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Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 107 CAPÍTULO IX. PLANIALTIMETRÍA 1. Planificación de los levantamientos planialtimétricos Decidida la realización del trabajo, de emparejamiento y nivelación por ejemplo, se procede a reunir los antecedentes topográficos disponibles (aerofotos, cartografía, mensuras y otros) y se recorre el lugar. Se elige la escala de trabajo de acuerdo a los objetivos y esta decisión determina también la densidad de puntos a acotar, pues la equidistancia de las curvas de nivel, impone el número de puntos a relevar, de acuerdo al microrelieve del sitio. Otra situación posible resulta el objetivo de la construcción de un canal. El levantamiento topográfico para determinar su trazado será distinto si es sólo al nivel de anteproyecto o ya es para proyectar su construcción. En el primer caso tal vez resulten suficientes 1 o 2 puntos cada 100-300 metros, según el microrelieve, y distribuidos en una faja ancha, con tolerancias de cierres más amplias. En el segundo caso, requerirá una densidad de 1 o 2 puntos cada 25-100 metros sobre la traza del anteproyecto, adecuándola a la naturaleza del relieve (tratando que sea en excavación en todo lo posible), con tolerancias menores. Este levantamiento de mejor calidad, facultará la determinación más precisa de volúmenes de excavación o de terraplén, es decir el movimiento de tierra a realizar. El levantamiento, al comienzo o al final, debe ser vinculado a otros preexistentes. La vinculación suele resultar con algún mojón del I.G.M., de Vialidad Nacional o Provincial, con mojones o estacas de picadas de YPF, mojones del ferrocarril, o de otros organismos oficiales; en estos casos el levantamiento quedará referido al nivel del mar. En esas empresas o en la Dirección General de Inmuebles se hallan las memorias con los datos de los mojones. También deben amojonarse o estaquearse puntos importantes de las poligonales realizadas, dejando constancia en la memoria del trabajo de su ubicación y altura. A continuación, con los antecedentes y la recorrida del sitio, se elabora un prolijo croquis y se planifica la ubicación de las estaciones de la poligonal teniendo en cuenta los obstáculos y accidentes del terreno. Según las particularidades del levantamiento y los instrumentos disponibles, se seleccionan los métodos a seguir, según lo estudiado en los otros capítulos. Habitualmente el trabajo de campo continúa en gabinete preparando las planillas apropiadas según el objetivo del trabajo. Confeccionadas las planillas, en PC o manualmente, se realiza un primer ajuste o verificación: el control de las lecturas del nivel de los tres hilos medios en cada punto. Estas lecturas son de importancia pues proporcionan no sólo las distancias sino también las alturas. El hilo medio debe estar situado exactamente entre las dos lecturas de los otros hilos. Suele ocurrir, por distracción o impericia, que se anotó incorrectamente la lectura de alguno de los hilos. Mediante un estudio exhaustivo es posible establecer en muchos casos cual es el equivocado. El siguiente ajuste resulta el angular. Otro error frecuente resulta la anotación incorrecta de los ángulos. Ayuda a corregirlo el prolijo dibujo del croquis del trabajo, especialmente si se elaboró con el auxilio o apoyo de fotos aéreas o de otros antecedentes topográficos anteriores, y el cálculo rápido del cierre angular del polígono. Verificados los valores tomados a campo y ordenados en planillas adecuadas en gabinete, se prosigue estableciendo las tolerancias de cierres de distancias y angulares, para conocer si el trabajo de campo es de calidad adecuada y los errores se encuentran dentro de ellas. Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 108 2. Realización y dibujo de poligonales cerradas Esencialmente el procedimiento de dibujo de una poligonal cerrada es el mismo que el de una abierta (ver Figura IV-13). 2.a. De levantamientos por azimutes Se utilizan azimutes magnéticos o geográficos, según el tipo de aparato con que se cuente (observar la Figura IX-1). Algunos teodolitos permiten hacer directamente la corrección de la declinación magnética, de tal forma que la brújula que él mismo lleva, proporciona la orientación de cualquier recta, siempre referida al Nv (Norte verdadero o geográfico). Otros, como el de la Cátedra (Theo 020 A), no permite hacer esta corrección, por lo que se trabaja con azimutes magnéticos y luego se establecen las correcciones de la declinación en gabinete. En este último caso es posible hacer uso de una brújula corregida que indicará el Nv, se jalona o marca esa dirección, luego se orienta el teodolito según esa línea (0º 00’ 00”) y se mide el ángulo referido al Nv. Para el levantamiento de una poligonal se sigue alguno de estos dos criterios. Uno de ellos es orientar una línea base de trabajo mediante un azimut y luego levantar el segundo lado de la poligonal con un ángulo respecto a esta línea. Después se determina el tercer lado con un ángulo respecto al segundo y así sucesivamente hasta completar la figura. El otro criterio es referir cada lado de la poligonal al Nv o al Nm. Es decir que en cada vértice de la misma el aparato será orientado según estos meridianos (0º 00’ 00”) y se medirá el ángulo correspondiente. Procedimiento: suponiendo que se usa un teodolito, donde es posible corregir la declinación, se hace necesario conocer el valor de esta última para el lugar y fecha del relevamiento. Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 109 Una vez corregido el aparato se lo instala en el punto A (ver Figura IX-1, ángulos ya corregidos, según Figura IX-2). Se lo nivela y centra en posición correcta, y se orienta y ajusta el anteojo según el Nv (0º 00’ 00”). Luego se gira el anteojo a la derecha hasta observar el punto B, se lee el ángulo y se anota, se mide la distancia entre A y B y se pasa al punto B. Se repite lo realizado en A, luego se gira a la derecha hasta ubicar C, se anota ángulo y distancia entre B y C, se pasa al punto C y se repite lo anterior hasta completar la poligonal. Ejemplo: Si no es posible hacer correcciones en la brújula del teodolito, se trabaja levantando la poligonal de igual modo que en el anterior caso, con la diferencia que los ángulos están referidos al meridiano magnético. Por lo tanto, para obtener estos ángulos deberán corregirse en gabinete, sumando o restando la declinación magnética según corresponda (Figura IX-2). Otro caso: Similar al ejemplo anterior, pero = 10º O (oeste), Obsérvese la Figura IX-3. Se corrigen los ángulos restándoles 10º a cada uno. En el punto A se leyó 100º y restando la declinación de 10º, resulta un ángulo corregido de 90º. El mismo procedimiento se sigue para los otros vértices. 2.b. De levantamientos de un polígono por repetición Se emplea para el caso un teodolito repetidor (ver Figura IX-4). Lo primero que se realiza es orientar la línea base de trabajo, la cual puede quedar referida a algún punto de la zona que sea persistente en el tiempo y figure en mapas (puente, mojón de ferrocarril u otro, ver Figura IX-4a), o al Nv o al Nm (ver Figura IX-4b, luego en gabinete se corrige la declinación). Una vez obtenida la línea base (AB) en el polígono anterior, en cuyos vértices se ubican jalones, se procede así: Se coloca el teodolito en el vértice B y se mira el jalón del vértice A. con una lectura angular de 0º 00’ 00”, luego se gira hacia la derecha hasta mirar el jalón C, se fija la perilla, etc., así se repite la operación tantas veces como sea necesario. Una vez obtenido el ángulo exterior ABC (acumulado), se divide por el total de repeticiones efectuadas, obteniéndose de esta forma un valor promedio del mismo. Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 110 Figura IX-3. Polígono de Figura IX-1 pero la declinación es 10º O y no 10º E Figura IX-4. Levantamiento de poligonales con teodolito repetidor Nota: a) Referenciada a un puente, y b) al Norte verdadero Por experiencia práctica se aconseja hacer 3, 5 o 7 repeticiones a lo sumo, según el grado de exactitud que se requiera. a) b) Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 111 Ejemplo: ángulo acumulado en 3 repeticiones: 480º 480º ABC = = 160º 3 Después se traslada el teodolito al punto C y se procede en forma semejante para determinar BCD. Se continúa así con todos los vértices del polígono hasta completar el itinerario. Fundamento de la repetición de los ángulos: si se dispone de un teodolito que posee una apreciación de 20 segundos, como el Theo 020 A de la Cátedra, las lecturas que estén entre 0”- 20”, 20” – 40” y 40” – 60” no pueden ser leídas. Por lo tanto al sumar varias veces el ángulo medido (3, 5 y 7 veces), se están acumulando estos valores no leídos, hasta hacerlos apreciables por medio del Vernier del instrumento. Ejemplo: Angulo real --- 45º 00’ 27” Primera lectura: Angulo leído --- 45º 00’ 20” Segunda lectura: Angulo real acumulado 90º 00’ 54” (acumulada) Angulo leído acumulado 90º 00’ 40” Tercera lectura: Angulo real acumulado 135º 01’ 21” (acumulada) Angulo leído acumulado 135º 01’ 20” Angulo leído acumulado Angulo promedio = Nº de repeticiones 135º 01’ 20” Angulo promedio = = 45º 00’ 26,6" Décimas de segundo 3 Si se compara la primera lectura con el ángulo promedio se puede observar que ésta se acerca bastante al valor real cuando se hacen las repeticiones, de ahí el uso que se hace de las mismas. 2.c. De levantamientos de polígonos por deflexión Como siempre, teniendo orientada la línea base, se procede a la medición de los ángulos. El teodolito se armará sobre le punto B, se observa el jalón A haciendo coincidir con el cero de la retícula. Se fija el ángulo con la perilla, se hace vuelta campana, se suelta la perilla y se gira a la izquierda hasta ubicar el jalón C, con este artificio se lee el ángulo de deflexión (Figura IX-5). Figura IX-5. Levantamiento de poligonales midiendo ángulos de deflexión Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 112 A continuación se traslada el instrumento al punto C, se mira hacia el jalón en B, se coloca 0º en la retícula, se fija el 0º con la perilla, se hace vuelta campana, se suelta la perilla y se gira a la derecha en este caso, anotando el ángulo de deflexión , que se forma al ubicar con el anteojo el jalón D. Se trabaja de esta forma en todos los puntos del polígono hasta completarlo. Si se quieren conocer los ángulos externos e internos del polígono, es posible hacerlo mediante simples operaciones de suma y resta (Figura IX-6). Ángulo externo ABC = 180º – Ángulo externo BCD = 180º + Ángulo interno ABC = 180º + Ángulo interno BCD = 180º – Figura IX-6. Ejemplo para conocer ángulos internos y externos por medición de ángulos de deflexión 3. Uso de una poligonal cerrada en una nivelación Al realizar la nivelación de un campo es posible estar frente a dos situaciones distintas: a) Presencia de una poligonal acotada realizada por YPF, DNV, AGAS u otra repartición. b) Poligonal no acotada (límites de una propiedad) realizada por la Dirección General de Inmuebles (planos catastrales). Si se presenta la primera situación, se realiza el levantamiento teniendo en cuenta los vértices acotados de la poligonal, que servirán de guía y control parcial del trabajo que se lleva a cabo, como el que se muestra en Figura IX-7. Figura IX-7. Levantamiento de una superficie mediante una poligonal cerrada La poligonal acotada es de gran ayuda, porque permite el control de cierre por partes, y efectuar las correcciones que sean necesarias para llevar a buen término el relevamiento. Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 113 No es lo mismo averiguar y corregir los errores en pequeños tramos, que hacerlo al final del trabajo, pues los errores arrastrados pueden ser muy grandes y la diferencia de cota de un mismo punto también, lo que obligaría a realizar nuevamente la nivelación o bien o tratar de averiguar donde se cometieron los errores y corregirlos (operación tediosa y a veces difícil, en relevamientos muy grandes). Por ello, cuando se presenta el caso b), de propiedades con sus límites definidos, pero sin acotamiento de sus vértices (que es lo más común), se trabaja del modo siguiente (ver Figura IX-8): a) Se traza una línea base (OA), orientada a un vértice de la propiedad, donde se colocará un mojón permanente. b) Se levanta una poligonal interna (con nivel y mira) y se calculan las cotas de los vértices (A, B, C, y demás), que estarán estaqueados. Una vez obtenida y marcada la poligonal (Figura IX-8), se procede a realizar el levantamiento radial como lo indica la Figura IX-9. Figura IX-8. Levantamiento con poligonal interna mediante nivel y mira De esta forma se logra el control por partes del relevamiento, lo que permite hacer las correcciones cuando fuese necesario. Se debe tener en cuenta que cada vértice de la poligonal trazada es un punto de control de la nivelación. Un ejemplo de límites o topes en la tolerancia de los trabajos topográficos resulta el empleado en trabajos para represas. En la construcción de represas agropecuarias (ver en el “Manual de Uso Sustentable del Suelo”, el Capítulo XIV) se han sugerido las tolerancias específicas para este tipo de levantamientos, pues se requiere mayor precisión que en los levantamientos normales. Estas, para la poligonal cerrada que conforman las estaciones, son: En el cierre angular: T = K n Donde: T = tolerancia angular en minutos. Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 114 K = constante, aproximación del aparato en minutos. n = número de vértices de la poligonal. En el cierre lineal (distancias medidas en relación con las reales): Dentro de una tolerancia de 1 en 500, es decir no más de un metro de error en 500 metros de distancia. El control o cierre vertical, por lo menos en el polígono estaqueado de estaciones, debe encontrarse con menos de 2 cm de diferencia cada kilómetro. T = 0,02 km Donde: T = tolerancia en m, y km = distancia nivelada, en kilómetros. Un ejemplo se presenta a continuación: Supóngase un terreno donde se implantará un monte frutal. Se desea calcular la superficie total para conocer el número de plantas que se requieren. Los vértices de la poligonal son perfectamente visibles entre sí, y se considera además que no existen atracciones magnéticas locales. Se trabajará con rumbos verdaderos, para ello se debe corregir la brújula de acuerdo a la declinación del lugar para la fecha del trabajo. Concluyendo, todas las lecturas hechas con la brújula en ese lugar serán rumbos verdaderos. En este Capítulo luego se explicará como se corrige la brújula. Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 115 Medición de los Rumbos (observar la Figura IX-10): se coloca la brújula en la primera estación de la poligonal A, se suelta la aguja, una vez quieta se realiza una visión hacia la estación B y se registra el rumbo, por ejemplo N 40º E. Luego se pasa a la estación B y se realiza una lectura haciaatrás, es decir en dirección a A (como no hay atracción local, la lectura difiere en 180º), también se registra el ángulo (220º) con su respectivo rumbo, S 40º O. Por último se mide la distancia que hay entre ambos puntos. Figura IX-10. Poligonal determinada con brújula El próximo paso es determinar el rumbo de la recta BC. Con la brújula en el punto B, se orienta las pínulas hacia C y se anota la lectura, por ejemplo rumbo N 90º E; seguidamente con ubicación en el punto C se lee hacia atrás, en este caso el ángulo es 270º y su rumbo S 90º O. Se mide además la distancia entre B y C. Se continua de esta forma hasta completar el itinerario y cerrar la poligonal. Corrección de Atracciones Magnéticas Locales: Al realizar dos lecturas (hacia adelante y hacia atrás), permite determinar atracciones locales que hacen variar las mediciones de los ángulos y por lo tanto incurrir en grandes errores, si éstos no son corregidos. A continuación se verá un ejemplo, donde están presentes estas atracciones y el procedimiento para corregir los ángulos afectados por las mismas (consultar la Tabla IX-1). Tabla IX-1. Datos de levantamiento con brújulas Lado De frente Atrás Resultado AB 43º 225º 43º + 180º = 223º con atracción BC 100º 280º 100º + 180º = 280º sin atracción CD 60º 242º 60º + 180º = 240º con atracción DE 25º 200º 25º + 180º = 205º con atracción n lados -- -- -- -- --- -- Aclaración: Cada lectura de frente se corresponde con un rumbo y cada lectura atrás con un rumbo inverso. Se conoce que la diferencia entre azimut y azimut inverso de una línea cualquiera es de 180º. En el ejemplo citado, esto no ocurre para los lados AB, CD y DE (atracción magnética local). Considerando primero el lado AB, donde evidentemente hay una atracción local en uno de sus vértices, se observa una diferencia de 2º. Por lo tanto no se puede confiar en ninguna de las lecturas obtenidas hasta analizar las lecturas subsiguientes. Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 116 Por lo tanto se analizará qué ocurre con el lado BC. Es posible observar en el cuadro anterior que, la diferencia entre la lectura de frente y lectura atrás de BC, es exactamente 180º, lo que indica que ambos puntos (estaciones) están exentos de atracción local. No ocurre lo mismo para CD y DE. Correcciones: Se acaba de ver que B y C se encuentran sin influencia magnética local y por eso cualquier ángulo dado desde estas estaciones será correcto. El ángulo inverso (lectura atrás) de AB fue tomado desde B y su valor correcto es 225º, lo mismo que la lectura de frente de BC, cuyo valor es 100º. A su vez, el ángulo inverso (lectura atrás) de BC muestra un valor de 280º y la lectura de frente de CD presenta 60º, ambos correctos. Explicación: como el punto B está exento de atracción magnética local, se toma el valor del ángulo medido hacia atrás y se resta 180º (que es la diferencia que existe entre rumbo directo y rumbo inverso), obteniendo el valor correcto de la lectura hacia adelante de AB y por diferencia (45º - 43º = 2º) el valor de la corrección. En el extremo derecho del cuadro se colocan los valores corregidos. En BC, no se realizan correcciones y, por estar ambos puntos libres de atracciones, se colocan los mismos valores (ver Tabla IX-2). Tabla IX-2. Correcciones Lado Lectura Valor sin atracción Corrección Lectura corregida Frente Atrás + 180º Frente Atrás Frente Atrás AB 43º 225º 225º - 180º = 45º +2 0 45º 225º BC 100 280º --- 0 0 100º 280º CD 60º 242º 60º + 180º = 240º 0 -2 60º 240º DE 25º 200º (25-2) + 180º = 203º -2 +3 23º 203º En CD, C se encuentra sin atracción y por lo tanto la lectura hacia adelante también, a este valor (60º) se le suma 180º y ese es el valor correcto de la lectura hacia atrás de CD. Por diferencia se conocen los grados de corrección, en este caso -2º (se debe restar 2º), entonces D está afectado en 2º de atracción. En DE, a los 25º de lectura hacia adelante se deben restar 2º porque D está afectado en esa cantidad por atracción local. El valor correcto es 23º, a este se le suma 180º y se obtiene el ángulo corregido hacia atrás de DE. Conclusión: Los puntos A, D y E presentan atracción local y cuyo valor es de +2º, 2º y +3º respectivamente. Esta atracción es posible se deba a la presencia de conductores eléctricos aéreos, acumulación de metal en las cercanías y otras, que desvían la aguja imantada. 4. Cálculo del volumen de movimientos de tierra Es posible calcular los volúmenes de tierra a acopiar para un terraplén o el muro de una represa, o de excavación para construir un canal de riego, drenaje o desagüe, por varios métodos. Acá se explicarán tres métodos: 1º) de la Regla de Simpson, 2º) de los perfiles transversales equidistantes y 3º) de las cotas de cuadrícula. Para ampliar estas descripciones se sugiere ver en “Manual de Uso Sustentable del Suelo” (2004), en el Capítulo XVI el tema 3.c Altura de la presa y cálculo de su volumen, y en el Capítulo VIII el Cálculo de Cortes y Rellenos en sistematización del suelo. 4.a. Método por la regla de Simpson En el Capítulo V se detallaron los métodos para determinar superficies o áreas (específicamente en el subtítulo 2). Si se hubiera determinado el área de distintas secciones de una figura, es posible conocer Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 117 el volumen contenido en ella (de agua, tierra o de otros elementos) aplicando la Regla de Simpson. La regla de Simpson establece que “El volumen de una figura (en m3) es igual al tercio del intervalo de distancia (d) entre las secciones, que multiplica al producto de la suma de la primera y última secciones más el doble de las secciones impares y más el cuádruple de las secciones pares” (expresadas en m2). Con el requisito de que haya un número impar de secciones y que éstas se encuentren a intervalos regulares. Es decir: Volumen (en m3) = d/3 [ A1 + A5 +2 . A3 +4 . (A2 + A4)] Ejemplo de la regla de Simpson: conociendo las cotas a lo largo de la trayectoria de la traza de un canal (o de un camino, desagüe) es posible calcular el volumen a mover que se requiere para alcanzar una determinada profundidad de la solera del canal, prefijando el ancho de la solera y la inclinación de los taludes. Así, se toman niveles a lo largo del eje del canal secundario en proyecto, a intervalos de 50 m, y se miden las siguientes profundidades en el eje (ver la Figura IX-11): Figura IX-11. Volumen por la regla de Simpson Sección A1 A2 A3 A4 A5 Abscisa (d, en m) 0 50 100 150 200 Altura (en el eje c, en m) 1,85 2,05 3,67 1,46 0,82 El canal secundario tendrá un ancho de solera de 1,5 m y las pendientes del talud de canal es del 50% (es decir 1en 2, o 1:2)). 1º Cálculo de las áreas de las secciones A1, A2, A3, A4 y A5 (en m2): Ancho de la base de relleno = (1,5 + 2c + 2c) m Ancho en cada abscisa = (1,5 + 4c) m Base mayor + base menor (m) (1,5 + 4c) +1,5 Fórmula general A = . c (trapecio) = . c (m) (en m2) 2 2 Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 118 con la que se calculan las áreas A1 = 9,62 m2, A2 = 11,48 m2, A3 = 32,44 m2, A4 = 6,45 m2 y A5 = 2,57 m2. 2º Cálculo del volumen del terraplén: V = d / 3 [(A1 + A5 + 2 . A3 + 4 (A2 + A4)] (en m3) V = 50/3 9,62 + 2,57 + (2 x 32,44) + 4 . (11,48 + 6,45) Volumen = 2.479,7 m3. Este método resulta apropiado también para el cálculo del volumen del muro de la represa, o del volumen del vaso de ésta,expresados en forma similar. Si el número de secciones fuera par, no se calcula por este método o no se considera la última sección y su intervalo de distancia. Después del cálculo de la nueva figura por Simpson, se determina el volumen suprimido mediante la semisuma de la sección suprimida y la que la precede, multiplicada por la distancia que las separa.. Este volumen se suma al anterior calculado por Simpson. 4.b. Método de los perfiles transversales equidistantes Este método requiere levantamientos de un perfil longitudinal y de dos o más perfiles transversales equidistantes. En el ejemplo de la Figura IX-12, que se refiere al volumen de un préstamo para construir el núcleo impermeable del muro de una represa, se ilustra un caso con dos perfiles transversales. En cada uno de éstos se determinaron las cotas (H) de 5 puntos y sus distancias al eje del perfil (db). La cota de excavación se fija en el perfil 1 en 200 m y la pendiente del proyecto es de 10%, por lo que la cota de excavación en el paño 2 será de 201,00 metros. Para conocer el volumen, se deben calcular primero las superficies de los perfiles o secciones 1 y 2 (SP1 y SP2): en la sección 1, es igual a la cota del punto (H1) menos la cota de excavación (por ejemplo: h1 = H1 – 200). SP1 = ½ (h1 +h2).(dbl-db2) + ½ (h2+h3).(db2) + ½ (h3+h4).(db4) + ½ (h4+h5).(db5-db4) La cota de excavación (CE), de la sección 2, se calcula por medio de la pendiente del proyecto (PP = 10%) y el valor de la equidistancia (E = 10 m). CE2 = CEI + 1m = 200m + 1m = 201m (1 m es el 10 % de 10 m) H1 h2 3h h4 h5 Figura IX-12. Método de los perfiles transversales equidistantes Perfil 2 Perfil 1 h3 h5 Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 119 Y las h serán igual a: h1 = H1 - CE2, h2 = H2 - CE2, y así en más SP2= ½ (h1 +h2).(db1- db2) + ½ (h2+h3).(db2) + ½ (h3+h4).(db4) + ½ (h4+h5).(db5-db4) Para calcular el volumen del tramo 1 (VT1), volumen total en este ejemplo, se requiere la longitud inclinada, LI. Los datos que se poseen son los de la equidistancia E (longitud horizontal entre los dos perfiles transversales) y la pendiente del proyecto (PP), por lo que se siguen los siguientes pasos en los cálculos: = arc.tg . (PP/100) = arc.tg . (10/100) = ángulo de la pendiente LI = E / cos VT1 = LI . ½ (SP1 + SP2) Otro ejemplo de utilización de este método, resulta el cálculo del volumen del movimiento de tierra para la excavación de un canal de riego con pendiente de diseño de 0,4 %, con taludes 1:8, desnivel permitido a la salida = 0,15 m, sección triangular, con los datos de la longitud horizontal o trayectoria que contiene la Tabla IX-3. (8h + 8h) 8 . 0,15 + 8 . 0,15 8 h 8 h ½ b = = = 1,20* 2 2 h 1:8 Tabla IX-3. Volumen de excavación por perfiles transversales equidistantes PV Dist. acum., m Cota terreno, m Cota canal, m Excavación, m ½ Base, m Área, m2 Área promedio Vol. a excavar, m3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 10,15 10,07 10,10 9,75 9,48 9,40 9,20 9,00 8,72 8,40 8,20 10,00 9,80 9,60 9,40 9,20 9,00 8,80 8,50 8,40 8,20 8,00 0,15 0,27 0,50 0,35 0,28 0,40 0,40 0,40 0,32 0,20 0,20 1,20* 2,16 4,00 2,80 2,24 3,20 3,20 3,20 2,56 1,60 0,00 0,18 0,58 2,00 0,98 0,63 1,28 1,28 1,28 0,82 0,30 0,02 0,38 1,29 1,49 0,81 0,96 1,28 1,28 1,05 0,57 0,16 19,0 64,5 74,5 40,5 48,0 64,0 64,0 52,5 28,5 8,0 Total = 463,5 m3 b . h A = = 1,20 x 0,15 = 0,18 m2 ; Área prom. = A0 + A1 / 2 = 0,18 + 0,58 / 2 = 0,38 m2 2 Volumen tierra A 0-50 = Área prom. 0-50 x Dist. = 0,38 x 50,0 = 19 m3 Sumando los parciales de la totalidad de las áreas se encuentra el volumen total de tierra a excavar. Cuando se trata de hallar el volumen para grandes movimientos de tierra (canchas de juego, represas y otros casos), el trabajo de campo consiste en cubrir el área con una retícula de cuadrados y medir los niveles reducidos de sus vértices. La Figura IX-13 muestra un ejemplo que corresponde a una pequeña parte de una retícula, en la que el área debe excavarse hasta la cota 90,00. Los lados de excavación se consideran verticales. El volumen o sólido, con base en cada cuadro de la red, es el de un prisma vertical truncado, es decir con bases no paralelas. Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 120 Volumen de cada prisma = altura promedio x área de la base 4.c. Método de la cuadrícula En el ejemplo, las alturas promedio de cada prisma son: Prisma 1 = (1,0 + 3,0 + 2,0 + 2,0) 4 = 2,0 m Prisma 2 = (3,0 + 4,0 + 3,0 + 2,0) 4 = 3,0 m Prisma 3 = (2,0 + 3,0 + 2,0 + 1,0) 4 = 2,0 m Prisma 4 = (2,0 + 2,0 + 1,0 + 3,0) 4 = 2,0 m Area de la base de cada prisma truncado = 10 x 10 = 100 m2 Volumen de 1 = 100 x 2.0 = 200 m3 Volumen de 2 = 100 x 3.0 = 300 m3 Volumen de 3 = 100 x 2.0 = 200 m3 Volumen de 4 = 100 x 2.0 = 200 m3 Volumen de total de excavación = 900 m3 Una derivación de este 3º método es el empleado para estimar el volumen de cortes y de rellenos en nivelación y emparejamiento para riego. 5. Determinación de la unidad económica Dado que el concepto de unidad económica, como así también los métodos de determinación de la misma son conocidos a través de la materia Economía Agraria, se hará una revisión de los conocimientos generales, poniendo énfasis en el aporte de la Topografía. 5.a. Concepto - Aspectos generales Se entiende por unidad económica de explotación, una superficie de tierra tal por su calidad, ubicación, mejoras y demás condiciones de explotación, racionalmente trabajada por una familia agraria que aporte la mayor parte del trabajo necesario, permita subvenir a sus necesidades y a una evolución favorable de la empresa (Art. 21 del Decreto Ley No 2964/58). Ninguna de estas finalidades, tanto de orden económico como social, pueden llegar a cumplirse en parcelas cuya superficie sea inferior a la unidad económica, ya que la explotación de dicha superficie para que la familia agraria pueda sobrevivir llevará indefectiblemente a la degradación del suelo y Figura IX-13. Volumen por el método del reticulado o cuadrícula Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 121 pérdida de fertilidad. Es decir el productor no puede realizar planes de trabajo racionales debido a la imperiosa necesidad de aprovechar la capacidad productiva de su tierra. La legislación argentina tiene en cuenta el concepto de unidad económica, tratando de preservarla como tal a través del tiempo, impidiendo su fragmentación. De la misma manera, se considera el tema en las distintas legislaciones latinoamericanas, ya que se trata de preservar, amparar y fomentar la empresa agraria que se efectúa por una familia con su trabajo, para que viva decorosamente y progrese, evitando que la tierra en que se asienta pueda ser subdividida por la ley de herencia o rematada o embargada. En distintos seminarios latinoamericanos sobre problemas de la tierra se sostiene que las deficiencias de las estructuras agrarias en América Latina, solo pueden corregirse combatiendo el latifundio y el parvifundio, creando las condiciones jurídicas, económicas y sociológicas para la implantación de la unidad económica agraria de explotación de carácter indivisible. También se ha tratado el problema de la subdivisión de la tierra en las legislaciones de Dinamarca, Francia, Irlanda,Suiza, España, y en general de toda Europa donde el grado de subdivisión llegó a ser muy grave (parcelas de poco más de una hectárea). 5.b. Elementos a considerar para determinar la unidad económica Los factores que deben tenerse en cuenta son, por una parte de orden físico debido a que la tierra es un recurso natural, y por otra de orden económico social ya que intervienen las relaciones del hombre con la tierra. Se hace necesario conocer el uso actual de la tierra con relación a su uso potencial. Un predio puede producir más que otro debido a una mejor administración o debido a diferencias en calidad de sus suelos, es por ello que deben hacerse los análisis correspondientes. En resumen, se deben estudiar con atención los recursos naturales con que se cuenta (aptitud de terrenos para determinados cultivos, aptitud de suelos para conocer los fertilizantes a usar, etc.), como así también los aspectos sociales y económicos de la región. Dentro de los recursos naturales, se debe considerar: 1) Relieve y topografía del área 2) Clima 3) Geología y geomorfología 4) Edafología: reconocimiento y estudio de suelos, clasificación y mapa de suelos con aptitud productiva. 5) Ecología: Cultivos: frutales, forestales, viñedos, forrajeras, hortalizas. 6) Ganadería: especies y razas recomendables, receptividad ganadera, parición, mortandad, sanidad, pasturas permanentes, pastoreo rotativo, etc. 7) Hidrografía e hidrología 5.c. La topografía en la determinación de la unidad económica Es esencial analizar la superficie de las distintas clases o categorías resultantes de la interacción de factores como: altitud, relieve y pendiente, que originan distintos tipos de terreno: llano, ondulado, muy ondulado y quebrado, con sus variantes de altos y bajos y los diversos accidentes como lomas, albardones, médanos, cañadones, lagunas permanentes o temporarias, esteros, arroyos, canales, etc. A través de los levantamientos de detalles, el técnico deberá confeccionar el plano del terreno, ubicando las distintas categorías de suelo lo más exactamente posible. Es muy útil contar con material aerofotográfico ya que la técnica de la fotointerpretación es de gran ayuda. Lo mismo sucede con las imágenes satelitales y su procesamiento con computadora. Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría 122 La Topografía es un factor importante en la clasificación de un predio, tanto por la influencia que ha ejercido en la formación del suelo, como por la que ejerce sobre sus propiedades: humedad y temperatura. La intensidad de pendiente determina el grado de humedad, cuanto más pronunciada es, menor es la cantidad de agua de lluvia que penetra y mayor la cantidad que escurre, acumulándose en zonas más bajas. La pendiente también es un factor determinante de la erosión. Debido a todas estas consideraciones, no es conveniente pensar en un trazado geométrico regular de los lotes o unidades económicas, sino que, estudiando todas las características altimétricas del terreno, se aconsejará la forma más adecuada, que permita el cultivo en contorno o en terrazas, y la aplicación de prácticas culturales adecuadas. El relieve del terreno también influye en el régimen de inundaciones y anegamientos, en la exposición al sol y por ende en la temperatura del suelo. Siendo las características topográficas tan importantes para determinar las aptitudes de los campos, los organismos estatales encargados de la realización o control de las subdivisiones de campos, exigen una información detallada en este aspecto.- Elementos de Topografía Agrícola – Facultad de Ciencias Naturales – UNSa Aplicaciones de la planialtimetría IX CAPÍTULO IX. PLANIALTIMETRÍA 1. PLANIFICACION DE LOS LEVANTAMIENTOS PLANIALTIMETRICOS 107 2. REALIZACION Y DIBUJO DE POLIGONALES CERRADAS 108 2.a. De levantamientos por azimutes 108 2.b. De levantamientos de un polígono por repetición 109 2.c. De levantamientos de polígonos por deflexión 111 3. USO DE UNA POLIGONAL CERRADA EN UNA NIVELACION 112 4. CALCULO DEL VOLUMEN DE MOVIMIENTOS DE TIERRA 116 4.a. Método por la regla de Simpson 116 4.b. Método de los perfiles transversales equidistantes 118 4.c. Método de la cuadrícula 120 5. DETERMINACION DE LA UNIDAD ECONOMICA 120 5.a. Concepto - Aspectos generales 120 5.b. Elementos a considerar para determinar la unidad económica 121 5.c. La topografía en la determinación de la unidad económica 121
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