El Teodolito

El teodolito, construido con fines topográficos e ingenieros, también denominado taquímetro es un instrumento de medición mecánico-óptico universal que sirve para medir ángulos verticales y, sobre todo, horizontales, obteniendo una muy elevada precisión. Con otras herramientas auxiliares puede medir distancias y desniveles.Actualmente en el mercado se pueden encontrar diferentes tipos de teodolitos modernos derivados del teodolito original como el Teodolito Electrónico y la estación total, su diferencia radica en el nivel de tecnología aplicado en ellos como un display para la lectura digital del ángulo, electrodistanciometro para la medida de distancias, entre otros.Por lo tanto podemos clasificarlos en 4 grandes grupos:

-Concéntricos-Excéntricos-Electrónicos-Ópticos

-Los concéntricos también denominados centrales son los teodolitos más comunes, se los puede subdividir en 2 grupos, repetidores y reiteradores, estos se caracterizan porque el plano de colimación contiene al eje principal del instrumento.-Los excéntricos también subdivididos en repetidores y reiteradores, son caracterizados por tener el plano de colimación paralelo al eje principal con el fin de equilibrar el aparato con el extremo opuesto del eje secundario al que va montado el anteojo se coloca un contrapeso, otras veces se equilibra el peso del anteojo, colocando en el lado opuesto a éste el limbo cenital y los nonios correspondientes Los repetidores son aquellos capaces de acumular medidas sucesivas de un ángulo horizontal en el limbo, pudiendo así dividir el ángulo acumulado y el número de mediciones.Los reiteradores, también denominados direccionales tienen la particularidad de poseer un limbo fijo y sólo se puede mover la alidada.-Los electrónicos es una versión más avanzada del teodolito óptico, posee incorporado la electrónica para hacer lecturas del circulo vertical y horizontal, desplegando los ángulos en una pantalla eliminando así errores de apreciación, su uso es más simple y posee menos piezas siendo más fácil su fabricación y en algunos casos su calibración.

Los teodolitos están compuestos por:

1-La base nivelante2-El limbo3-La Alidada4-Anteojo

Estas 4 partes principales a su vez se dividen en otras piezas permitiéndoles el cumplimiento de dicho objetivo a cada parte:

- Asa de transporte- Visor óptico- Anillo de enfoque

Alumnos: Páez Ezequiel y Fosco Eduardo hoja: 1 - Ocular del anteojo- Microscopio de lectura.

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_medici%C3%B3n

- Nivel de Alidada.- Tornillo macromerico del movimiento azimutal.- Anillo anillado de graduación.- R. micrométrico del mov. horizontal.- Tornillo calante.- Placa base.- Objetivo.- Tornillo Minutero.- Tornillo macrométrico del mov. Vertical - Tronillo micrométrico del mov vertical- Plomada óptica- Tornillo micrométrico del mov. Azimutal- Nivel esférico- Tornillo macrométrico del mov. Horizontal

Las partes Accesorio que poseen son:

- Trípodes- Tornillo de presión- Tornillo de coincidencia

Fig. 140

Alumnos: Páez Ezequiel y Fosco Eduardo hoja: 2

TEODOLITO

● La base nivelante

La base nivelante es el soporte del instrumento, el cual a su vez se encuentra conformada por: la placa base, los tornillos calantes, el nivel esférico y el botón aliforme. (Fig.141)

● Placa Base

Es la parte de la base nivelante que se encuentra distal al instrumento, la placa base tiene en su centro un orificio roscado que permite fijar al instrumento sobre la base del trípode. Se encuentra unida a los tornillos calantes por medio de una placa elástica. (Fig.141)

● Tornillos calantes o niveladores generales del aparato

Son utilizados para poner vertical el eje de rotación regulando el nivel de alidada (l). Dichos tornillos pueden variar de 3 a 4 dependiendo de la marca del instrumento. (Fig.141)

● Nivel Esférico

Llamado también ojo de pescado u ojo de Buey, permite tener un control sobre la horizontalidad de la placa base. Con el nivel esférico se determina si un desplazamiento del instrumento sobre la base del trípode, es realizado sobre un mismo plano horizontal, esto ultimo de vital importancia en la operación del centrado del instrumento sobre un punto determinado.


El Nivel Esférico es regulado mediante el alargamiento o acortamiento de las patas extensibles del trípode. (Fig.141)

● Botón aliforme o cerrojo giratorio

Es un botón que fija o libera la base nivelante del esto del instrumento. (Fig.141) Bajo condiciones normales de trabajo debe permanecer en posición de fijado, únicamente liberado cuando la base nivelante es utilizada para la instalación de algún quipo accesorio, por ejemplo señales de puntería, reflectores o plomada zenit-Nadir. (Fig.142 a. y 142 b.)

● La parte inferior

La parte del instrumento esta conformada por la brida de centraje, el anillo anillado, el tornillo macrometro del movimiento horizontal y el tornillo micrométrico del movimiento horizontal. (Fig.140)

● Brida de Centraje

Es un conjunto de 3 pernos de sujeción que permiten colocar al instrumento sobre la base nivelante, o bien, sobre un sitio llano. (Fig.143 a.)


● Circulo Horizontal o Anillo Anillado de graduación prefija

Exteriormente se presenta como un circulo plástico en le cual se aprecian algunas marcas de graduación angular en la parte interna la conforman un circulo de cristal sobre el cual van gravados los ángulos horizontales. (Fig.143 b.)

● Tornillo macrometrico del movimiento horizontal

Es un tornillo que mantiene una posición perpendicular al eje de rotación vertical, su función es fijar o liberar el movimiento horizontal del limbo. (Fig.143 b.)

● Tornillo micrométrico del movimiento horizontal

Se encuentra tangencial al eje vertical de rotación, tiene como función permitir el desplazamiento micrométrico o fino del limbo, son empleados conjuntamente con (g) en el proceso de orientación y localización de puntos. Generalmente de encuentra en el mismo piso altitud dentro del instrumento en (g). (Fig.143 b.)

● La alidada

La aliada es el elemento superior y giratorio del instrumento, esta conformada por la plomada óptica, el tornillo macrometrico del movimiento azimutal, nivel de la aliada, circulo vertical, tornillo macrometrico del movimiento vertical , tornillo micrométrico del movimiento vertical, índice automático vertical, tornillo minutero, espejo reflector y asa de transporte. (Fig.140)


● Plomada óptica

Es un elemento por medio del cual se observa la proyección de una visual del centro del eje vertical de rotación, hacia el punto de estación del aparato. Este conformado por el ocular de la plomada y una serie de espejos prismáticos que permiten realizar la observación anteriormente señalada. (Fig.144 a., 144 b. y 147)

● Tornillo macrometrico del movimiento azimutal

Denominado también como tornillo de sujeción de la rotación de la aliada. Tiene como función fijar o liberar el movimiento horizontal de la alidada del círculo o anillado. Cuando (j) se encuentra en posición de liberado y (g) se encuentra fijo, el desplazamiento horizontal de la alidada representara un ángulo de variación horizontal de la alidada representara un ángulo de variación horizontal correspondiente a la magnitud de tal desplazamiento. La posición de (j) dentro del instrumento es siempre perpendicular al eje vertical de rotación. (Fig.143 b.)

● Tornillo micrométrico del movimiento azimutal

Permite realizar desplazamientos finos o micrométricos de la alidada sobre el círculo horizontal, con lo cual se puede lograr localizar un punto observado exactamente. Se encuentra en el mismo plano latitudinal dentro del plano que (j). El tornillo micrométrico del movimiento horizontal (h) solamente se encuentra en posición de fijados. (k) es siempre tangencial al eje vertical de posición. (Fig.143 b.)


● Nivel de Aliada

Es un nivel tubular localizado en el plano medio del instrumento. Es el encargado de indicar la posición vertical del eje de rotación debido a su posición perpendicular al mismo. El nivel de alidada e manejado mediante el movimiento de los tornillos calantes (b). (Fig.143 b.)

● Círculo vertical

Es un limbo de cristal en el cual se encuentran grabados los valores angulares verticales, generalmente esta diseñado para indicar la posición de 0° sobre la proyección del zenit y 90° sobre la horizontal. Se encuentra protegida por la caja del círculo vertical, siendo esta una parte de la estructura de la aliada. (Fig.145)

● Tornillo micrométrico del movimiento vertical

Tiene como función la liberación del eje de basculamiento del telescopio sobre el circulo vertical (m), con lo cual permite la ubicación de un punto observado sobre el eje vertical de proyección. (m) es siempre perpendicular al eje de basculamiento del telescopio. (Fig.145)

● Tornillo micrométrico del movimiento vertical

Permite la realización de desplazamientos finos del telescopio sobre el eje de basculamiento, al igual que todos los tornillos micrométricos del aparto se encuentran en posición tangencial al eje de rotación correspondiente. (Fig.145)


● Índice vertical automático

Los teodolitos modernos se encuentran provistos del índice vertical automático. El cual sustituye al tornillo nivelador del índice superior, teniendo como función el regular automáticamente la verticalidad del eje de rotación, situación que favorece el proceso de eficiencia del instrumento dentro de la operación de trabajo de estación. (Fig.145)

● Tornillo minutero

Su función es hacer coincidir el valor angular tanto vertical como horizontal registrando por el instrumento, sobre los trazos del índice que aparecen sobre el ocular del microscopio de lectura, logrando con ello utilizar la apreciación del instrumento. (Fig.140 y Fig. 146)

● Espejo reflector o de iluminación de los círculos

Es un espejo plano que permite proyectar un rayo lumínico hacia el interior del instrumento, el cual es reflejado por una serie de espejos prismáticos hasta llegar a los círculos verticales y horizontales. La imagen de lectura registrados por ambos círculos es proyectada hacia el microscopio de lecturas, con lo cal se logra observar la magnitud del ángulo horizontal y vertical que determina la posición de un punto observado. (Fig.147)


● Asa de transporte

Constituye el apéndice distal del cuerpo del instrumento, permite mayor comodidad y seguridad en el transporte o cambio de estación del aparato. El asa del transporte puede ser utilizada para acoplar sobre ella equipo accesorio, tal el caso de una brújula circular. (Fig.148 b.)


● El Anteojo o Telescopio

Es la parte del telescopio por medio de la cual se lanzan las visuales desde la estación hacia los puntos observados. Esta conformado por el ocular del anteojo, los lentes oculares, el anillo de enfoque, el objetivo y montura del objetivo, retícula, visor óptico con punta de centraje y microscopio de lectura. (Fig.140)

● Ocular del anteojo

Es la parte del telescopio por medio del cual el operario recibe la imagen del punto observado.

Permite mediante un movimiento giratorio realizar la operación de aclarar los hilos de la retícula (v). El ocular del telescopio puede ser reemplazado por una serie de lentes, los cuales por su gradación de aumento son los responsables de la variación de la escala del objeto observado. Los aumentos de graduación varían desde 19 º hasta 40 º, siendo los mas comunes los de 30 º. (Fig.149)


● Anillo de enfoque

Se encuentra ubicado sobre el cuerpo del telescopio su función es aclarar la imagen del punto observado mediante el acercamiento o alejamiento de la visual. (Fig.150)

● Objetivo y montura del objetivo

El objetivo es un biconvexo en el exterior y cóncavo convexo en su cara interior, su función es formar la imagen invertida del objeto observado. La montura del objetivo es la parte externa y distal del telescopio, sobre ella se puede adaptar equipo accesorios tal el caso de in prisma solar o lentes auxiliares para mejorar distancias mínimas de enfoque. (Fig.140)


● Retícula

Es una lamina de cristal ubicada en la parte interna del telescopio, sobre ella se encuentran grabados un trazo vertical y uno horizontal, representando la intersección de ambos en el centro óptico del objetivo o centro de la visual del anteojo. Generalmente la parte inferior del trazo vertical los constituye una doble línea, la cual permite encuadrar con exactitud las señales muy distantes o bastantes grandes, así mismo siempre sobre el trazo vertical se observan dos marcas horizontales equidistantes del centro óptico, las cuales son denominadas marcas o hilos estadimétricos siendo su utilidad en la determinación de D. H. y D. V. por medio de taquimetría. (Fig.151)

● Visor óptico

Es un lente muy especial que ubicado sobre el cuerpo del telescopio permite una rápida pre-orientación de un punto cualquiera. (Fig.140). En los teodolitos antiguos se disponía de las llamadas muras de rifle, las cuales cumplían la misma finalidad.

● Microscopio de lectura

Es la parte del teodolito por medio de la cual se efectúan las lecturas de los valores angulares medidos. En algunos teodolitos dicho microscopio se encuentra sobre la alidada y no sobre el telescopio. (Fig. 140, 147 y 149).


● Trípode

Esta conformada por una plataforma porta instrumentos y un juego de 3 pies

acoplados a esta por medio de uniones articuladas. Debe ofrecer solidez, rigidez, estabilidad, buena amortiguación de las vibraciones y resistencia a la torsión, además debe satisfacer las exigencias del usuario con aspecto al peso y la posibilidad del transporte ya que en su utilización se desea darle el mínimo cuidado.

Los trípodes se pueden clasificar atendiendo las siguientes características:

● Por su material de construcción

● Por su tipo de base

● Por sus tipos de pies

● Por su material de construcción

Pueden se de maderas duras tratadas y de aluminio, siendo las primeras las mas utilizadas por su robustez, mayor resistencias a la dilatación y a las torsiones, sin embargo, los trípodes de aluminio son recomendados en trabajos realizados en climas calidos tropicales, especialmente en zonas pantanosas.

● Por su tipo de base

Pueden ser de tipo corriente o de tipo centrador. Los primeros se constituyen por un plato sobre el cual quedara fijado el teodolito por medio de un tornillo fijador. (Fig. 152 a.)

Los de tipo centrador se diferencian de los anteriores en que el plato no lleva directamente el teodolito, sino que una cabeza corrediza cuya parte superior tiene una forma esférica y sobre la cual se asienta la plataforma porta instrumentos. (Fig. 152 b.)

Los trípodes de base corriente permiten la utilización del sistema de plomada óptica o plomada de hilo para efectuar la operación descentrado del aparato sobre una estación, por su parte los trípodes de base centradora utilizan el sistema de bastón centrador para tal fin.

● Por sus tipos de pies

Pueden ser de pies fijos o extensibles. Los primeros recomendados en trabajos de nivelación de alta precisión, mientras que los pies extensibles son utilizados en todo trabajo planimetrito y altimétrico. Los trípodes de pies extensibles poseen en la parte distal de estos un juego de estribos (Fig. 152 c.), los cuales son utilizados por el operador para poder fijar los pies a la superficie del terreno, así mismo, cada pie extensible posee un tornillo fijador que le permite mantener la extensión requerida de manera fija. (Fig. 152 d.)


• Tornillo de presión (movimiento general)

Tornillo marcado en amarillo, se fija el movimiento particular, que es el de los índices, y se desplaza el disco negro solidario con el aparato. Se busca el punto y se fija el tornillo de presión.

• Tornillo de coincidencia (movimiento particular o lento)

Si hay que visar un punto lejano, con el pulso no se puede, para centrar el punto se utiliza el tornillo de coincidencia. Con este movimiento se hace coincidir la línea vertical de la cruz filar con la vertical deseada. Los otros dos tornillos mueven el índice y así se pueden medir ángulos o lecturas acimutales con esa orientación.


Teniendo en cuenta el conocimiento de sus instrumentos podemos pasar a una explicación de cómo se monta y como se usa.

● Instalación del trípode:

El trípode debe colocarse para montar encima el teodolito. Las tres piernas deben colocarse a una distancia suficiente como para que tenga estabilidad. Pero esta distancia tampoco debe ser lo suficientemente grande como para que afecte la movilidad de los observadores.

● Montado del teodolito:

El teodolito se enrosca en la parte superior del trípode hasta que quede firme. En algunas ocasiones va a ser necesario contar con un adaptador ya que no todos los trípodes tienen roscas compatibles con las de los teodolitos.

● Nivelación del teodolito:

Inicialmente debe verificarse que la plataforma teodolito-trípode esté lo más horizontal posible. Luego se procede a nivelar el teodolito manipulando los tornillos que se encuentran en la parte inferior. El objetivo es que las burbujas de los dos niveles ubicados en la plataforma del teodolito se localicen en el centro de los tubos.

● Alineamiento del teodolito:

Cuando el teodolito esté completamente nivelado debe alinearse, es decir, orientarse con respecto a los puntos cardinales. Para ello debe conocerse el ángulo acimut de algún punto del horizonte, ya sea un punto de referencia conocido o un punto cardinal (por ejemplo, el norte geográfico tiene un ángulo acimut de 0° mientras el sur de 180°).

Ejes del teodolito

Eje de colimación

El eje de colimación es el eje donde se enfoca a los puntos. El eje principal es el eje donde se miden ángulos horizontales. El eje que sigue la trayectoria de la línea visual debe ser perpendicular al eje secundario y éste debe ser perpendicular al eje vertical. Los discos son fijos y la alidada es la parte móvil. El decímetro también es el disco vertical.

Eje de muñones

El eje de muñones es el eje secundario del teodolito, en el se mueve el visor. En el eje de muñones hay que medir cuando utilizamos métodos directos, como una cinta de medir y así obtenemos la distancia geométrica. Si medimos la altura del jalón obtendremos la distancia geométrica elevada y si medimos directamente al suelo obtendremos la distancia geométrica semielevada; las dos se miden a partir del eje de muñones del teodolito.


El plano de colimación es un plano vertical que pasa por el eje de colimación que está en el centro del visor del aparato; se genera al girar el objetivo.

Los limbos son discos graduados, tanto verticales como horizontales. Los teodolitos miden en graduación normal (sentido destrógiro) o graduación anormal (sentido levógiro o contrario a las agujas del reloj). Se miden ángulos cenitales (distancia cenital), ángulos de pendiente (altura de horizonte) y ángulos nadirales.

Puesta en estación

La puesta en estación y nivelación del teodolito comprende los siguientes pasos:

1) Extender las patas del trípode y nivelar a ojo su plataforma.

2) Colocar el teodolito sobre la plataforma del trípode y sujetarlo con el tornillo de sujeción.

3) Fijar en el terreno una de las patas del trípode y pivotear con las otras dos patas el instrumento hasta calar aproximadamente la burbuja esférica teniendo en cuenta la centración de la plomada óptica o física en la marca de la estaca.

4) Si no se puede lograr una buena aproximación del calado en el punto 3) fijar las tres patas del trípode en el terreno (con la plomada centrada en el punto) y proceder a calar la burbuja esférica modificando la extensión de las patas y con los tornillos calantes (estos tornillos deben estar previamente a la mitad de su recorrido para evitar que lleguen a su tope al calar el nivel).

5) Una vez efectuado el calado aproximado, se procede a nivelar el teodolito en una forma mas precisa para determinar el plano horizontal de referencia. Esto se logra con el nivel tubular siguiendo una serie de posiciones:

a) poner el nivel tubular en dirección a dos tornillos calantes y centrar la burbuja moviendo ambos tornillos hacia adentro o hacia afuera al mismo tiempo.

b) una vez centrada la burbuja en la posición de a), se gira la alidada 90º en sentido horario y se nivela la burbuja con el tornillo calante que resta.

c) para corroborar la nivelación del plano de referencia se vuelve a girar la alidada 90º en sentido horario y la burbuja debería estar centrada o calada, de lo contrario el teodolito está provisto de errores sistemáticos.


Medición

Supongamos que se pretende deducir el ángulo α que forman dos direcciones (A-B y A-C) que convergen en el punto (vértice A) donde estacionamos el teodolito.

El procedimiento para efectuar la medición sería el siguiente:

a) Con todos los tornillos de fijación sin trabar, lo cual permite maniobrar libremente el conjunto alidada-anteojo, se apunta con la pínula del anteojo a la señal en el punto B

b) Una vez efectuada la puntería aproximada se traba la alidada y el anteojo con los tornillos correspondientes de fijación

c) Para hacer la puntería fina, primero debemos ver con claridad la imagen y los hilos o cruz filar. Esto se logra regulando la rosca para enfocar la imagen y los hilos, que se deben formar en un mismo plano (retículo), de lo contrario habrá un efecto de paralaje que se detecta cuando con pequeños movimientos del punto de vista del operador la imagen se mueve con respecto a los hilos.

d) Cuando tenemos nítida la imagen e individualizamos la señal (jalón, prisma, estaca, etc.), hacemos la puntería fina con los tornillos de pequeños movimientos horizontales y verticales. Si éstos últimos llegan al tope de su recorrido debemos destrabar la alidada o anteojo, poner los tornillos a la mitad de su recorrido y volver a repetir el calado grueso.

e) La bisección de la señal, en el caso de trabajos solo planimétricos, debe ser lo más cercano posible a la estaca o marca del terreno si ésta no es visible por la presencia de obstáculos visuales (pastizal alto, arbustos, etc.).

f) Una vez que centramos la cruz de hilos en la marca (punto B para el ejemplo) pasamos a la lectura de la dirección cuyo procedimiento dependerá del tipo de teodolito que estemos utilizando.

g) La metodología de medición del ángulo será por el método de Bessel

h) Efectuada la medición en uno de los vértices se procede al cambio de estación y se vuelven a ejecutar los pasos del a) al g) junto con la correcta centración y nivelación.


Método de Bessel simple

Dado que el teodolito, como cualquier instrumento de medición, está provisto de errores sistemáticos, se ha creado una metodología para medir las direcciones que tienden a eliminar o minimizar tales imperfecciones llamada método de Bessel. Éste método consiste en efectuar determinaciones angulares en las dos posiciones que tiene el teodolito: Posición I (PI) o Círculo Izquierda (CI), que se identifica cuando el limbo vertical esta a la izquierda del anteojo, y Posición II (PII) o Círculo Derecha (CD), que se identifica cuando el limbo vertical esta a la derecha del anteojo. De esta manera se elimina el error de excentricidad de la alidada, efectos axiales de colimación y eje secundario, y se reducen errores de lectura y puntería.


TP nº 2

Materia: Topografía Tema: “ Teodolito ”

Docente: Bariani Leonardo

Alumnos: Páez Ezequiel y Fosco Eduardo

Año: 6º

Div.: 11ª

Curso: 2009

El Teodolito

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