sobre
una línea exterior situada a un número exacto de metros hacia un lado. Si no es
posible que puedan visarse entre si, han de colocarse un par de puntos en cada
extremo en la dirección de la línea central. Si se emplea una alineación curva,
esta dirección será diferente en cada extremo.
Si para la perforación del túnel se hacen pozo, debe señalarse un punto en la
superficie y es muy conveniente en cada pozo marcar también otro punto
distante de la alineación. A veces resulta posible hacer un itinerario de superficie
con exactitud a lo largo de toda la línea central del túnel. Otras solo pueden
establecerse sobre la superficie con exactitud una serie de direcciones.
CÁLCULO DEL REPLANTEO DE UN TÚNEL.
El cálculo del replanteo de un tunel o de una galería subterránea no tendrá
mayor problema, que si la obra fuese a cielo abierto, no obstante habremos de
aplicar los métodos más adecuados al caso, en función de los condicionamientos
constructivos.
1. Métodos usuales de replanteo
Los métodos más usuales de replanteo son:
Replanteo planimétrico de las boquillas:
Supuesto un túnel en recata entre dos puntos N y S, una vez definidad las
coordenadas de cada punto, se realiza la observación de la red de enlace entre
bocas (triangulación, poligonal y nivelación).
A partir de estos vértices se calcula el replanteo por intersección múltiple o por
polares múltiple de ambos puntos. Una vez replanteados estos puntos,
compensados y determinados en su posición más probable, es necesaria su
señalización de forma temporal o permanente para poder realizar una re
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observación o para marcar y referir las alineaciones rectas de entrada a la
excavación.
Replanteo altimétrico de las boquillas: tras realizar el replanteo plan métrico
se podrá transmitir su cota o altitud desde la red altimétrica de nivelación.
Replanteo de los puntos básicos del eje o polos.
Cuando el proyecto se ejecuta en curva o combinación de rectas y curvas se
debe tener muy en cuenta el eje de la obra. Se ha de procurar proyectar el
mínimo número de cuerdas (ejes de la poligonal de replanteo), a fin de cometer
el mínimo error posible. Para asegurar el eje se puede realizar un replanteo doble,
ejecutando el mismo procedimiento con cuerdas más cortas o por un camino
diferente. Se ha de aplicar una topografía de diseño basada en los métodos de
replanteo de una curva cualquiera.
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Cuando los pilares de un puente tienen que situarse dentro del agua, las
posiciones fundamentales tienen que situarse de forma que desde ella los
pilares puedan situarse por intersección. En las orillas han de colocarse señales
que sirvan para orientar los taquímetros.
Una vez que los puntos básicos han sido situados, pueden construirse señales
permanentes sobre cada una de las marcas que han de ser visadas con
frecuencia. A veces, estas señales se construyen de forma que pueda
estacionarse un taquímetro en ellas.
ALINEACIONES EN LOS TUNELES CON POZOS:
Los pozos se realizan para poder abrir más frentes de explotación, ya sea en
minería subterránea como en obra civil para grandes longitudes y cuando es
posible. También se pueden realizar para acceder a las salas de turbinas en una
central hidroeléctrica.
La alineación puede llevarse al interior de los túneles por cualquiera de los
métodos descritos en la topografía de minas. El instrumento mas exacto para
llevar las posiciones bajo un pozo es el colimador vertical. Este aparato determina
una visual vertical tanto hacia arriba como hacia abajo. Se dispone de forma que
en lugar de una visual muy corta hacia abajo pueda emplearse una plomada.
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Fig. 15-3 colimador vertical Berger. Determina una visual vertical. El ocular del
anteojo representado gira sobre su eje para dirigir la visual hacia arriba o hacia
abajo, girando un prisma montado en el centro del instrumento. Se utilizan dos
lentes objetivas.
El nivel de burbuja puede ajustarse de forma que quede centrado cuando el eje
principal resulte vertical, mediante la nivelación del instrumento y su giro en
azimut. La visual puede situarse en línea con el eje vertical apuntando a un punto
bien definido, girando el instrumento en azimut y ajustando la cruz filar hasta que
quede situada sobre el punto. El instrumento puede estacionarse bien en el túnel
o bien en una plataforma especial construida fuera, sobra el pozo.
La alineación se lleva por el techo como en las minas. Normalmente, se monta
una escala en cada estación del instrumento de modo que la línea pueda
recorrerse por el interior del túnel repetidamente para comprobar su posición y
para anotar cualquier movimiento, particularmente en construcciones tubulares.
Se conserva un registro de los valores de la escala que quedan sobre la línea y
que se utilizan, por tanto, como posiciones del instrumento. Frecuentemente, se
coloca un dispositivo que lleva una plomada, de forma que la posición de la
misma pueda leerse sobre la escala. En los tuneles grandes se utiliza un soporte
especial que cuelga del techo, para el instrumento, y una pequeña plataforma
para el observador.
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ALINEACION DE CURVAS:
Cuando la alineación de un túnel es curva, los datos completos de la misma
son calculados, como es lógico, antes de comenzar el trabajo.
Las cuerdas o secantes deben elegirse de modo que puedan efectuarse visuales
a distancias que sean lo mayor posible. La línea básica se lleva sobre estas líneas y
se rellenan los puntos intermedios.
Niveles
Los niveles se utilizan con mucha mayor frecuencia que en topografía ordinaria.
En las construcciones tubulares, a traves de un etrreno enlodado, el tubo de
movera nomrmalmente hacia arriba y hacia abajo en unas pequeñas cantidades
según los cambios que se verifiquen en las profundidaes del agua situada
encima. El agua tiene tendencia a comprimir el lodo y, por tanto, a que el tubo
baje. Al disminuir el agua depositada, sufre una elevacion. Debe atenderse
especialmente al nivel de la marea o del río.
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OPERACIONES
Precauciones
En general, todas las operaciones topográficas deben realizarse con gran
cuidado. Puesto que la exactitud deseada es grande y los triangulos son a
menudo comparativamente pequeños, debe cuidarse muy bien el centrado de
los instrumentos y las señales. Como consecuencia de que una equivocacion da
lugar a un gasto suplementario casi prohibitivo, las medidas tiene que realizarse
repetidas veces. Las señales permanentes deben utilizarse tanto como sea
posible, incluso para las posiciones secundarias. La atencion y la planificacion son
mas importantes en los trabajos de esta clase que para casi todos los restantes
tipos de operaciones topográficas.
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EJEMPLO
Levantamiento para Puente de bahía Tampa
El levantamiento hecho para el puente de la bahia de Tampa es un ejemplo
expresivo del metodo utilizado para resolver un dificil problema de levantamiento
para un puente.
Peter A. Hakman, que estuvo encargado de este trabajo, publicó un artículo en
1953, en el cual describe como llevo a cabo este proyecto.
La figura muestra la disposición general del puente, desarrollada a partir del
reconocimiento en que estaba basado el proyecto.
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La figura muestra el esquema de la triangulación para el levantamiento
preliminar. No fue necesario medir ninguna base. Mullet Key Light, Front Range
Mullet Key Channel (Alineacion anterior en la figura) y Rear range Mullet Key
Channel(Alineacion posterior en la figura) eran faros cuyas posiciones habían sido
determinadas con precisión de tercer orden por el U.S. Corps of Engineers(
Cuerpo de Ingenieros de EE. UU.). Las líneas entre estos faros fueron usadas como
bases. La medida de ángulos se hizo con precisión de TERCER ORDEN. La
triangulación se uso para determinar las posiciones de los arranques, las pilas
índice y las estaciones en que fueron basados los cálculos para el proyecto de las
alineaciones. Sirvió, por tanto, como base para el levantamiento preliminar y el
levantamiento para el proyecto.
Luego, se realizó una triangulación utilizada para el control de posición. Las dos
bases fueron medidas sobre el agua, que en algunos puntos tenía profundidades
de hasta 4m. Primero fueron instaladas señales permanentes, que consistían en
tubos de 10 cm clavados en el fondo de la bahía. En algunos casos los tubos se
recubrieron de cemento. Se colocaron a intervalos de aproximadamente 600 m
para servir como señales de extremos de sección.
Los puntos intermedios fueron señalados con tubos de 6cm clavados a intervalos
de 50metros. La cinta estaba soportada solamente por estas señales. Se aplicaba
una tensión de 10 a 12 kg. Se utilizó una cinta de invar, que se calibraba a
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intervalos frecuentes, debido al efecto corrosivo del agua salada. Cada
sección de 600m fue medida de diez a veinte veces para obtener la precisión
deseada. Los resultados mostraban un error probable para la base norte de
1:625,000; para la base sur, de 1:1’290,000; el valor calculado de una base,
llevado a través de la triangulación desde la otra, comprobado con un valor
medido para una precisión de 1:600,000
Los ángulos fueron medidos con métodos de primer orden y el método de los
mínimos cuadrados daba una corrección angular que oscilaba de 0,00 a 0,54
segundos.
Resultado Final