equipos usados en altimetría

Altimetría. Ing. Hector Gomez SENA-CTCM

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EQUIPOS TOPOGRAFICOS USADOS EN ALTIMETRÍA

JOHN GEIVER PRADA SÁNCHEZ

HECTOR GOMEZ INGENIERO TOPOGRÁFICO

DOCENTE-SENA CTCM

SENA-CTCM TECNÓLOGO EN TOPOGRAFÍA

902820-ALTIMETRÍA BOGOTÁ D.C

2015


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INTRODUCCIÓN Con este pequeño apartado de información se busca dejar especificado qué tipo de herramientas y/o dispositivos, ya sean mecánicos, electrónicos u ópticos; pueden servir de auxilio o apoyo a la hora de proceder a elaborar trabajos topográficos pertenecientes al área altimétrica. Es imperativo comenzar con algunos que , si bien no eran de tan fiable precisión , como los que se encuentran en el mercado actual, si fueron de gran contribución a la humanidad y su afán de expansión o delimitación de terrenos, medición de los mismos y alcance de conocimiento a nivel geográfico y de obtención de la real morfología de la Tierra. Continuamos así , con la evolución de los mismos, su adecuación al campo laboral , clima y demás situaciones que sugieran un plan de contingencia. Se modifican las labores de oficina tales como cálculos, procedimientos, graficas ,dibujos, etc. Resolviendo la situación de tiempo y lo engorroso que resultaba , o bueno , que resulta si de mantenerse en vigencia es: un levantamiento con cinta y jalón o algo por el estilo… a fines de medición directa. No se pretende decir que no sean buenos, pues su calidad es directamente proporcional a quien realiza el evento, de lo contrario, en su momento fueron de infinita relevancia, pero a la vanguardia tecnológica se ha sumado la topografía y hoy por hoy es mucho mas efectivo , por razones de precisión , modificar esos métodos a gusto de cada profesional en el campo con equipos de variada categoría, pero que ofrecen rendimiento, calidad y ligereza.


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OBJETIVOS GENERALES Como objetivo general se deja presente la necesidad de que el lector, ya sea de ocio, adquisición de conocimientos de cultura general o para aquellos profesionales ó que se preparan para serlo , como mínimo , distinga la variedad de equipos que ofrece el mercado laboral en el sector de obras civiles e ingenieril para llevar a cabo los objetivos en cuanto a una construcción , vía, lote, etc. Lo requiera. ESPECÍFICOS Quien ejerza la lectura de este documento tenga la capacidad de identificar los equipos usados en altimetría , sus características , su adecuación para realizar las mediciones o para dar inicio a las mismas y su correcta lectura, son quizás los objetivos primordiales de el apartado. Relacionar con conocimientos previos adquiridos en áreas de Física, Química y Matemáticas , cuales podrían ser los factores que afectan una aparato o que se debe hacer para lidiar con situaciones como por ejemplo : Altas temperaturas, fuerzas magnéticas o electromagnéticas, humedad, etc. Alcanzando las metas pensadas y con correctos cierres de proceso.


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CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 2

OBJETIVOS 3

CONTENIDO 4

CONSIDERACIONESOTERMINOSATENERENCUENTA 5

HERRAMIENTASYEQUIPOSUSADOSENALTIMETRÍA 6

ESTACIONESTOTALES 8

CARTERASDIGITALES 9

NIVELESDEPRECISIÓN 10

NIVELFIJO 11

NIVELBASCULANTE 12

NIVELAUTOMÁTICO 12

GPS 13

CONCLUSIONES 15

BIBLIOGRAFÍA 16


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CONSIDERACIONES O TERMINOS A TENER EN CUENTA SUPERFICIEDENIVEL En los levantamientos planimétricos donde las extensions son relativamente pequeñas se puede considerar la Tierra como plana. De esta manera, la posición llana en dos dimensiones queda fácilmente representada sin un error apreciable. Pero los puntos situados sobre el terreno tienen diversas elevaciones o alturas y es necesario además de su localización mapear un sistema que facilite su determinación y la representación de sus posiciones altimétrica con relación a una superficie horizontal y concéntrica a la Tierra. A la superficie punctual de la Tierra que se toma como referencia para la determinación altimétrica se les denomina superficie de nivel, y se define como aquella superficie continua, situada en cualquier posición, pero perpendicular a la gravedad resultando, por lo tanto, una superficie equipotencial. NIVELMEDIODELMAR

La superficie de los mares en calma tiene que ser siempre perpendicular a la gravedad, y por tanto, es por definición una superficie de nivel. Esta condición brinda la oportunidad de adoptar dicha superficie de nivel como superficie de cota 0 por todos los países, las elevaciones de la corteza terrestre pueden ser comparadas ente sí, cualquiera que sea el lugar en que se encuentren localizados. Ejemplo tenemos que el monte Everest en el Himalaya, tiene mas de 6000m de alto que el pico Cuba. La altura del nivel medio del mar se mide con instrumentos llamados mareógrafos, instalados en aguas razonablemente tranquilas, en las proximidades de la costa. Para los trabajos geodésicos y topográficos, la determinación del nivel medio del mar la realizan instituciones especializadas de cada país y los mismos aparecen indicados en los mapas topográficos nacionales.

PUNTOSDECOTAFIJA(PCF)

Son aquellos puntos cuyas altitudes han sido determinadas y ajustadas, estos valores los dejamo como superficies de nivel de referencia para los diversos trabajos topográficos y su control. Se encuentran distribuidos por todo el territorio nacional, en mayor o menor número, en dependencia del grado de desarrollo e importancia técnica-económica de cada zona, constituyendo lo que se denomina redes de apoyo y control altimétrico.

**Dejando ya expuesto estos terminos a considerar como importantes , damos inicio a detallar los equipos o herramientas , no más importantes,


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pues todos cumplen una función en especifico, pero si a los que más uso se les da.**

HERRAMIENTAS Y EQUIPOS USADOS EN ALTIMETRÍA Los instrumentos altimétricos permiten obtener diferencias de altitud entre dos puntos y se pueden agrupar en tres categorías: niveles, en los cuales se obtiene una visual horizontal; clisímetros, que miden las pendientes de las visuales; y los eclímetros, que definen visuales inclinadas midiendo el ángulo que forman las mismas con el horizonte o la vertical.

También existen otros instrumentos de uso necesarios en Altimetría, que facilitan la medición, un ejemplo de estos son los Receptores GPS, que permite realizar relevamientos precisos a muy alta velocidad, es decir que se pueden mapear zonas a costos significativamente menores que utilizando métodos de medición tradicionales. Tal es el caso de la medición de extensiones muy grandes o zonas de difícil acceso con instrumental topográfico. Otros instrumentos de interés utilizados en esta rama son: las miras verticales, niveleta, placa de 0 nivelación, nivel de mano.

MIRAS(REGLAVERTICAL) 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.

Una primera lectura de mira se le denomina en el lenguaje topográfico: mira de espalda (ME).Después de determinada esa primera operación se dirige una segunda visual a otra mira situada verticalmente en el otro punto tomándose la lectura correspondiente.Esa segunda lectura de mira se denomina mira de frente.(MF). TEODOLITOEl primer teodolito fue construido en 1787 por el óptico y mecánico Ramsden. Los antiguos instrumentos, eran demasiado pesados y la lectura de sus limbos (círculos graduados para medir ángulos en grados, minutos y segundos) muy complicada, larga, y fatigosa. Eran construidos en bronce, acero, u otros metales.

El ingeniero suizo Enrique Wild, en 1920, logró construir en los talleres ópticos de la casa Carl Zeiss (Alemania), círculos graduados sobre cristal para así lograr menor peso, tamaño, y mayor precisión, logrando tomar las lecturas con más facilidad.

Recibe también el nombre de instrumento universal por la gran variedad de aplicaciones que pueden obtenerse con su empleo; puede considerarse como


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un goniómetro completo capaz de medir ángulos verticales y horizontales con gran precisión.

Aunque los teodolitos difieren entre sí en detalles de construcción sus partes esenciales son similares en todos ellos; en la figura se representa el despiece de un teodolito clásico, que consta de tres bloques fundamentales.

El bloque inferior C, está constituido por una plataforma nivelante y en ella se introduce un eje hueco solidario del bloque B, en el que va fijo el limbo acimutal; de ésta forma, una vez encajado el bloque B en el C, podrán hacerse solidarios ambos por medio de tornillos de presión, o si éstos están aflojados podrá girar un bloque respecto al otro, constituyendo lo que denominamos movimiento general del instrumento.

A su vez en el eje hueco del bloque B, penetra otro eje solidario al bloque A, en el cuál se encuentra el anteojo y los nonios, consiguiéndose igualmente el movimiento relativo de estos dos bloques por medio de un tornillo de presión, denominándose este movimiento relativo entre los dos cuerpos movimiento particular del instrumento.

En el bloque A, o aliada se encuentra el soporte para el anteojo, el cuál permite el movimiento del mismo alrededor de un eje horizontal constituyendo este giro de movimiento cenital del aparato, pudiéndose dejar fijo el anteojo en una posición determinada por medio del correspondiente tornillo de presión.


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El bloque inferior C, está constituido por una plataforma nivelante y en ella se introduce un eje hueco solidario del bloque B, en el que va fijo el limbo acimutal; de ésta forma, una vez encajado el bloque B en el C, podrán hacerse solidarios ambos por medio de tornillos de presión, o si éstos están aflojados podrá girar un bloque respecto al otro, constituyendo lo que denominamos movimiento general del instrumento.

A su vez en el eje hueco del bloque B, penetra otro eje solidario al bloque A, en el cuál se encuentra el anteojo y los nonios, consiguiéndose igualmente el movimiento relativo de estos dos bloques por medio de un tornillo de presión, denominándose este movimiento relativo entre los dos cuerpos movimiento particular del instrumento.

En el bloque A, o aliada se encuentra el soporte para el anteojo, el cuál permite el movimiento del mismo alrededor de un eje horizontal constituyendo este giro de movimiento cenital del aparato, pudiéndose dejar fijo el anteojo en una posición determinada por medio del correspondiente tornillo de presión.

ESTACIONES TOTALES Aunque en la actualidad se ha incrementado, el uso del sistema de posicionamiento global, el instrumento más empleado en topografía es la estación total. Este aparato es una combinación de un teodolito y un instrumento EDM, junto con un equipo que tiene la capacidad de realizar diferentes cálculos, como la determinación de componentes horizontales y verticales de distancias inclinadas. El nombre original de este tipo de instrumentos fue el de taquímetro o taquímetro electrónico, pero Hewlett-Packard introdujo el hombre de estación total hace 20 años, mismo que ha sido adoptado en topografía.

A la mitad de la década de 1970, era común encontrar un distanciómetro fijo en un teodolito como el que se muestra en la figura. Este arreglo fue poco práctico en su manejo, pero en la topografía se observaron rápidamente las ventajas de los equipos que miden de manera combinada la distancia y la dirección. A partir de estos inicios se dio el desarrollo que llevó a las magníficas estaciones totales actuales, las cuales se emplean un levantamiento de poligonales, realización de planos topográficos, trazo de obras de construcción y en muchos otros tipos de levantamientos.

En la primera mitad de la década de 1980, las estaciones totales eran utilizadas principalmente por empresas que contaban con suficiente dinero para hacer las inversiones correspondientes.

TIPOSDEESTACIONESTOTALESEn los días iniciales de las estaciones totales, había tres tipos de instrumentos: manuales, semiautomáticos y automáticos.

Estacionestotalesmanuales


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Con estos instrumentos era necesario leer manualmente los ángulos horizontales y verticales, es decir, a ojo. Los únicos que se leían de forma electrónica eran las distancias inclinadas o en pendiente.

EstacionesTotalesSemiautomáticasEn estos equipos, el operador tenía que leer el círculo horizontal manualmente(a ojo), mientras que las lecturas del círculo vertical se hacían de forma electrónica y los instrumentos podían emplearse, en la mayoría e los casos, en la reducción de los valores en sus componentes horizontales y verticales.

EstacionesTotalesautomáticasSon las estaciones totales comunes que se usan hoy en día. Miden de forma electrónica ángulos horizontales y verticales, distancias inclinadas, calculan las componentes horizontales y verticales de esas distancias y determinan las coordenadas de los puntos observados.

CARTERAS DIGITALES

Los colectores de datos que se utilizan junto con estaciones totales pueden ser aparatos portátiles que se conectan mediante cables a las estaciones totales o pueden ser parte de las mismas. La mayoría de los colectores de datos se diseñan de forma que los datos que se guardan en 1 puedan descargarse automáticamente en computadoras, las cuales se utilizan para realizas los cálculos y dibujos. La capacidad de los colectores modernos de datos es asombrosa en comparación con la que tenían hace algunos años.

Las estaciones totales con colectores de datos son muy eficientes en levantamientos que incluyen la localización de una gran cantidad de puntos en el campo. Esta situación a mente común en los levantamientos para cartografía topográfica. La estación total puede llevar a cabo una gran variedad de funciones topográficas. Una para la cual es ideal es la de los levantamientos en los que se determinan las coordenadas x, y y z (la componente z se usa aquí para referirse a las elevaciones). El trabajo se puede hacer más rápido (tal vez de 2 a 3 veces) que con tránsito o teodolito y estadia. Con esto se incrementa de forma apreciable el área para la cual los levantamientos terrestres son competitivos con los, levantamientos realizados con fotografía aérea.

Las mediciones de campo que se registran en el colector de datos se transfieren a una computadora para la preparación final de los planos. Asimismo, pueden trabajarse proyectos complejos en la computadora de la oficina y transferirse o registrarse en el colector de datos. Éste se transporta entonces al campo y se conecta a la estación total. Una vez hecho esto, se pueden trazar rápidamente cientos de puntos en el campo empleando la estación total.


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NIVELES DE PRECISIÓN Instrumento topográfico destinado a garantizar la horizontalidad de las visuales y a poder determinar diferencias de alturas o cotas entre los diferentes puntos de un terreno. Se utilizan exclusivamente para altimetría, siendo ésta la toma de medidas del desnivel que existe entre dos puntos por medio de una visual horizontal. Se puede definir nivel como aquel instrumento que al estar estacionado, todas sus visuales serán obligadamente horizontales.

El nivel mas sencillo es el nivel de manguera, es una manguera transparente, se le introduce agua y se levantan ambos extremos, por simple equilibrio, el agua estará al mismo nivel en ambos extremos.

Los de tipo fijo o de anteojo corto: En este tipo de nivel, El anteojo está rígidamente unido a la regla del nivel y es paralelo a ésta. El nivel de burbuja, unido a la regla del nivel y protegido, permanece siempre en el mismo plano vertical que el anteojo, pero unos tornillos situados en cada extremo permiten ajustarlo verticalmente y cambiar el nivel de burbuja cuando éste se daña.

El nivel de mano es un instrumento también sencillo, la referencia de horizontalidad es una burbuja de vidrio o gota, el clisimetro es una versión mejorada del nivel de mano incorporando un transportador metálico permitiendo hacer mediciones de inclinación y no solo desnivel.. Este instrumento sirve tanto para la nivelación directa como para medir los ángulos de las pendientes. Se muestra este instrumento que tiene dos graduaciones una en grados y otra en taludes o pendientes. Cuando se utiliza como nivel, el índice del vernier se pone en cero, y luego se utiliza en la misma forma que el


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nivel de mano. Cuando se utiliza como clisimetro, se ve el objeto haciendo girar el tubo de nivel alrededor del eje del arco vertical, hasta que el hilo transversal bisecta la burbuja al verla por el ocular. Entonces se lee el ángulo de talud. Clisimetro

El nivel fijo es la versión sofisticada del nivel de mano, este en lugar de sostenerse con la mano se coloca sobre un tripie, la óptica tiene más aumentos y la gota es mucho más sensible. Este nivel presenta una problemática, y es que conforme se opera el aparato hay que estar verificando continuamente y sobretodo cuando se gira, que la gota siga centrada, esto se hace con los 4 tornillos niveladores los cuales se mueven en pares, y siempre manteniendo tensión para que el aparato no se mueva.

Nivel fijo Este problema se resolvió con el nivel basculante, que sigue siendo un nivel fijo, pero que tiene un tornillo para ajustar la gota cada que se hace una medición, simplificando mucho el uso de 4 tornillos nivelantes, uno de los niveles mas precisos es un nivel basculante, pero debe mayormente su precisión justamente a su gota y a una placa plano paralela.


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Nivel basculante Un gran adelanto se logró cuando se introdujo el compensador automático, dando lugar al nivel automático, su funcionamiento esta basado en un péndulo que por gravedad, en estado estable este siempre estará en forma vertical, y con la ayuda de un prisma, este nos dará la referencia horizontal que estamos buscando. Este nivel tiene una burbuja circular (ojo de buey) que puede no estar completamente centrada, pero el compensador automático hace justamente eso, compensar, este adelanto resultó tan provechoso, que se incorporó en los teodolitos más precisos y en las estaciones totales, aun cuando su funcionamiento puede variar, el principio sigue siendo el mismo.

Nivel automático Los niveles láser fueron y continúan siendo una novedad creyendo alguna personas que son mas precisos, pero la realidad es otra, existen los que solo proyectan una linea en una pared, su nombre correcto es crossliner se usan


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principalmente en interiores, ya que en exteriores con la luz del sol resulta difícil ver la linea que proyecta en una pared por ejemplo, linea que por cierto tiene entre 1 y 2 milímetros de ancho, así que si precisión. En un kilometro será de 1 centímetro comparando con un nivel óptico, hay también niveles láser que poseen un sensor, este se puede usar en exteriores y a mayores distancias, ya que no depende del ojo humano, si no de un sensor especializado en ver la luz láser, hay equipos de diferentes precios y precisiones, si adquiere un nivel asegurese que este sea de calidad y que este correctamente calibrado, de lo contrario le recomiendo mejor un nivel de manguera.

Por ultimo están los niveles electrónicos, estos funcionan como los niveles ópticos, y adicionalmente pueden hacer lecturas electrónicamente con estadales con código de barras, esto resulta muy practico, ya que la medición es muy rápida, y se eliminan errores de apreciación o lectura, incluso de dedo, ya que estos tienen memoria para almacenar y procesar los datos, pueden desplegar en pantalla una resolución de décima de milímetro, y medir distancias con una resolución de un centímetro.

GPS El Global Positioning System (GPS) o Sistema de Posicionamiento Global (más conocido con las siglas GPS, aunque su nombre correcto es NAVSTAR-GPS) es un Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave, con una precisión hasta de centímetros, usando GPS diferencial, aunque lo habitual son unos pocos metros. Aunque su invención se atribuye a los gobiernos francés y belga, el sistema fue desarrollado e instalado, y actualmente es operado, por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

El GPS funciona mediante una red de 27 satélites (24 operativos y 3 de respaldo) en órbita sobre el globo, a 20.200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la posición y el reloj de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el retraso de las señales; es decir, la distancia al satélite. Por "triangulación" calcula la posición en que éste se encuentra. La triangulación en el caso del GPS, a diferencia del caso 2-D que consiste en averiguar el ángulo respecto de puntos conocidos, se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenada reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.


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La antigua Unión Soviética tenía un sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federación Rusa. Actualmente la Unión Europea está desarrollando su propio sistema de posicionamiento por satélite, denominado Galileo.


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CONCLUSIONES

Actualmente, la topografía se auxilia de aparatos que permitan facilitar el trabajo de levantamientos topográficos, debido a esto hace uso de los teodolitos, existiendo estos de varias clases, siendo el más práctico, el teodolito eléctrico, se debe tomar en cuenta el uso correcto del teodolito para la obtención de datos correctos. Así mismo la topografía se auxilia de estaciones totales, que vienen a ser una combinación de un teodolito y un instrumento EDM utilizados por su precisión y rapidez en la obtención de datos, como la determinación de componentes horizontales y verticales de distancias inclinadas. Estos los podemos clasificar como Manuales, semiautomáticas, y automáticas. Seguidamente empleamos también los niveles de precisión, aparato que ayuda a determinar la diferencia de elevación entre dos puntos con la ayuda de un estadal, existiendo de diversas clases los cuáles pueden ser , niveles de mano, fijos, basculante y el más usado y recomendado los niveles eléctricos. Así mismo podemos mencionar el GPS que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave, con una precisión hasta de centímetros. El GPS funciona mediante una red de 27 satélites en órbita sobre el globo, a 20.200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra Debe tomarse en cuenta que un GPS se auxilia del método de triangulación para la ubicación de puntos y medición de distancias. Por último se puede hacer mención a la brújula, instrumentos que usamos para obtener un rumbo o una dirección del lugar en donde nos encontramos, este instrumento ha sido casi sustituido por la nueva tecnología, como los teodolitos, estaciones totales y GPS, sin embargo, no se desprecia su uso, debido a que en algunas ocasiones puede necesitarse.


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Bibliografía

• Altimetría-Proyecto Curricular de Ingeniería Topográfica ,Wilson Ernesto Vargas Vargas – Mario Arturo Rincón Villalba ,Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales.

• BALLESTEROS NIETO ALVARO y VILLATE BONILLA EDUARDO , Topografía, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá D.C. 1999.

• Lecciones dadas por docente ING. HECTOR GOMEZ. Egresado-Universidad Distrital Francisco José de Caldas, CTCM-SENA-Cazuca.

• Tratado de Topografía. RAYMOND E. DAVIS, FRANCIS S. FOOTE & JOE W. KELLY. PÁGINA 161.

• WILLIAM IRVINE-Docente universidad Nacional De Bogotá. Capitulo 6-Nivelación.

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