PROPUESTA METODOLÓGICA DE DISEÑO, OBSERVACIÓN Y CÁLCULO DE
REDES TOPOGRÁFICAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES DE GRAN
LONGITUD PARA FERROCARRILES DE ALTA VELOCIDAD
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRÓNOMOS
DPTO. DE INGENIERÍA CARTOGRÁFICA, GEODESIA Y FOTOGRAMETRÍA. EXPRESIÓN GRÁFICA
D. JESÚS VELASCO GÓMEZ
LICENCIADO EN MATEMÁTICAS E INGENIERO TÉCNICO EN TOPOGRAFÍA
ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN
OBJETIVO GENERAL
INTRODUCCIÓN I.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS II.
METODOLOGÍA III.
RESULTADOS IV.
CONCLUSIONES V.
GUÍA DE LA PRESENTACIÓN
CONTROL DE LA RED
NIVELACIÓN DE LA RED
REDES EN EL INTERIOR
DE LOS TÚNELES
NIVELACIÓN DE LA RED
INTERIOR
AMPLIACIÓN DE LA RED
ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN
Se define túnel como “Paso subterráneo abierto artificialmente para
establecer una comunicación a través del monte, por debajo de un río
u otro obstáculo” (RAE)
Necesidades de túneles: transporte, comunicación, orografía, impacto
medioambiental y economía
En el nivel nacional: PEIT (Plan Estratégico de Infraestructura y
Transporte) (2005/2020)
En el nivel internacional: Seikan, Eurotunel, San Gotardo,…
Proyectos Futuros: enlace Europa-África, Transpirenaico,…
Figura 1.1.Perfil Longitudinal túnel España-Marruecos( según http://www.geoconsult.es)
1. INTRODUCCIÓN
Realizar una
para la construcción de túneles de
gran longitud para ferrocarriles de alta velocidad
OBJETIVO GENERAL
Dada la importancia actual y según las previsiones para los
próximos años de este tipo de obras: se pretende optimizar el
proceso geodésico y topográfico a partir de la experiencia
adquirida y de los trabajos realizados en esta tesis doctoral
1. INTRODUCCIÓN
CONTROL DE LA RED
1. Red existente
2.OBJETIVOS ESPECÍFICOS Otros objetivos específicos son
AMPLIACIÓN DE LA RED
NIVELACIÓN DE LA RED
REDES EN EL INTERIOR
DE LOS TÚNELES
2. Geometría de la red
3. Monumentación
Necesidad de redes en cada boca de entrada
a los túneles entre ellas
4. Precisión
Dotar de altimetría de a los vértices
de la red
1. de las TBM
2. Trabajos topográficos en el túnel
NIVELACIÓN DE LA RED
INTERIOR
Dotar de altimetría de a los clavos
de referencia altimétrica
METODOLOGÍA EMPLEADA
CONTROL DE LA RED EXISTENTE
1. Estudio inicial
2. Trabajo de campo
3. Trabajo de gabinete
Análisis de la memoria topográfica
Comprobación de vértices y reobservación
Cálculo de coordenadas y precisiones
AMPLIACIÓN DE LA RED EXISTENTE
1. Diseño de la red
2. Monumentación
4. Enlace al Sistema Geodésico de Referencia
3. Diseño de la observación
5. Cálculos y compensaciones
6. Transformaciones y residuos
3. METODOLOGÍA EMPLEADA
DISEÑO DE LA RED (RED EXTERIOR)
1. Características geométrica de una red clásica
V1
V2
V3
V4
V5
V6
3. METODOLOGÍA EMPLEADA
DISEÑO DE LA RED (RED EXTERIOR)
Distancia entre vértices: 1000 m- 2500 m Zonas geológicamente estables
Error angular 3cc
Distancia (m) Error en Equipo óptimo
coordenadas (mm)
250 1.2 EETT
500 2.4 EETT
636 3.0 EETT
750 3.5 EETT
1000 5.0 GNSS Estático Rápido
1500 7.1 GNSS Estático Rápido
2000 9.4 GNSS Estático Rápido
2500 11.8 RTK
3. METODOLOGÍA EMPLEADA
Líneas bases dependientes e independientes
VERTICES ΔX ΔY Δh σ(X,Y) σ(h)
305 -0.006 0.001 -0.005 0.009 0.015
303 0.000 0.003 0.002 0.006 0.010
302 -0.010 0.006 -0.012 0.010 0.016
301 -0.002 0.001 0.000 0.007 0.011
204 -0.002 -0.003 -0.002 0.008 0.013
203 0.007 -0.002 0.005 0.005 0.008
202 0.002 0.000 -0.001 0.008 0.012
201 -0.001 0.000 0.002 0.006 0.009
104 0.000 -0.003 0.001 0.007 0.011
103 0.002 -0.002 -0.002 0.008 0.013
102 0.000 0.000 0.000 0.006 0.010
101 0.004 -0.001 0.004 0.008 0.013
REDES EXTERIORES
4. RESULTADOS
Cálculo desde estaciones permanentes
VERTICE ΔX ΔY Δh σ(X,Y) σ(h)
305 -0.007 0.007 -0.027 0.005 0.008
303 -0.006 0.008 -0.025 0.005 0.008
302 -0.007 0.008 -0.026 0.005 0.008
301 -0.006 0.007 -0.025 0.005 0.008
204 -0.005 0.007 -0.025 0.005 0.008
203 -0.004 0.007 -0.023 0.005 0.007
202 -0.005 0.007 -0.024 0.005 0.008
201 -0.005 0.007 -0.023 0.005 0.007
104 -0.003 0.002 -0.034 0.005 0.008
103 -0.005 0.003 -0.037 0.006 0.009
102 -0.001 0.004 -0.029 0.006 0.009
101 0.001 0.002 -0.029 0.006 0.010
REDES EXTERIORES
4. RESULTADOS
Aplicación del Método de Colocación Mínimo Cuadrática
TRANSFORMACIONES
Hito Norte0 -0.031 0.011
Hito Norte1 -0.029 0.012
Hito Norte2 -0.042 0.007
Hito Norte3 -0.029 0.009
Hito Sur 1 0.045 0.007
Hito Sur 2 0.045 0.008
Hito Sur 3 0.044 0.009
Hito Sur 4 0.040 0.011
4. RESULTADOS
DIF. ACIMUT SEGUNDOS
HN0-HN1 1.46
HN0-HN2 5.68
HN0-HN3 -1.04
HS1-HS2 -2.95
HS1-HS3 2.35
HS1-HS4 2.73
Diferencia de acimutes antes y después de la transformación
TRANSFORMACIONES
Cuantificación residual en la red
4. RESULTADOS
Escala elipse de error
60 mm
20mm
REDES INTERIORES
Elipses de error con giroteodolito Elipses de error sin giroteodolito
4. RESULTADOS
Escala de elipse de error
40 mm
20 mm
REDES INTERIORES
Elipses de error con giroteodolito Elipses de error sin giroteodolito
4. RESULTADOS
→Desviación en planimetría al 95% de 81 mm con una
serie de giroteodolito.
→Desviación en planimetría al 95% sin utilizar el
giroteodolito 319 mm.
→Si eliminamos dos series angulares los resultados
obtenidos han sido los siguientes:
→Desviación en planimetría al 95% 82 mm.
→Desviación planimétrica al 95% sin utilizar observaciones
del giroteodolito 406 mm.
→Ahorro de tiempo en la observación de un 40%
REDES INTERIORES
4. RESULTADOS
PK Diferencias alturas en metros PK Diferencias alturas en metros
32050 -0.001 16850 0.045
31042 0.008 15410 0.065
30033 0.020 13665 0.038
29024 0.014 11668 0.075
28014 0.013 10683 0.081
27004 0.019 9684 0.078
25994 0.031 8686 0.065
24985 0.049 7686 0.045
23975 0.071 6687 0.024
23062 0.087 5690 0.011
22053 0.104 4564 0.002
21043 0.111 3686 -0.002
20034 0.101 6687 0.024
19023 0.073 5690 0.011
18110 0.055 4564 0.002
3686 -0.002
Diferencia de altitud geométrica y corrección gravimétrica
NIVELACIÓN INTERIOR
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
4. RESULTADOS
-0.020
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Diferencia de altitud geométrica y corrección gravimétrica
NIVELACIÓN INTERIOR
-0.030
-0.020
-0.010
0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
DIF
EN
TR
E N
IV G
EO
M Y
OR
CO
N
CO
RR
E T
OP
OG
DISTANCIA EN KM
CON CORRECCION TOPOGRAFICA
CON C TOP
4. RESULTADOS
5. CONCLUSIONES
La primera actuación que se debe llevar a cabo cuando se ejecuta un túnel de gran
longitud ha de ser la realización de un control métrico de la red básica de
proyecto, la cual sirve como marco de referencia para la ejecución de dicha obra.
El Sistema de Referencia Geodésico en el que se ha de basar la obra será aquel
en el que se ha desarrollado el Proyecto.
La red exterior debe estar constituida por, al menos, tres vértices en cada boca de
entrada a los túneles diseñándose de tal manera que dichos vértices formen un
triángulo idealmente equilátero, siendo visibles entre ellos y con distancias
comprendidas entre 1000 metros y 2500 metros. El vértice denominado polo de
entrada debe estar situado preferentemente en la prolongación del eje del túnel
(túneles).
Para evitar posibles pérdidas de visuales que frecuentemente ocurren a lo largo de
la ejecución de la obra considero que, a la vista de las distintas experiencias
llevadas a cabo en este campo, es más apropiado diseñar la red con cuatro vértices
en cada boca de entrada a los túneles, de los cuales tres formando un triángulo
equilátero y el cuarto (polo de entrada) situado en el baricentro de dicho triángulo.
Red Exterior
Se deben realizar las observaciones a partir de las redes activas cada vez más
extendidas en todo el mundo, lo que conlleva una disminución en el número de
receptores a utilizar, así como el número de personas y material auxiliar que
intervienen en las observaciones.
El tiempo de observación debe ser de una hora, pues aumentar dicho tiempo
tampoco mejora la precisión de las coordenadas obtenidas, como queda
demostrado por las distintas experiencias presentadas.
Comparar los distintos acimutes entre los vértices de las redes a partir de las
coordenadas antes y después de transformarlas. Esta forma de analizar tiene la
gran ventaja de no necesitar utilizar la teoría de colocación mínimo cuadrática y,
aunque no se conocen las precisiones finales de las coordenadas de los vértices,
sí se sabe cómo afectan a la obra en sí.
La solución para transmitir el acimut al interior del túnel es hacer termografías de
exterior e interior y programar las observaciones en los momentos en los que
coincidan las condiciones atmosféricas.
5. CONCLUSIONES
Red Exterior
Para minimizar el efecto de la refracción lateral se han de diseñar las poligonales
en zig-zag con longitudes de eje de 250 metros, pues las poligonales por el eje no
son operativas en producción.
Las poligonales de control se han de realizar aprovechando las paradas
técnicas que se producen y han de diseñarse por el eje con longitudes
de lado de 375 metros.
La utilización del giroteodolito en la observación de las redes interiores
realizando cada kilómetro medidas en aspa es fundamental para la
ejecución de túneles de gran longitud.
Cuando por motivos de ejecución del proyecto se perforen galerías con
reducido radio de curvatura se deberá introducir nuevas observaciones
de giroteodolito que densifiquen la red. En estos casos no se puede
mantener el inicial diseño de longitudes de los ejes de las poligonales-
El cálculo y ajuste de todas las observaciones se ha de realizar por mínimos
cuadrados y paralelamente al cálculo de coordenadas, se han de obtener sus
desviaciones estándar y las elipses de error planimétricas o zonas de
incertidumbre con un grado de confianza del 95%.
5. CONCLUSIONES
Red Interior
FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
Conocimiento y modelado de la refracción lateral. De esta forma se podrían
plantear otras alternativas de diseños geométricos en las redes interiores.
Desarrollo de dispersómetros cuyo fin es el de poder minimizar el efecto
de la refracción lateral.
Modelos de correcciones topográficas que permitan a partir de observaciones
gravimétricas obtener cotas geopotenciales
Investigación en la aplicación de nuevas tecnologías, como láser escáner
aplicadas en el interior de los túneles.
Investigar instrumental geodésico y topográfico más preciso
Diseños de equipos que incorporan la estación total junto con un láser
escáner y un sistema inercial.
vídeo
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