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• Frank Alcarraz Mucha

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico De Topografía y Vías de Transporte

LEVANTAMIENTO DE PUENTES Y TUNELES GRUPO III

Ing. Jorge Uribe Saavedra

DOCENTE: ESTUDIANTES:

 QUIJANO URIBE, Brenda  CASAVERDE LÓPEZ Oswald  VALENCIA ZAPATA David SECCIÓN: TV114 H CICLO: 2012-1

20092570H 20104087J 20094143J

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SECCION H

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. Levantamiento de Puentes y Túneles

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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 Levantamiento de Puentes y Túneles

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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

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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 Levantamiento de Puentes y Túneles

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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. Levantamiento de Puentes y Túneles

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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 Levantamiento de Puentes y Túneles

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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

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