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UNIDAD 4 Altimetría Autor Francisco Luis Gómez Gallego Competencias y Resultados de Aprendizaje Ruta Metodológica Introducción a la Temática Enseñanzas Resumen de la Temática Glosario Referencias Altimetría Competencias y Resultados de Aprendizaje Comprende las curvas de nivel en los planos topográficos para la toma de decisiones. Identifica las características de las curvas de nivel para determinar la pendiente del terreno. Comprende la interpolación de las cotas de nivel en un plano topográfico para determinar su altura. Identifica las curvas Colectoras o Divisorias dentro de un plano topográfico para determinar su flujo. Comprende la aplicación de los perfiles para el cálculo de áreas y volúmenes. Recomendaciones Generales: Respetado estudiante, para el estudio de la presente unidad, usted dispone de dos (2) semanas, en las que podrá desarrollar las actividades planteadas y lograr las competencias propias del espacio de aprendizaje; por lo anterior, le sugiero tener presente lo siguiente: Ruta Metodológica Requisitos: Unidad 3 Introducción a la Temática En esta unidad estudiaremos el concepto de Altimetría; de igual manera, se estudiará alguna terminología específica, que le permitirá comprender de manera sencilla diferentes conceptos relacionados con el tema; además, se intentará desarrollar algunas competencias para resolver problemas de curvas de nivel, empleando las diferentes fórmulas para el cálculo de las alturas, interpolación de puntos, realización de perfiles, áreas de perfiles, dibujo de perfiles, todos estos aplicados a la construcción. Enseñanzas C o n c e p t u a l i z a c i ó n d e A l i m e t r í a La Altimetría es la parte de la topografía que determina las diferencias de altura o nivel que existe entre los puntos de una superficie o terreno, la cual se representa por un valor numérico llamado curva y/o cota con respecto a un plano horizontal tomado como referencia Para determinar las diferencias de altura o nivel, que son distancias verticales se procede a medir por métodos directos o indirectos, esta operación se denomina Nivelación. La distancia vertical, que se determina a partir de un plano horizontal referenciado o asumido, debe ser normal o perpendicular entre ellos. Cuando el plano referenciado o asumido es paralelo con el nivel del mar, las distancias verticales medidas a partir de dicho plano se denomina altura su valor corresponde a múltiplos de la unidad, medidos sobre el nivel del mar o un punto preestablecido con anterioridad llamado BM, el cual, se estableció apoyado sobre una red llamada triangulación Geodésica. Este plano de nivel que se toma como referencia, se denomina DATUM. (BM): se denomina así a un punto de referencia permanente, del cual se conocen sus coordenadas y su cota de elevación, que ha sido determinada. ANÁLISIS DE CURVAS DE NIVEL EN LOS PLANOS TOPOGRÁFICOS CURVA DE NIVEL Corresponde a puntos unidos por una línea que tienen igual altura o cota, con respecto a un plano tomado como referencia, creando formas de representación original del relieve geomorfológico del terreno, las cuales debe cumplir con unas características mínimas, que se relacionan a continuación: Los puntos que conforman la curva tienen igual altura o cota. Las curvas de nivel no se cortan entre sí, únicamente cuando se unen para representar un talud o pared vertical. La curva de nivel puede unirse dentro del perímetro del terreno o fuera del plano. Cuando una curva de nivel se cierra dentro de los límites de un plano, nos indica una elevación o una depresión. La curva de nivel que adopte la forma de V o U, nos indica depresiones o elevaciones, que corresponde a las colectoras o partidoras de agua y las que adoptan una forma de M corresponde a la intercesión de dos corrientes de agua en el mismo sentido. La interpretación de las curvas de nivel, no debe crear confusiones ni equivocaciones, debe permitir un análisis cualitativo y cuantitativo de todos los elementos que lo conforman, en cuanto a la evaluación cualitativa debe facilitar la identificación geomorfológica de sus diferentes formas incluyendo las áreas de mayor o menor pendiente. En cuanto a la evaluación cuantitativa, debe facilitar la ubicación de puntos y poder determinar sus cotas y/o pendientes de líneas de interés y la elaboración de perfiles. LA EQUIDISTANCIA DE LAS CURVAS DE NIVEL Es el espaciamiento que existe entre dos curvas de nivel consecutivas, característica general de un plano topográfico, e identificada con un valor numérico, como resultado final de una nivelación desde un BM preestablecido con información conocida. La equidistancia de las curvas se elige según los siguientes criterios: Las curvas de nivel dentro del mismo plano tienen la misma equidistancia o espaciamiento. Las curvas de nivel sobre una pendiente uniforme se encuentran con el mismo espaciamiento. Las curvas de nivel son líneas rectas y paralelas entre sí en áreas planas. El espaciamiento de las curvas en un plano nos indica: muy espaciadas poca pendiente o muy juntas mayores pendiente. Dos curvas de nivel de diferente elevación, no se pueden unir. La precisión exigida del plano topográfico. Determinación del uso comercial. Los rasgos característicos del terreno (en particular la pendiente). Accesibilidad al terreno. La legibilidad del plano (saturación de curvas). El costo del trabajo topográfico (relación costo-beneficio). INTERPOLACIÓN DE COTAS EN LOS PLANOS TOPOGRÁFICOS (VALOR DE LA ALTURA DE NIVEL DEL PUNTO) La precisión con que las curvas de nivel representan el terreno depende de la exactitud y precisión realizada por el topógrafo en el campo y del método empleado. CÓMO HALLAR LA ELEVACIÓN O COTA DE UN PUNTO Si contamos con un plano topográfico, se puede hallar la altura o cota del punto de interés, en cualquiera de los siguientes casos: 1. El punto A, se encuentra sobre una curva de nivel. 2. El punto A, se encuentra entre dos curvas de nivel. En el literal a, se dice que “El punto A, se encuentra sobre una curva de nivel”; esto quiere decir que el valor de la cota de A, corresponde al valor que tiene la curva de nivel, es decir la cota de A = 102. En el literal b, se dice que “El punto A, se encuentra entre dos curvas de nivel”; esto quiere decir que el valor de la cota de A, corresponde a un valor que se encuentra entre las dos curvas de nivel adyacentes o sucesivas, es decir la cota del punto A esta: 108 > A < 110. Se puede concluir que todos los puntos que se encuentren entre dos curvas de nivel adyacentes o sucesivas de numeración consecutiva, le corresponden un valor numérico que es la cota de nivel, cuyo valor numérico se obtiene del análisis matemático correspondiente a la interpolación matemática. Se interpola entre las curvas correspondientes, significa que se mide la menor distancia entre las curvas consecutivas pasando por el punto del cual necesitamos su altura y la distancia entre el punto y la curva de menor valor, y los valores obtenidos son los siguientes: La distancia horizontal entre las curvas 108 y 110 es = 1,7 cm. La distancia horizontal del punto A y la curva 108 es = 0,4 cm. Calcular la cota: = ¿? Apreciado estudiante, para profundizar aún más en este apartado, le sugiero observar los siguientes videos; los cuáles, le permitirán aclarar dudas para posteriormente, adquirir una mayor comprensión y aplicación de las ecuaciones, relacionadas con Altimetría. Video. Interpolación de Cotas en Curvas Nivel CIVIL TIPS. (2020,05, 19). Interpolación De Cotas En Curvas Nivel. [Archivo de video]. Recuperado el 2020,12, 14 en: https://www.youtube.com/watch?v=wUfNDnmOzj4 VER VIDEO Cómo se hace un perfil topográfico para mis alumnos/as Ogynit. (2014,04, 09). Cómo se hace un perfil topográfico para mis alumnos/as. [Archivo de video]. Recuperado el 2020,12, 13 en: https://www.youtube.com/watch?v=lp7Ah1Vt8Ik VER VIDEO https://www.youtube.com/watch?v=wUfNDnmOzj4https://www.youtube.com/watch?v=lp7Ah1Vt8Ik&ab_channel=ogynit Video. Como dibujar un perfil longitudinal a mano Aprendiendo Ingeniería. (2020,10, 14). Video. Como dibujar un perfil longitudinal a mano. [Archivo de video]. Recuperado el 2020,12, 03 en: https://www.youtube.com/watch?v=JrnWDCSUqYY VER VIDEO Video. Perfil longitudinal, secciones transversales Topografía - Altimetría (2020,05, 30). Video. Perfil longitudinal, secciones transversales. [Archivo de video]. Recuperado el 2020,12, 03 en: https://www.youtube.com/watch?v=m8ZoInq-1YY VER VIDEO CONSTRUCCIÓN DEL PERFIL DE UNA LÍNEA https://www.youtube.com/watch?v=JrnWDCSUqYY https://www.youtube.com/watch?v=m8ZoInq-1YY&ab_channel=GilmarAzahar Plano Topográflco-Proyecto-EJes de perfiles: horizontal y vertical - - ----- www umqu1nd10 educo ----- - - Perfil de la Línea P Q y Línea Rasante. Ese v );se •t>oo - - ----- www umqu1nd10 educo ----- - - DIBUJAR EL PERFIL DE UNA LÍNEA El perfil de un alineamiento o línea, es la representación de una sección vertical del terreno en el cual, se puede apreciar el relieve del alineamiento o línea, en él aparecen las elevaciones, depresiones y las pendientes a lo largo de una línea que puede ser recta, quebrada o curva. El perfil se obtiene del plano topográfico, empleando las curvas de nivel, se traza sobre el plano la línea de la cual se quiere dibujar el perfil, una vez trazada la línea se determinan las cotas de nivel del punto inicial y final, y así mismo las intersecciones de la línea con cada una de las curvas de nivel, estas intersecciones con el punto inicial y final se localizan en la misma escala del plano e idéntica separación en una línea horizontal, en una hoja aparte, y así mismo se trazan perpendiculares que muestran la posición horizontal de cada punto y su elevación. Luego, se trazan líneas paralelas igualmente espaciadas a una décima de la escala del plano horizontal, que corresponden a las curvas de nivel intersectadas y son perpendiculares a las dibujadas anteriormente, se marcan las líneas que corten la misma curva de nivel y al unir estos cortes se tiene el perfil de la línea. Usualmente el perfil se dibuja a dos escalas, la horizontal corresponde a la del mapa y la vertical que preferiblemente es la décima de la escala horizontal, que es mayor con el fin de exagerar el relieve. DETERMINAR EL ÁREA DE UNA SECCIÓN TRANSVERSAL Una sección transversal, corresponde a un corte vertical, que es perpendicular a una línea de perfil longitudinal. La sección transversal muestra el relieve de cómo se encuentra configurada la superficie del terreo, dando una perspectiva con respecto al proyecto que se quiere representar. Bosquejar una sección es semejante a delinear un perfil, que se realiza empleando las dos escalas, tanto horizontal como la vertical. Para determinar el área, se puede realizar por diferentes métodos, con la ayuda de un planímetro de puntos o malla de puntos, por descomposición de figuras geométricas de áreas conocidas, teniendo en cuenta que esta dibujado a dos escalas. Ejemplos: Una sección transversal o corte vertical, dibujada a una escala vertical 1/ 75 y escala horizontal 1/100, determinar la escala de área para este dibujo. EV: 1 / 75, 1 cm = 0,75 m EH: 1 / 100, 1 cm = 1 m Escala de área: 1 cm x 1 cm = 0,75 m x 1 m 1 cm2 = 0,75 m2. Ejemplo: Una sección transversal o corte vertical, dibujada a una escala vertical 1/ 50 y escala horizontal 1/500, determinar la escala de área para este dibujo. EV: 1 / 50, 1 cm = 0,50 m EH: 1 / 500, 1 cm = 5 m Escala de área: 1 cm x 1 cm = 0,5 m x 5 m 1 cm2 = 2,5 m2 EMPLEO DE PERFILES TOPOGRÁFICOS El plano topográfico o altimétrico es el que tiene curvas de nivel y de él podemos obtener información tanto altimétrica como planimétrica. Esta pendiente se puede expresar en porcentaje (ejemplo = 4%), como un ángulo (ejemplo = 4° 00’ 00”) y por una relación de inclinación. Para hallar la pendiente de un alineamiento o línea, se procede de la siguiente manera: en un plano topográfico a escala se ubican o localizan los dos puntos extremos de interés, luego, se determinan las cotas de nivel de ambos puntos y la distancia horizontal que los separa; ya con estos datos se procede hallar la pendiente. Posteriormente, representamos esta información de la siguiente manera: Dn (desnivel o altura vertical en metros) = D (distancia horizontal en metros) = Cota A (valor hallado) = Cota B (valor hallado) = CÓMO DETERMINAR LA PENDIENTE DE UNA LÍNEA Cuando trazamos un alineamiento sobre una superficie o terreno horizontal contenida en el plano horizontal podemos decir que todos los puntos poseen la misma altura de nivel (curva) o cota de nivel, pero si en el otro extremo del alineamiento la superficie tiene una inclinación constante, eso quiere decir, que el terreno posee una pendinte, es decir si la inclinacion es de elevacion con respecto a la horizontal, corresponde a una pendiente positiva (+), y si la inclinacion es depresión corresponde a una pendiente negativa (-). Para determinar la pendiente se leen en el plano que las cotas de los puntos extremos y la distancia que los separa. Determinar la pendiente en porcentaje (%) de AB, si la cota de A es 50,65 cota de B es 53,82 y AB = 46,5 m. CÁLCULO DE ÁREAS Y VOLUMEN DE TIERRA CON PERFILES (ECUACIONES) POR DESCOMPOSICIÓN EN FIGURAS CONOCIDAS Se determina el área del perfil por descomposición en figuras geométricas de áreas conocidas y consiste en formar dentro del perímetro a trabajar triángulos, cuadrados, rectángulos y trapecios que son figuras cuya área es fácilmente calculable. Área de triángulo = ½ Base x Altura respectiva. Área del cuadrado = l x l, (l = lado) Área del rectángulo = l x a, (l = lado, a = ancho). Área trapecio = ½ (B +b) x altura B y b son las bases paralelas (B=base mayor, b= base menor). h = La distancia perpendicular que separa las bases. 1 Poligonal irregular. M 200m p - - ---- www umqu1nd10 educa ---- - - 1i Sen o: = - => b = AM*Seno: => h = I00m*Sen 60° => AM Área del trapecio (B + b) . (300m + 2001n) Area = --- * h � Area = -------- 86. 160m � 2 2 Area = 21650. 0Om, 2 PLANIMETRO DE PUNTOS (MALLA DE PUNTOS) El planímetro de puntos o malla de puntos, es una cuadricula de puntos espaciados de una manera uniforme, a escala natural 1:100 y dibujada usualmente sobre un material transparente; ejemplo 5 cm x 5 cm, con equidistancia de cada punto 5 mm = 1 cm2. Para hallar el área de un perfil realizado a escala, con planímetro de puntos, requiere que ambas escalas horizontal y vertical sean iguales; se cuentan el número de puntos que hay dentro del dibujo incluyendo los que están sobre el perímetro, se debe realizar un conteo como mínimo tres veces y el resultado se debe promediar para elegir un resultado. Una vez obtenido el resultado se relaciona la densidad de puntos por unidad de área en el papel con la escala de áreas. Para determinar el área dibujada a escala, utilizando un planímetro de puntos con densidad de 4 puntos cm2, se tiene en cuenta el resultado del promedio obtenido. ÁREA EN EL PLANO: (Promedio de puntos) / (4 puntos / cm2) = AAAA cm2 ESCALA DE ÁREAS: 1 cm = (Escala del plano en metros) m = > 1 cm2 = (Escala del plano en metros)2 m2 = > 1 cm2 = EEEE m2/cm2 ÁREA DE TERRENO AAAA cm2 x EEEEm2 / cm2 = AREA en m2 Ejemplo: Hallar el área dibujada en el plano a escala 1 / 5000, utilizando un planímetro de puntos con densidad de 4 puntos cm2, se contaron 238 puntos. ÁREA EN EL PLANO: (238 puntos) / (4 puntos / cm2) = 59,5 cm2 ESCALA DE ÁREAS: 1 cm = 5,0 m = > 1 cm2 = 25.00 m2 ÁREA DE TERRENO 59,5 cm2 x 25,00 m2 / cm2 = 1487,50m2 CÁLCULO DE VOLÚMENES El volumen es una magnitud, que da como resultado la aplicación de tres dimensiones, es decir, para llegar a ello, se halló el área que se obtiene de los perfiles, se determina por el procedimiento conocidocomo “promedio de áreas extremas”, que consiste en determinar el área promedio de dos secciones transversales o perfiles paralelas sucesivos verticales; por ejemplo: para hallar el volumen de tierra en banco a mover en un tramo de vía, se multiplica el promedio de áreas, por la distancia que las separa ambas secciones. CÁLCULO DEL ÁREA POR EL MÉTODO DE LA CARTERA DE CHAFLANES Si la sección transversal o perfil es totalmente en corte o terraplén, se puede aplicar la siguiente ecuación: Las alturas o cotas topográficas desde la cota rasante de la sección transversal se representan con h y las distancias horizontales que van desde el eje de la vía se denominan d. En la multiplicación de la regla de las cruces, la h, corresponde a cada una de las diferentes alturas que posee la sección transversal, tanto al lado derecho como al lado izquierdo, y se debe remplazar cada una por su valor correspondiente en las tablas (método) siguientes y d es la distancia horizontal que posee cada altura desde el eje de la sección (eje de la vía), tanto al lado derecho como al lado izquierdo. Las flechas ( ↘ y ↖ ), son el producto (h*d) de la multiplicación de la altura (h) por la distancia (d), en cada una de las tablas, las cuales se deben de sumar por separado las de cada dirección. La banca se representa con b, corresponde al ancho de la vía. El área como resultado, es un valor absoluto, que se obtiene con el promedio de la diferencia de ambas sumatorias. Mult1pl1cación de la regla de cruces Sección transversal Localización altura en sección transversal Valor-COTA Cotas - Distancias IZQUIERDAS h 3= d2= h2= d1= ■ Cotas - Distancias DERECHAS Cota Cota Altura Altura h 4= d3= h 5= d4= - - ---- www umqu1nd10 educo ---- - - Mult1pl1cación de la regla de cruces Sección transversal Cotas - Distancias IZQUIERDAS Cotas - Distancias DERECHAS Borde Altura banca h 5= d4= - - ---- www umqu1nd10 educo ---- - - NIVELACIÓN EN CAMPO CON EQUIPO MENOR NIVELACIÓN DEL TERRENO Para la conformación de un terreno se debe tener en cuenta las tres coordenadas que se dan en los planos horizontal y vertical, como son Norte, Este y Elevación, de los puntos que se encuentran alineados en los respectivos ejes, estos a su vez pueden conformar una cuadricula, así mismo se pueden tomar puntos donde hay variación o quiebre de pendiente de la superficie. PROCEDIMIENTOS DE NIVELACIÓN Se debe hallar el desnivel (Altura vertical) que hay entre los puntos de un alineamiento, para ello se puede realizar de forma directa o indirecta empleando equipo de precisión o de menor precisión, de acuerdo con la precisión requerida. Los equipos de nivelación mencionados, son los niveles de precisión y los de menor precisión son los niveles de mano. NIVELACIÓN SIMPLE O SENCILLA Se realiza en una sola dirección, desde un extremo de una línea, se ubica el nivel a emplear, y se mira o ubica el otro extremo con una dirección o visual horizontal y la diferencia con el punto más bajo nos da la diferencia de nivel. MÉTODOS DE NIVELACIÓN DE TERRENOS Son procedimientos empleados en el campo que permiten obtener la información necesaria para elaborar un plano topográfico del relieve del terreno. Involucran operaciones planimétricas y altimétricas, que se pueden realizar por separado o conjuntamente. Existen algunos métodos empleados: Cuadrícula Puntos de quiebre Cota redonda Puntos destacados NIVELACIÓN CON MANGUERA (NIVEL DE AGUA) Consiste en una manguera transparente de diámetro de 3/8”, llena de agua a la que se le extraen las burbujas de aire que pueda tener; basado en el principio de los vasos comunicantes, se emplea para pasar niveles en las construcciones, prácticamente no es necesario medir nada, solamente hacer que el nivel de agua alcance una marca señalada en un extremo de la manguera; dos personas y el equipo que casi no cuesta nada permiten resolver muchos problemas como: La manguera no debe tener más de 10 o 15 m de longitud, se debe evitar que la manguera se enrosque, quiebre, doblarse (si sucediera, se debe remplazar por otra), además, hay que eliminar la presencia de burbujas de aire en el interior del líquido. Se procede al llenado de la manguera con agua, conectando un extremo de la manguera a un grifo con salida de agua potable y permitiendo que esta salga por el otro extremo de la manguera y verificando que no se presente burbujas al interior de la misma; luego procedemos al sellado del extremo final con el pulgar y desconexión del grifo y sellado del extremo inicial, una vez logrado esto levantamos los dos extremos para evitar la fuga del líquido, dejando 10 cm en cada extremo libre sin llenar. Para llevar un nivel, se coloca un extremo de la manguera con el menisco de la burbuja nivel a cierta altura con respecto a un nivel de referencia, otra persona con el otro extremo va al lugar a donde debe pasar el nivel de referencia, espera que el menisco de la burbuja nivel se estabilice y marca ya sea sobre la pared o sobre una estaca que se clava para este propósito. Para medir una pendiente (P), se debe medir la distancia horizontal (D) deseada hasta el punto tomado como referencia y luego de se mide verticalmente (con ayuda de una plomada) el desnivel (dn) correspondiente a la pendiente deseada. nivelar pisos señalar o trasladar líneas de nivel mantener una pendiente dada medir una pendiente Resumen de la Temática Estimado estudiante, en el proceso de aprendizaje se requiere cierta terminología con el fin de tener claridad sobre algunos conceptos tratados durante la temática. Nivelación: Consiste en determinar la diferencia de altura entre dos o más puntos. BM (Banco de nivel o BENCHMARK): Punto de referencia cuya elevación con respecto a un plano dado es conocida. Se usa como punto de arranque o de cierre de una nivelación. Glosario Desnivel (Dn =∆): Distancia vertical o diferencia de nivel entre dos puntos. Pendiente (P): Inclinación del terreno con respecto a la horizontal, se indica en porcentaje (%) o como magnitud angular (°). Altitud (A): Altura sobre el nivel del mar (A.S.N.M.), hasta un plano horizontal o un punto considerado. Cota (C): Nivel de referencia arbitrario, entre dos niveles o curvas de nivel conocidas. Rincón V Mario A, Vargas V Wilson E, González V Carlos J. (2017) Topografía, Conceptos y Aplicaciones. Colombia: ECOE EDICIONES. Parker, Macguire, Ambrose Ingeniería de Campo Simplificada, para Ingenieros y Constructores. Referencias Página en blanco Página en blanco
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