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Utilizando AUTOCAD CIVIL 3D para el Cálculo de la Pendiente Media de una Superficie (o Cuenca Hidrográfica)
Posted: 10 Oct 2011 01:30 AM PDT
Determinación de la Pendiente Media
utilizando el Método de las Cuadrículas
Asociadas a un Vector y las Etiquetas de
Talud de AUTOCAD CIVIL 3D
En general, la determinación de la Pendiente Media de una extensión de superficie,
involucra la realización de un estudio estadístico de los valores de pendiente en
distintas partes del área en estudio, es decir, hay que contar con una muestra de
puntos sobre los cuales calcular la pendiente utilizando la tradicional fórmula de
pendiente: S=H/L.
Como todo en estadística, en la medida que contemos con mayor cantidad de
elementos en esa muestra, mejor será la estimación, en este caso, de la Pendiente
Media.
Uno de los métodos más conocidos en la Hidrología Superficial para la determinación
de la Pendiente Media en Cuencas Hidrográficas es el de las Cuadrículas Asociadas
a un Vector, el cual consiste en dividir el área de estudio en una serie de puntos
igualmente espaciados horizontal y verticalmente, sobre los cuales se tomarán las
pendientes del terreno para luego realizar un análisis de frecuencia (establecer la
cantidad de ocurrencias en determinado rango de pendientes sobre el total de la
muestra) y obtener así el valor de la Pendiente Media de la Cuenca.
Para los que no conocen el referido método, referirse al Libro: Hidrología en la
Ingeniería, Segunda Edición. Germán Monsalve S. Enero 2.002.
Para los que conocen el método (y, por lo que relatamos previamente, para los que no
lo conocen también) la parte complicada (engorrosa, más bien) de él es el tener
que determinar manualmente las pendientes de los puntos que conforman la
muestra, que por lo general serán más de 50, para garantizar un adecuado muestreo.
Contando con las pendientes del terreno en los puntos, ya el trabajo es menos tedioso
pues se podrá utilizar cualquier hoja de Cálculo, como Microsoft Excel, para la
determinación de la Pendiente Media del área estudiada.
Aquí es donde AUTOCAD CIVIL 3D nos puede ayudar a través de las Etiquetas de
Talud para Superficies, parte de las herramientas de Anotación de Superficies con
la que el programa cuenta (Similar a lo que aprendimos para etiquetar el valor de
elevación de curvas de nivel).
Con esta Herramienta, la aplicación del método de las Cuadrículas Asociadas a un
vector para la Determinación de la Pendiente Media sería la siguiente:
Si no has definido los límites del área de estudio, puedes utilizar la Herramienta
Cuenca Vertiente de CIVIL 3D para trazarlo automáticamente. Claro, lo anterior
aplica si el estudio está enfocado a hidrología Superficial, si el enfoque es hacia otra
rama de la Ingeniería otros criterios aplican. Lo importante es que en cualquier caso
se haya definido un polígono cerrado para poder establecer los límites del muestreo
de pendientes a realizar.
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Contando con los límites del área a estudiar y, por supuesto, contando con una
superficie de AUTOCAD CIVIL 3D, es necesario dividir su extensión con las líneas
verticales y horizontales, igualmente espaciadas, necesarias para obtener por lo
menos 50 puntos de intersección, según vimos en la figura anterior.
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Sobre cada una de las intersecciones (puntos) generados dentro de los límites del área
de estudio, es que determinaremos la pendiente del terreno con la Herramienta
Etiquetas de Talud, siguiendo esta secuencia:
Seleccionar la Superficie de CIVIL 3D para activar la Ficha Contextual de
Superficies.
Desde el panel Etiquetas y Tablas, seleccionar la opción Talud para activar
las Etiquetas de Talud.
Cuando activamos la Herramienta Etiquetas de Talud, veremos que en la
Entrada Dinámica (si está activada) o desde la Ventana de Comandos,
aparecen dos opciones para la determinación de la pendiente (talud)
sobre una superficie: Un punto, cuando sólo se especifica sobre la
superficie una sola coordenada para el cálculo de la pendiente en ella, para lo
cual CIVIL 3D establecerá la dirección en función de las características (Red
TIN) de la Superficie. Con la opción Dos puntos, podremos designar dos
puntos (por supuesto), con lo cual CIVIL 3D calcula la pendiente en la
dirección definida por el orden de designación de cada uno de ellos, es decir:
nosotros especificamos la dirección de cálculo.
En nuestro caso, nos interesa que CIVIL 3D haga casi todo el trabajo, es decir,
seleccionaremos las Etiquetas de Talud para un solo punto. Seleccionada la
opción, se solicita la selección del punto sobre la superficie. No nos
queda sino hacer clic, con la referencia a objetos-Intersección activada, en
cada uno de los puntos previamente definidos:
De esta forma, rápida y sencilla, tendremos al cabo de unos momentos las pendientes
sobre la superficie completamente etiquetadas (y calculadas, por supuesto):
Claro, como referimos previamente, CIVIL 3D hará parte del trabajo (el más tedioso) y
por lo tanto lo que nos queda es procesar los valores de Etiquetas de Talud obtenidos
en una hoja de cálculo o un programa estadístico, para realizar el Cálculo de la
Pendiente Media, por el método referido.
Con los valores de Etiquetas de Talud suministrados por CIVIL 3D, la Pendiente
Media de la Cuenca es igual a 51,40%.
Determinación de la Pendiente Media
Utilizando los Análisis de Superficie de
CIVIL 3D.
De los Análisis de Superficies con CIVIL 3D ya tenemos en el sitio unos cuantos
Tutoriales, con sus respectivas aplicaciones a distintas ramas de la ingeniería, como
en el caso del Estudio de Zonas de Corte o Relleno o en la determinación de Curvas
Hipsométricas en Hidrología.
Para la determinación de la Pendiente Media en un área delimitada, como en el
ejemplo anterior, es posible realizar el Análisis de la Superficie para sus Taludes.
En esencia lo que CIVIL 3D hará será determinar, para los rangos de pendientes
generados, las áreas horizontales respectivas, con las cuales realizaremos el cálculo
de la Pendiente Media ponderada.
Veamos cómo se realiza ésto:
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Como siempre, debemos delimitar la superficie para que CIVIL 3D determine
pendientes y áreas sólo dentro de los límites de nuestra área de estudio. Así que
agregaremos el polígono que la delimita como un contorno:
Selecciona la superficie y en la ficha Contextual→ Panel Modificar, selecciona
la opción Contornos.
Se presenta el Diálogo Añadir Contornos, verifica que está seleccionado el
Tipo de Contorno Exterior y Pulsa Aceptar.
Selecciona el polígono que delimita al área en estudio. El resultado debería ser
similar a éste:
2
Seleccionar la Superficie nuevamente para activar la Ficha Contextual y acceder a
las Propiedades de la Superficie→ Ficha Análisis:
De los análisis disponibles, nos interesa ahora el de Taludes, así que es el que
escogeremos entre las opciones disponibles.
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AUTOCAD CIVIL 3D, de forma automática, genera por nosotros una serie de rangos.
En nuestro caso fueron 7, los cuales mantendremos en el ejemplo:
Recuerda que los valores de cada intervalo pueden ser modificados de acuerdo a
algún criterio que tengas en específico. En nuestro caso, dado que sólo queremos
mostrar el procedimiento para el Cálculo de la Pendiente Media ponderada en función
del área, hemos mantenido las opciones por defecto en la Superficie.
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Al pulsar Aceptar, siempre y cuando esté activada la Visualización del Componente
Taludes en el Estilo de Superficie asignado , tendremos el “coloreado” respectivo:
En realidad este degradado de colores por sí sólo no nos sirve de mucho para el
cálculo de la Pendiente Media, nos falta un último paso con CIVIL 3D: presentar los
resultados en una tabla:
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Para conocer las áreas determinadas por CIVIL 3D en cada intervalo de pendiente
tenemos que presentar la tabla de Taludes respectiva, agregándole si es el caso, las
áreas 2D (como hicimos en el paso 4 de este Tutorial).
Al insertar la tabla tendremos lo siguiente:
Con estos datos, al realizar la ponderación Área x Pendiente media del Intervalo (En
una hoja de cálculo), obtenemos una Pendiente Media de 55,51%, valor
equivalente al obtenido con el método anterior.
En cualquier caso es importante tener en cuenta los valores de pendiente (o de
intervalo de pendiente) que CIVIL 3D genera por nosotros, pues ocasionalmente, por
inconsistencias en la superficie (falta de datos, áreas planas, etc.), podrían aparecer
valores que podrían afectar los resultados de Pendiente Media obtenidos con los
métodos aquí explicados. Aun así, CIVIL 3D, facilita bastante las cosas ¿Verdad?
Cómo Determinar el Área entre Curvas de Nivel en Una Cuenca Hidrográfica con CIVIL 3D (Curva Hipsométrica en Hidrología)
Publicado en Tutoriales Por: Editor C3D
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En esencia, lo que vamos a desarrollar en este Tutorial es similar a lo que vimos en el de Creación de las Curvas Área Capacidad para un Embalse. La única diferencia es que, en vez de basarnos en el Análisis de Elevaciones (lo cual sería también válido) utilizaremos el Análisis de Curvas de Nivel de CIVIL 3D, dentro de los límites de una Cuenca Hidrográfica.
Veamos los pasos a continuación:
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Como el análisis se basará en el estudio de Elevaciones de Una Cuenca, es necesario contar con un polígono en nuestra superficie que represente las Divisorias (límites) de la Cuenca Hidrográfica a estudiar.
En este caso hemos utilizado la Herramienta Cuenca Vertiente para definir los límites en cuestión:
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El Contorno creado para nuestra Cuenca Hidrográfica debe convertirse ahora en el Contorno para la Superficie de CIVIL 3D. Para ello seleccionaremos la Superficie desde el área de dibujo y, desde la ficha Contextual→ panel Modificar→ Añadir datos, seleccionaremos el comando Contornos:
Aparecerá el diálogo Añadir Contornos, para el cual nos aseguraremos que esté seleccionado el tipo de Contorno Exterior y pulsaremos Aceptar.
La Ventana de Comandos (o la ayuda dinámica) solicitará la selección de un objeto para definir el contorno de la superficie. Haremos clic sobre el polígono que define los límites de la Cuenca Hidrográfica.
En este momento sólo tenemos disponible a las curvas de nivel dentro de nuestra área de estudio.
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Ahora sólo resta seleccionar la superficie nuevamente y, desde la ficha Contextual, seleccionar la opción Propiedades de Superficie del panel Modificar. Veremos en pantalla el ya conocido diálogo Propiedades de Superficie.
En dicho diálogo, ficha Análisis, realizaremos las modificaciones para tener una vista similar a la siguiente:
Tengamos en cuenta que, en este ejemplo, optamos por mantener los valores de Elevación mínima y máxima que CIVIL 3D generó de forma automática. Es, por supuesto, posible que editemos de forma manual cada uno de los valores para que éstos sean, por ejemplo, número enteros (515, 680, etc.)
Al pulsar Aceptar y cerrarse el Diálogo tendremos terminado el análisis. En este caso no tenemos nada que Visualizar sobre nuestra superficie en el área de dibujo, sólo necesitamos insertar una tabla que contenga el área entre los intervalos de curva de nivel definidos por CIVIL 3D para nuestra Cuenca Hidrográfica.
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Seleccionaremos nuevamente a la superficie y al pulsar ficha Contextual→ panel Etiquetas y Tablas → Añadir Leyenda, CIVIL 3D solicitará la selección del tipo de tabla, haremos clic en Curvas de Nivel (si no está activada la ayuda dinámica puedes hacer la selección desde la Ventana de Comandos):
Seleccionar luego Comportamiento Dinámico (se actualiza la tabla cuando cambie algún objeto en el dibujo).
Finalmente haremos clic sobre el área de dibujo para fijar el punto de inserción de la tabla:
Si el estilo de tabla utilizado no tiene el Campo Área 2D de Intervalo de superficies seleccionado, podremos aplicar lo aprendido en este Tutorial para visualizarlo.
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Con los datos de la tabla, ya tenemos el insumo para realizar el cálculo (manual o utilizando hojas de cálculo) para obtener la Curva Hipsométrica de la Cuenca Hidrográfica:
Desde esta curva, para los que son expertos en Hidrología, se pueden obtener valores como la Altitud Mediana y, de la tabla, la Altitud Media de la Cuenca, pero eso ya escapa de los alcances de este Tutorial.
Creando las Curvas Área-Capacidad de un Embalse utilizando los Análisis de Superficies
Publicado en Tutoriales Por: Editor C3D
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Ya en nuestro tutorial de análisis de elevaciones de superficies conocimos la forma de establecer, en función de un código de colores, los rangos de elevaciones en una superficie.
En este Tutorial volveremos a aplicar el análisis de superficies, con miras a que CIVIL 3D, a partir de los campos en una tabla de Leyenda, presente los valores de las áreas entre elevaciones especificadas. Veamos los pasos a seguir, utilizando la información de este Archivo, en el que encontraremos la Topografía modificada que incluye la correspondiente a una presa de Tierra con cota de alivio 700 m.
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Para realizar el análisis y obtener resultados sólo en la porción de la superficie afectada por la construcción de la presa, definiremos un contorno para la superficie a partir de la curva de nivel correspondiente a la cota máxima de aguas, es decir la 700 msnm.
Para ello, seleccionemos la superficie TopografiaModificada y desde la Ficha Contextual→Panel Herramientas de superficie, seleccionemos la Herramienta Extraer objetos.
Esta opción permite convertir componentes de la superficie en entidades gráficas de AUTOCAD.
Desde el diálogo presentado en pantalla sólo mantengamos activa la casilla Curva de nivel maestra y, desde la columna valor, seleccionemos la opción Seleccionar del dibujo. Al
hacer clic sobre el ícono se cierra temporalmente el diálogo para que seleccionemos la curva que deseamos extraer como polilínea desde la superficie.
Seleccionemos la curva de nivel en cota 700 msnm, pulsemos Intro y Cerremos el Diálogo pulsando Aceptar. Se ha extraído una polilínea que representa la cota de inundación máxima del embalse.
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Utilicemos ahora la polilínea extraida para definir un contorno para la superficie. Seleccionemos nuevamente a la superficie y desde la Ficha Contextual→Panel Modificar→Añadir datos, seleccionemos la herramienta añadir contornos.
El diálogo Añadir contornos se presenta en pantalla, mantengamos las opciones que presenta por defecto y pulsemos Aceptar para seleccionar desde el dibujo la polilínea referida. Nuestro dibujo deberá ser similar al presentado en esta figura:
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Realicemos el Análisis de elevaciones de la superficie seleccionándola una vez más y, desde sus propiedades, seleccionemos la ficha Análisis. Configuremos la ficha para que sus valores sean los presentados a continuación:
Recordemos que, para visualizar los colores de los 7 rangos definidos, debemos activar la visualización del componente Elevaciones en las Propiedades del estilo utilizado en la superficie.
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Seleccionemos a la superficie (nuevamente) y desde la Ficha Contextual→Panel Etiquetas y tablas agreguemos una tabla de elevaciones al dibujo.
En la tabla solo se presenta la información de elevaciones y colores, debemos agregar un nuevo campo que nos indique el valor del área entre curvas de nivel:
Seleccionemos a la tabla y, desde la Ficha Contextual→Panel Modificar Seleccionemos la opción Editar estilo de tabla.
Se presentará el diálogo Estilo de tabla desde el cual, en la ficha Propiedades de datos, pulsaremos el botón que nos permite agregar una columna a la tabla:
Para agregar el dato, haremos doble clic en la fila Valor de columna, en la columna agregada, para poder visualizar al Editor de Componentes de Texto – contenido de columna desde él seleccionaremos la propiedad Área 2D de intervalo de superficies según se presenta a continuación:
Pulsemos Aceptar para volver al diálogo Estilo de tabla.
Para agregarle un título a la columna haremos dobleclic en su encabezado para presentar nuevamente al Editor de componentes de texto.
Al cerrar los dos diálogos, nuestra tabla será similar a la presentada a continuación:
Es importante destacar que esta área que reporta CIVIL 3D se corresponde al área horizontal existente entre dos curvas (o elevaciones) consecutivas razón por la cual, para los efectos de obtener el área que necesitamos para el tema de las Curvas Área Capacidad, debemos acumularlas.
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Finalmente, utilizando una hoja de cálculo, obtendremos las áreas y los respectivos volúmenes necesarios para la construcción de las curvas Área-Capacidad del Embalse. A continuación se presentan los resultados:
Una opción adicional es la de utilizar la extracción de objetos desde superficie para obtener las curvas de nivel que nos interesan en forma de polilíneas, a las cuales posteriormente podremos determinarle el área utilizando la ventana de Propiedades de AUTOCAD.
