Puentes y Tuneles

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

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL TOPOGRAFIA II SECCION H

Levantamiento de Puentes y Túneles Página 1

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



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.



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



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



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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



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



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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



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

Puentes y Tuneles

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