topografia ii - informe nº 1 (grupo 1)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

SEDE-HUAMACHUCO

INGENIERIA DE ENERGIA Y MINAS

INTEGRANTES:

CAMPOS YUPANQUI; DalminCHACON RUIZ; EnmaGAMBOA SANCHEZ; Leila IPARRAGUIRRE TANDAYPAN; LuisJULCA CHAVEZ; CesarRAMOS MIÑANO; WillardREYES CAIPO; HenryRONDON ALFARO; JorgeRUIZ RODRIGUEZ; NoemiZEGARRA IPARRRAGUIRRE; Juliza

NIVELACIÓN TOPOGRÁFICA DE UNA CARRETERA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO SEDE-HUAMACHUCO

NIVELACIÓN TOPOGRÁFICA DE UNA CARRETERA

1. OBJETIVOS:

Aplicar técnicas de mediciones topográficas para el levantamiento de una carretera.Utilizar correctamente los equipos topográficos de medición.Diseñar los planos de control horizontal y vertical de una carretera correctamente.Calcular el volumen removido que se tendrá al ejecutar la construcción de la

carretera.Determinar con precisión la distancia y posición de puntos de un terreno.Diseñar un tipo de levantamiento topográfico con GPS.

2. FUNDAMENTO TEORICO:

2.1.-ALTIMETRIALas distancias verticales, que se miden a partir de una superficie de nivel o plano de referencia arbitrario, que debe ser normal a la dirección de la plomada, se denominan COTAS. Cuando el plano de referencia coincide con el nivel del mar, las distancias verticales medidas a partir de dicho plano se denominan Altitudes o Alturas. 2.2.-NIVELACION:Se llama nivelación a la operación que se realiza sobre la superficie terrestre mediante la cual se determina la diferencia nivel entre dos puntos o más puntos para determinar su forma o accidente.

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2.2.1.-TIPOS DE NIVELACION

Existen tres tipos de nivelación:

Nivelación geométrica Nivelación trigonométrica. Nivelación barométrica.

NIVELACIÓN GEOMÉTRICA

Definición: Es el más preciso y utilizado de todos, se lleva a cabo mediante la utilización de un nivel óptico o electrónico, existen cuatro tipos de nivelación geométrica definidos según su precisión: 1° y 2° orden (utilizados en geodesia), 3° y 4° orden (utilizados en topografía), el procedimiento es igual en todos ellos, solo cambian los elementos utilizados para medir; y también podríamos diferenciar dos tipos mas según el trabajo a realizar: nivelación geométrica lineal (si se nivela desde un punto hasta otro siguiendo una trayectoria que una ambos) o nivelación geométrica de superficie (cuando nivelamos un sector o una línea desde una misma estación referida a un mismo plano de referencia).

El procedimiento para nivelaciones lineales sean estas topográficas o geodésicas es igual, solo cambia la precisión a alcanzar y los instrumentos a utilizar. Se realiza mediante lecturas efectuadas con el Hilo Medio del retículo del nivel, sobre una mira graduada que se coloca a una distancia no mayor de 60 o 70 m, estas lecturas se restan convenientemente entre sí obteniéndose de esta manera el desnivel existente entre los dos puntos donde estuvo apoyada la mira.

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Nivelación Geométrica Simple:

Para la nivelación simple en nivel se sitúa en el punto medio de los dos puntos de los que deseamos conocer el desnivel. Procedemos a estacional en nivel y realizar las lecturas sobre la mira y por diferencia de lecturas obtenemos el

desnivel.

Replanteo De La Cota En Un Punto Desconocido

Para el trabajo con cotas debemos tener al menos uno de los puntos, objetos del trabajo, con cota conocida o un PF en sus inmediaciones, a los efectos de tomarlo como plano de referencia, de no ser así se deberá hacer una nivelación, llamada de "enlace" a los efectos de darle cota a uno de los puntos dentro del trabajo, de no ser posible o económicamente conveniente siempre queda la opción de nivelar uno de los puntos mediante la colocación sobre él de un baroaltímetro (instrumento que a través de la medición de la presión barométrica nos da una altura sobre el nivel del mar bastante aproximada) o simplemente darle una cota arbitraria.

Supongamos como en el caso anterior tener un PF como inicio del trabajo, esto facilita la tarea, se debe colocar la mira sobre este y se toma la lectura, en general solo se utiliza el hilo medio, aunque algunos prefieren tomar lecturas sobre los tres hilos y hacer luego la comprobación siguiente: (Hilo sup. + Hilo inf. ) / 2 = Hilo medio

Lo cual no es necesario, y en la práctica suele tornarse engorroso; una vez tomada la lectura se suma este valor a la cota del PF y hemos obtenido la cota del PV. Ya obtenida esta cota se colocará la mira sobre la estaca a la que se quiere dar cota y se tomará una nueva lectura, notemos ahora que a simple vista se hace obvio que esta lectura es la diferencia entre la cota del PV y la cota de la estaca, de manera que restamos la lectura obtenida a la cota del PV y el resultado es la de la estaca.

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Nivelación Geométrica Compuesta:

La nivelación compuesta se utiliza cuando la distancia entre dos puntos a nivelar es grande, cuando los puntos extremos no son visibles entre sí, o la diferencia de nivel es superior a la que se puede leer de una solo estación.

La nivelación compuesta consiste en estacionar en barios puntos intermedios, arrastrando la nivelación, si conocemos la cota del punt

o A y queremos conocer la cota del punto C debemos hacerlo varias veces, ya que el desnivel es muy grande y la distancia es muy larga, para ello cogemos un punto intermedio B y calculamos el plano de comparación con la cota del punto A.

NIVELACIÓN TRIGONOMÉTRICA

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http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Unidad_06_imagen_004.jpg


Definición: Es la nivelación que se realiza a partir de la medición de ángulos cenitales, de altura o depresión, y de distancias que luego se usarán para la resolución de triángulos rectángulos, donde la incógnita será el cateto opuesto del ángulo a resolver, que en estos casos son el desnivel existente entre el punto estación y un, otro, punto cualquiera.

El ejemplo más simple es cuando con un teodolito medimos un ángulo y con un E.D.M. adosado al mismo, la distancia inclinada existente entre la estación y un punto cualquiera.

NIVELACIÓN BAROMÉTRICA

Definición: Se llama nivelación barométrica ha toda nivelación en donde se utiliza instrumentos que detectan los cambios de presión que existe a medida que se sube a un cerro o cordillera.

2.2.2-LEVANTAMIENTOS TOPOGRÁFICOS

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Los levantamientos topográficos se realizan con el fin de determinar la configuración del terreno y la posición sobre la superficie de la tierra, de elementos naturales o instalaciones construidas por el hombre.En un levantamiento topográfico se toman los datos necesarios para la representación gráfica o elaboración del mapa del área en estudio.Las herramientas necesarias para la representación gráfica o elaboración de los mapas topográficos se estudiaron en los capítulos precedentes, en el presente capítulo estudiaremos los métodos y procedimientos utilizados en la representación de superficies.

Métodos TaquimétricosPor definición la taquimetría, es el procedimiento topográfico que determina en forma simultánea las coordenadas Norte, Este y Cota de puntos sobre la superficie del terreno.Este procedimiento se utiliza para el levantamiento de detalles y puntos de relleno en donde no se requiere de grandes precisiones. Hasta la década de los 90, los procedimientos topográficos se realizaban con teodolitos y miras verticales. Con la introducción en el mercado de las estaciones totales electrónicas, de tamaño reducido, costos accesibles, funciones pre programadas y programas de aplicación incluidos, la aplicación de la taquimetría tradicional con teodolito y mira ha venido siendo desplazada por el uso de estas estaciones.

Con teodolito y mira verticalEl método taquimétrico con teodolito y mira vertical se basa en la determinación óptica de distancias en el paso de coordenadas polares a rectangulares y en el cálculo de nivelación taquimétrica.

Estación totalSe denomina estación total a un aparato electro-óptico utilizado en topografía, cuyo funcionamiento se apoya en la tecnología electrónica. Consiste en la incorporación de un distanciómetro y un microprocesador a un teodolito electrónico.Algunas de las características que incorpora, y con las cuales no cuentan los teodolitos, son una pantalla alfanumérica de cristal líquido (LCD), leds de avisos, iluminación independiente de la luz solar, calculadora, distanciómetro, trackeador (seguidor de trayectoria) y la posibilidad de guardar información en formato electrónico, lo cual permite utilizarla posteriormente en ordenadores personales. Vienen provistas de diversos programas sencillos que permiten, entre otras capacidades, el cálculo de coordenadas en campo, replanteo de puntos de manera sencilla y eficaz y cálculo de acimutes y distancias.

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Además dispone de los elementos ópticos y mecánicos, imprescindibles en todos los taquímetros.Una estación total posee básicamente 3 componentes:

Mecánico: el limbo, los ejes y tornillos, el nivel, la base nivelante.

Óptico: el anteojo y la plomada óptica.

Electrónico: el distanciómetro, los lectores de limbos, el software y la memoria.

Los componentes óptico y mecánico no difieren de los que llevan los teodolitos y taquímetros clásicos de uso en topografía.

La gran ventaja de la Estación Total es la componente electrónica en cuanto a memoria interna para almacenar datos de campo, que la hace más versátil y rápida que los instrumentos clásicos.

La Nivelación con GPS

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La altimetría con GPS presenta en general una gran incertidumbre en los usuarios, parte debido a las referencias contradictorias que se pueden encontrar en la bibliografía, y parte porque la superficie de referencia en altimetría es el Geoide, mientras que para el GPS es el Elipsoide, y ambas superficies no son paralelas.La altimetría no puede considerarse sólo como una dimensión más de los sistemas de referencia, puesto que tiene dos vertientes, la geométrica empleada para georreferenciar sobre la superficie de referencia y la física empleada para la realización de obras de ingeniería.Podemos definir el geoide como la superficie equipotencial del campo de gravedad de la Tierra que más se aproxima al nivel medio del mar. Al considerar una superficie como esta, podemos considerar diferentes superficies equipotenciales como modelos de geoide. Y debido a múltiples fenómenos físicos, el geoide no puede definirse como una superficie matemática simple, como es el caso del elipsoide de revolución empleado para la planimetría.Si definimos un número geopotencial C, como la diferencia de potencial gravitatorio entre el geoide y la superficie equipotencial de un punto P:

C = Wgeoide - Wp

Expresando C en m2/s2, entonces podremos definir la altura como un número que expresa la separación de un punto P y una superficie de referencia. Siendo exhautivos nos podemos encontrar con tres tipos de alturas usando el número geopotencial C (3):

· Altura ortométrica H0 = C/g, donde g es el valor medio de la gravedad a lo largo de la línea de la plomada entre el punto y el geoide.

· Altura normal HN = C/g, donde g es el valor medio de la gravedad normal a lo largo de la línea de la plomada entre el elipsoide y el punto donde el potencial normal es igual al potencial actual en el punto calculado.

· Altura dinámica HD = Cgo´ donde go es un valor de la gravedad arbitrario (normalmente la gravedad a nivel del mar y a latitud media).

Un datum vertical o sistema de referencia altimétrico está completamente definido con(4):

· Una superficie equipotencial donde las alturas son cero, o modelo de geoide.

· El tipo de altura (ortométrica, normal, dinámica).

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· La unidad de medida lineal en la que se expresa (metros).

De las tres alturas definidas nos interesa la altura ortométrica, puesto que es la que tiene mayor relevancia para las obras de ingeniería. Esto es así puesto que la altura ortométrica tiene implícito un valor de potencial gravitatorio, y por ejemplo el agua se mueve en el sentido de los potenciales decrecientes, por tanto sin considerar otros potenciales, el agua se moverá de mayor altura ortométrica a menos altura ortométrica, lo cual debe ser tenido en cuenta por ejemplo a la hora de realizar obras hidráulicas.

La altura elipsoídica h, es la separación de un punto P al elipsoide que se toma como referencia, y es la que se obtiene directamente por las mediciones con GPS. Para nosotros poder convertir las alturas elipsoídicas h, en alturas ortométricas H, figura 1, deberíamos conocer la diferencia de altura entre ambas superficies en cada punto, esto es la ondulación del geoide N en cada punto, además de omitir la desviación relativa de la vertical o ángulo que forman entre sí las perpendiculares al Geoide y al Elipsoide.

h1= H1 + N1

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Ante esta circunstancia nos planteamos la utilización del GPS en nivelación, calculando los incrementos altimétricos entre puntos a partir de los incrementos de altura elipsoidal, como

Hi = Hi + Ni

entonces

hij = (H + N)ij

si suponemos que Dhij = cte. para la zona de trabajo, podremos suponer que

hij = Hij

Brujula.-Es un instrumento que sirve de orientación, que tiene su fundamento en la propiedad de las agujas magnéticas. Por medio de una aguja imantada señala el Norte magnético, que es ligeramente diferente para cada zona del planeta, y distinto del Norte geográfico. Utiliza como medio de funcionamiento el magnetismo terrestre. La aguja imantada indica la dirección del campo magnético terrestre, apuntando hacia los polos norte y sur. Únicamente es inútil en las zonas polares norte y sur, debido a la convergencia de las líneas de fuerza del campo magnético terrestre.

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Partes de la brújula

1. Alidada o mira 2. Línea de mira 3. Espejo de mira 4. Señal de referencia 5. Flecha de Norte 6. Clinómetro 7. Cápsula orientable 8. Aro de graduación 9. Lupa 10. Iluminación eléctrica 11. Líneas Norte-Sur 12. Aguja con cojinetes 13. Puntos de mira luminosos 14. Nivel 15. Escalas 16. Reglas de medida

WINCHA

Cinta flexible, graduada, sirve para medir distancias, pueden ser de lona, metálicas y de fibra de vidrio (COFOPRI).

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http://wiki.larocadelconsejo.net/index.php?title=Imagen:Tec01.png


ESTACA

Es un objeto largo y afilado que se clava en el suelo. Tiene muchas aplicaciones, como demarcador de una sección de terreno.

Elaboramos estacas de madera que se desee con punta en forma de pirámide inmejorable para el conocimiento de la forma del terreno y sus depresiones y elevaciones, por medio de la elaboración de los perfiles (Perfiles transversales y longitudinales).

JALÓN (TOPOGRAFÍA)

Un jalón era originariamente una vara larga de madera, de sección cilíndrica o prismática rematada por un regatón de acero, por donde se clava en el terreno. En la actualidad, se fabrican en chapa de acero o fibra de vidrio, en tramos de 1,50 m. ó 1,00 m. de largo, enchufables mediante los regatones o roscables entre sí para conformar un jalón de mayor altura y permitir una mejor visibilidad en zonas boscosas o con fuertes desniveles. Se encuentran pintados (los de acero) o conformados (los de fibra de vidrio) con franjas alternadas generalmente de color rojo y blanco de 25 cm de longitud. Los colores obedecen a una mejor visualización en el terreno y el ancho de las franjas se usaba para medir en forma aproximada mediante estadimetría.

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Los jalones se utilizan para marcar puntos fijos en el levantamiento de planos topográficos, para trazar alineaciones, para determinar las bases y para marcar puntos particulares sobre el terreno. Normalmente, son un medio auxiliar al teodolito, la brújula, el sextante u otros instrumentos de medición electrónicos como la estación total.

2.2.3.-FACTORES QUE AFECTAN LA NIVELACION

• CURVATURA TERRESTRE (h`) Se estima que la curvatura terrestre es directamente proporcional al cuadrado de la distancia. Llamando h` al efecto de curvatura terrestre y k distancia en km, entre dos puntos.h`= 0.08k2 REFRACCION ATMOSFERICA (r )Varía con la temperatura, la presión atmosférica y el sitio.Es mejor realizar las observaciones hacia el medio día, pues a esta hora la refracción es menos variable que en las mañanas o en las tardes.La refracción atmosférica produce un efecto contrario al anterior y menor que él.Llamando r el efecto por refracción atmosférica s tiener = 0.01 k2Si h es el efecto combinado de estos dos fenómenos:h = 0.07k2NOTA: h, h`y r están expresados en m, kmSe tomarán en consideración estos 2 fenómenos en nivelación de alta precisión o en levantamientos geodésicos.En las nivelaciones de este curso no se considerarán, ya que por las condiciones de trabajo, los errores introducidos por estos efectos son mínimos.

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3.-MATERIALES Y EQUIPOS PARA NIVELACION Estación total GPS Jalones Cordel Estacas Wincha Prisma Libreta de campo Lapices Brujula

3.1.-DEFINICIÓN DE TÉRMINOS:

En esta imagen se muestra la curvatura terrestre y elevación

Nivelación.- Es el conjunto de procedimientos para determinar las diferencias de elevación y las alturas o cotas de dos o más puntos, la precisión en las mediciones depende del tipo e importancia del levantamien6to a ejecutar.

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Desnivel.- Es la diferencia de altura obtenida mediante nivelación entre dos puntos, se conoce como diferencia de nivel o desnivel.

Mira (regla vertical): Es el dispositivo más utilizado para medir desniveles en el terreno, tiene 4m de altura y para las lecturas se debe mantener perfectamente vertical (nivel de ojo de pollo), es útil para levantar perfiles y puntos de detalle para configuración de los accidentes de un terreno.

Datum: Referencia al nivel del mar para determinar las elevaciones del terreno. Superficie de nivel: En cualquier punto de una superficie terrestre es

perpendicular a la dirección de la plomada (gravedad). Es paralela a la superficie de la tierra.

Línea horizontal: Recta tangente a una línea de nivel en un punto dado (punto de tangencia)

Alineamiento. Generalmente se clavan estacas y otras marcas temporales en los vértices de la estructura propuesta, como una guía aproximada para empezar la excavación. Fuera de los límites de la misma, o de donde se puedan mover, pero lo suficientemente cerca para que resulten cómodas, se colocan estaciones permanentes bien referidas. Pueden ponerse señales permanentes o marcas para orientar cómodamente el tránsito en las líneas principales de la estructura y para visar a lo largo de esas líneas a ojo. Se colocan estacas u otras señales en todas las líneas importantes para marcar con claridad los límites de la obra. El alineamiento se fija clavando un clavo en el canto superior de la tabla. Entre cada dos de estas tablas se estira una cuerda fuerte o alambre para marcar la línea y la rasante. A menudo, no es posible establecer señales permanentes en la línea de la estructura. En este caso, la línea del levantamiento se traza paralela a la de la estructura, tan cerca como sea posible a una distancia que sea un número entero de metros.

Rasante. Se establece un sistema de bancos de nivel cerca de la estructura, en lugares favorables, que probablemente no estén sujetos a cambiarse. Se tomaran todos los cuidados posibles para conservar los bancos de nivel de los levantamientos estatales o federales, si durante la construcción es necesario quitar esos bancos se deberá notificar a la dependencia correspondiente y los bancos se cambiaran de acuerdo con sus instrucción. Las diferentes rasantes y elevaciones se definen en el terreno por medio de trompos y de tablas clavadas en postes, como guías para los trabajadores. Los trompos que marcan las rasantes pueden o no ser los mismos que sirvan para dar línea. Cuando se usan estacas, se pueden tomar las medidas verticales de la cabeza de la estaca, de una marca de crayón o de un clavo puesto de un costado de la estaca, o (para excavación) de la superficie del terreno donde se encuentra la estaca; para

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evitar equivocaciones, solamente se empleará un sistema de puntos de referencia para las medidas en cada clase de trabajo. Si la elevación de la rasante está a corta distancia de la elevación del terreno, a menudo se hace un hoyo en el terreno para colocar la estaca a la rasante.

En carreteras. Por lo general, precisamente antes de comenzar la construcción de una carretera, se vuelve a trazar la línea localizada, reponiendo las estacas faltantes, y se refieren los trompos. Si es necesario, los bancos de préstamos se estacan y se seccionan. Se dan líneas y niveles para los puentes, alcantarillas y otras estructuras. Si no se han puesto las estacas de los ceros durante la localización, se colocan, excepto cuando es necesario hacer desmontes; en ese caso, se colocaran cuando se haya desmontado el derecho de vía. Para demarcar el desmonte, solamente es necesario hacer medidas aproximadas de las estacas del centro de la línea. Se pueden clavar estacas adicionales a una distancia uniforme de la obra, con las marcas adecuadas que indiquen la distancia. Generalmente se colocan estacas a ambos lados del camino en las curvas, y también pueden ponerse en las tangentes; cuando se hace esto, las medidas para los niveles pueden hacerse cómodamente visando a través de los dos trompos o estirando entre ellos una cinta de medir o un cordón. Cuando se han terminado las terracerías, se coloca una fila de estacas de afinamiento en ambos lados de la corona en los hombros como guías para afinar los taludes. En el terraplén, deberá precisarse si deberán llevar abundamiento, o si representan la rasante final. La rasante de la superficie superior del pavimento, en la orilla, se indica por la altura de la cabeza de las estacas o con una línea en uno de sus costados. El alineamiento se indica en uno de los lados del camino solamente carreteras de concreto, los trompos pueden colocarse en tal forma que los moldes laterales se puedan colocar directamente sobre ellos, o una fila de estacas cerca de un borde para alinear los moldes. La distancia entre las estacas en una línea dada es generalmente de 20 m en las tangentes con pendiente uniforme y a la mitad de la distancia normal en las curvas horizontales o verticales.

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4.-PROCEDIMIENTO DE TRABAJO DE CAMPO

Se planteó a la Nivelación Topográfica de una Carretera, de la zona de Candopata una distancia de 560m de longitud al costado del puente de Candopata, en la cual se levantaron 38 puntos de control por nivelación trigonométrica con GPS, los puntos se tomaron cada 20m en el centro y 10m en cada curva, 3m a cada lado derecho e izquierdo en los cuales los puntos tomados fueron registrados en el GPS. La nivelación se realizo con un GPS en el sistema UTM – PASD 56.

5.-PROCEDIMENTO DE GABINETE

En la sala de computo bajamos los puntos registrados en el GPS al programa Microsoft Excel para proceder a hallar: x, y, DH, PROGRESIVA, PENDIENTE, DESNIVEL, COTA ROJA, CORTEΔ Δ y RELLENO luego instalamos el SURFER8, para poder ingresar los datos a este programa y poder hallar el perfil longitudinal, vista de planta, vista transversal o poder ver el plano en 3D.

Por último los datos ya ingresados y trabajados en el Surfer8 son exportadas al AUTOCAD y al AUTOCAD LAN para darles mejores acabados.

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6.- RESULTADOS OBTENIDOS

Con los resultados altimétricos obtenidos por las distintas metodologías se procedió del siguiente modo.

Datos de MICROSOFT EXCEL Data base:Datos de MICROSOFT EXCEL Data longitudinal:Datos de MICROSOFT EXCEL Data transversal:Surfer8 baseSurfer8 longitudinalSurfer8 transversalAutocad vista de plantaAutocad perfil longitudinalAutocad perfil transversal

6.- CONCLUSIONES

Cada vez que se realiza una practica de campo aprendemos a utilizar correctamente los equipos y con mayor facilidad realizar mediciones con mayor precisión.Aplicamos correctamente las técnicas de mediciones topográficas para el levantamiento de una carretera, tanto en el trabajo de campo y gabinete.Gracias a los software de diseño, logramos diseñar los tres planos de nuestro trabajo: perfil longitudinal, vista de planta y perfil transversal.Encontramos que en los volúmenes se necesita material de préstamo.A través del instrumento utilizado (GPS) obtuvimos las distancias de los respectivos puntos del terreno, considerando su margen de error del GPS.Aprendimos que apartir de los datos obtenidos en el trabajo de campo podemos calcular datos para un levantamiento de carretera.

7.- SUGERENCIAS

Que los equipos estén debidamente preparados para poder trabajar adecuadamente y no tener percances. Que los grupos deben ser de menor número de integrantes para un mejor aprendizaje.

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6.- BIBLIOGRAFÍA

www.goole.com.pe www.nivelaciontopografica.com www.construaprende.com www.diseñografico.com Topografía: Miguel Montes de Oca

Cuarta Edición Manual de Topografía General I – II

Teoría y Problemas Resueltos

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http://www.xn--diseografico-dhb.com/

http://www.construaprende.com/

http://www.nivelaciontopografica.com/

http://www.goole.com.pe/

topografia ii - informe nº 1 (grupo 1)

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