CUARTA UNIDAD

ALTIMETRIA Y NIVELACIÓN

AUimetría. Es una rama áe la topografía que estudia las diferencias de alturas o cotas entré puntos de un terreno y la representación de estas alturas por intermedio de las curvas de nivel.

Superficie a Nivel. Viene hacer la superficie en la cual cada uno de sus puntos son normales o perpendiculares a la vertical correspondiente.

Altura de un punto. Es la altura que tiene un punto que se encuentra sobre la superficie terrestre con respecto a la superficie de nivel o al nivel medio del mar.

Desnivel. Es la diferencia de altura existente entre dos puntos que se encuentran sobre la superficie terrestre.

Nivel Medio del Mar. Es una superficie imaginaria que viene hacer el resultado de las observaciones con mareógrafo ubicado en la proximidad del mar. Debido al efecto de las atracciones combinadas del sol, la luna las aguas del mar suben y bajan periódicamente. A esta superficie imaginaria libre de perturbaciones se le considera como nivel medio del mar. (N.M.M.).

Superficie de Referencia. Generalmente se toma como referencia al efectuar una nivelación a la superficie del mar o nivel del mar, pero cuando se trata de determinar la altura relativa entre 2 puntos no importa que la superficie de referencia sea una superficie cualesquiera.

Nivelar. Consiste en encontrar la diferencia de cotas entre dos puntos de un terreno.

Nivelación. Es el procedimiento que se utiliza para hallar la diferencia de alturas o cota entre dos ó más puntos sobre el terreno.

SUPERFICIE TERRESTRE

SUPERFICIE DE REFERENCIA

NIVEL DEL MAR

Cota. Altura de los puntos nivelados con respecto a un plano de referencia.

Cota. Altura de los puntos nivelados con respecto a un plano de referencia.

Cota Relativa. Es la altura de cualquier punto cuando se toma como referencia a un plano arbitrario.

Cota Absoluta. Es la altura de, cualquier punto con respecto al nivel del mar.

Bench Marks. Es un punto topográfico fijo permanente cuya cota es conocida y referida al nivel del mar, sirve como inicio de una nivelación o para replantear nivelaciones.

INSTRUMENTOS DE NIVELACIÓN

Son aquellos que sirven para medir la diferencia de altura entre dos o

más puntos. Tipos de Niveles.

- De Tubo Abierto.- Es un instrumento que esta constituido básicamente por una manguera transparente la cual ha sido parcialmente llenada con agua, cuidando de que no se forme burbujas de aire. El principio de este instrumento es el de los vasos comunicantes lo que origina que los dos niveles extremos o meniscos de agua se encuentren en la misma altura, pudiéndose determinar un plano horizontal imaginario a partir del cual se podrá determinar la diferencia de niveles entre dos o más puntos.

Ah = hA-h B

De Tubo Cerrado.- Son los denominados esféricos o tubulares, estos niveles están constituidos por una burbuja un tubo de vidrio el cual ha sido parcialmente lleno de alcohol, en la parte superior del tubo se encuentra una burbuja de aire, la que será el indicativo de la nivelación. Estos niveles son la base de el nivel de mano o de carpintero, eclímetro o clisímetro, nivel de ingeniero o equialtímetro.El nivel de carpintero.- se lo utiliza para determinar la horizontalidad de algún instrumento de medición, como reglas o cordeles.

- B.M. = 2570 msnm.

El eclímetro o clisímetro.- Sirve para realizar nivelaciones directas o indirectas ya que se medir ángulos y pendientes en grados sexagesimales ( ° ) o en porcentaje ( % ).También se utiliza en reconocimientos y trazos preliminares de carreteras, para realizar las secciones transversales.

El nivel de ingeniero o equialtímetro.- Es un instrumento que sirve para realizar las nivelaciones en la mayoría de los trabajos de ingeniería civil (Puntos de control de control, trazo de pendientes, medición de pendientes, etc.).

ECLÍMETRO. Es un aparato que consta de un anteojo el cual tiene un eje montado, un semicírculo graduado provisto de un índice o vernier y un nivel de aire cuya burbuja puede verse reflejada en el campo del anteojo por medio de espejo reflector convenientemente dispuesto.

El semicírculo tiene un limbo graduado de 0° a 90° en ambos sentidos y otra graduación interior que indica la pendiente en tanto por ciento.

Partes principales :

Utilización :

T = Tubo visor.N = Nivel tubular.O l = Brazo portador del índice de lectura.A B = Eje visual del tubo.

E = Espejo en 45° para ver la burbuja.C - Sei.iicírculo graduado.A = Oc.-lar.ü = Objetivo.

Lectura de la pendiente ascendente o descendente, en grados sexagesimales o en porcentaje.

NIVEL DE INGENIERO O EQUIALTIMETRO

Es un instrumento compuesto por un anteojo el que lleva un nivel circular y un nivel tubular, por medio del cual (anteojo) se puede visar cualquier objeto y si el instrumento esta nivelado todos los objetos que se visen, estarán al mismo nivel. Este anteojo gira alrededor de un eje vertical, llamado eje de rotación del instrumento y que va montado sobre un trípode.

Campo visual del anteojo

Ejemplo de Lectura de mira : 1.585 m.Nivel de infleniero Wild NK1

1 Placa base2 Tamil LO nivélente3 Lupa oe lecturp para el circulo horizontal

Ocular del anteojo

8 Bolón de enfoque del anteólo9 Nivel esférico

10 Tornillo del movimiento fino h orí iont a I sin fin

5 Ocular de observación para el nivel tubular 11 Circulo hor izo me 16 Visor abierto con rnueica de céntrale 12 Tornillo de bescuiamiento7 Obi et iv o ael anteoio

Condiciones que debe reunir los ejes.

- El eje de rotación debe ser vertical- El eje visual (anteojo) debe ser perpendicular al eje de rotación.- El eje del nivel tubular debe ser paralelo al eje visual y perpendicular al eje de rotación.

Clases de Niveles:

Nivel Basculante. La característica principal es que una vez nivelado aproximadamente mediante el nivel esférico, se apunta el anteojo en la dirección deseada y se hace bascular ligeramente en el plano vertical por medio del tomillo micrométrico hasta que quede centrada la burbuja del nivel del anteojo de este modo la línea de mira queda horizontal, (figura anterior).

Nivel Automático. Son aquellos que mantienen horizontal su línea de mira por medio de una especie de péndulo y de un sistema de prismas y espejos. No llevan dispositivos de basculamiento ni nivel tubular. En cada estación se nivela aproximadamente con un nivel esférico y el péndulo mantiene horizontal la línea de mira.

Nivel láser. El rayo láser se utiliza con efectividad en varias operaciones topográficas. Se aplica generalmente para generar una elevación de referencia conocida o punto a partir del cual se toman mediciones de construcción.

El láser que se emplea para la construcción y la topografía se clasifican en la categoría de: láser de un solo rayo que proyecta una sola línea que puede verse en el objeto visado y puede proyectarse

en dirección vertical, horizontal o inclinada; y el láser de rayo rotatorio, que proporciona un plano de referencia en áreas abiertas, puede girar rápida o lentamente.El rayo láser es de gran utilidad en el trazo de tuberías y estacionamientos, para fijar estacas de control de rellenos y excavaciones, en levantamientos topográficos, etc.

Teodolitos empleados como niveles.- Aunque su propósito principal es la medición de ángulos, los teodolitos se pueden emplear también en la nivelación. Los resultados que se obtienen son

bastantes precisos, pero no tanto como los que se obtienen con niveles de ingeniero.

-7-

Estaciones totales utilizadas como niveles.- Como pane del levantamiento topográfico, se puede obtener las elevaciones de los puntos, lo cual se hace fácilmente con la estación total. Las elevaciones que se determinan de esta manera, son precisas pero no como aquellas que se obtienen mediante el proceso de nivelación realizado con ei nivel de ingeniero.

Gps utilizados como nivelesero.

eni

,

- Se utiliza en el traslado de niveles fijos o B.M. a otros puntos o lugares de los que se deseeconocer su altura o cota.

- Levantamientos de perfiles longitudinales y secciones transversales como calles, carreteras,canales y líneas férreas.

- Nivelación de superficies para el cálculo de movimientos de tierras en cualquier tipo deconstrucción civil.

Puesta en Estación del Nivel

1. Se colocará el trípode en un lugar seguro y fijo y a una altura aproximada igual a la altura delpecho del operador, debe colocarse de modo que quede lo más, nivelado posible.

2. Se coloca el instrumento sobre el trípode, luego se sostiene con una mano fijamente hastaterminar de ajustar con el tomillo de sujeción.

3. Con la ayuda de los tomillos nivelantes se nivela el nivel circular de la siguiente manera :

Se coloca el nivel circular entre 2 tomillos cualesquiera, luego se hacen girar estos tornillos simultáneamente hacia dentro o hacia afuera, hasta que la burbuja de aire, el centro del nivel circular y el tercer tomillo se encuentren en línea recta. Una vez que esto suceda se tomará el tercer tornillo el que se lo hará girar tratando de colocar a la burbuja de aire en el centro del nivel circular. Si esto no sucediera se repetirá el procedimiento anterior cuantas veces sea necesario.

4. Se visa con el ocular del anteojo el lugar donde se encuentra ubicada la mira y luego se mueve elocular para aclarar los hilos del retículo, la imagen con el tornillo de enfoque.

5. Usando el tornillo de basculamiento de la parábola se coloca a esta paralela de tal manera que sela vea completa. Esta operación se realizara cada vez que tenga que visar para realizar unalectura en una mira sobre cualquier punto topográfico.

Sentido de rotación del tomillo de basculamiento fino pata IB puesta en coinci-dencia de \a burbuja

COMPROBACIÓN DE UN NIVEL DE INGENIERO

1. Se instala el instrumento a una distancia de 25 mts. aproximadamente de una pared.

2. Una vez nivelado el nivel circular como la parábola, se lo hará girar 180° observando que laburbuja del nivel no sufra ningún desplazamiento.

3. Sobre esta pared se marca un punto dado por la intersección de los hilos del retículo. Este puntodebe estar en uno de los extremos del hilo horizontal.

4. Seguidamente con el tornillo horizontal de movimiento lento se hace girar el anteojo: si el punto se mantiene en coincidencia con el hilo horizontal hasta el otro extremo está correcto. Si se aleja del hilo horizontal habrá que calibrarlo.

\ HILO DIAMETRAL HORIZONTAL

NIVELACIÓN TOPOGRÁFICA

La nivelación consiste en medir la diferencia de alturas o cotas entre dos o varios puntos del terreno. Para determinar las diferencias de nivel con precisión y a grandes distancias, es necesario definir la línea de puntería por medio de un dispositivo más preciso y exento de paralaje y que agrande las divisiones y las cifras de la mira. Estos resultados se consiguen mediante un anteojo; sobre estas dos condiciones se basa la concepción de todos los aparatos modernos llamados niveles.

clases de nivelación :

1. Nivelación Geométrica o diferencial. Es cuando .a diferencia de altura o cotas de los puntos delterreno se calculan por medio de niveles (convencionales o automáticos). Nivelaciónpropiamente dicha, es la determinación del desnivel entre dos puntos próximos mediantevisuales horizontales hacia miras verticales.

2. Nivelación Trigonométrica o Taquimétrica. Es la determinación de desniveles mediantefórmulas trigonométricas, aplicadas para resolver el triángulo rectángulo cuya incógnita es elcateto que representa la diferencia de altura, y con los datos, ángulo vertical opuesto, catetoadyacente o hipotenusa, son medidos directamente en el campo, usando el teodolito mecánico,electrónico o la estación total.

Mira

3. Nivelación Barométrica. Consiste en hallar la diferencia de nivel que hay entre dos puntos enfunción de la presión atmosférica de dichos puntos. Para obtener el valor de las presionesempleamos el barómetro de mercurio, el barómetro metálico, o el instrumento llamadoaltímetro.

4. Nivelación satelital. Es la determinación de cotas o alturas de uno o más puntos mediante el usodel sistema GPS ( Sistema de Posicíonamiento Global)

MÉTODOS DE NIVELACIÓN GEOMÉTRICA

a. Nivelación Simple o Diferencial. Es el proceso de determinar la diferencia de elevación de dos puntos. A esta nivelación directa o nivelación simple consiste en ubicar el instrumento entre los dos puntos que se desea nivelar tratando en lo posible que la ubicación sea equidistante a estos puntos a fin de lograr la anulación en lo posible de errores de calibramiento del instrumento y de aproximación del operador, se hace notar que la ubicación del instrumento no necesariamente deberá encontrarse dentro del alineamiento de estos dos puntos, las visuales que se toman se las denomina vista atrás o vista adelante.

, 4 - *i<if5 .' COTA : 2000 msrvn. COTAB 1 (vV^-V,.,

NIVEL DE REFERENCIA

d(.l rnO f I

(Planta)A-0-

Vista Atrás. Se llama así a la visual que se efectúa a la mira cuando esta se encuentra en un punto cuya cota es conocida.

Vista Adelante. Es la visual que se efectúa a la mira cuando esta se encuentra en un punto cuya cota se desea conocer.

Altura de Instrumento. Viene a ser igual a la suma de la cota del punto cuya es conocida, más la vista atrás del mismo punto.

7J\" = Cota A + (vista atrás)

CotaB = lf\ - (vista adelante)

ALTURA OEINSTRUMENTO(2001.275)

Punto de Cambio. Es un punto transitorio que sirve para seguir efectuando la nivelación, también se conoce como un B.M. transitorio.

Ejemplos.

1. De una nivelación simple o diferencial se tiene la siguiente libreta de campo. Calcular las cotas de los demás puntos.

Punto Distancia Vista atrás Altura instru, Vista adelante Cota Obs.A 1.235 1975.201 B.M.1 20.00 0.325 1.317 PCI2 20.00 2.470 1.050 PC23 20.00 2.050 1.985 'i PC3B 20.00 2.152

1.235

(istovacl6n)

-------- ^£3- — --- -/¡\ 0. 325" 1 \

1.317 2

7Rfffftft

COIA ft

i<n A '(planta)

-^^•--^-^, ,- -•-• '

5 aol PCI^̂ S. . ̂ 1 -̂ / ̂

^^ 4Í^«* /,.^<J\ \k-A.-i ^ ^ « ^ » ' ^ ^ ^ " ^

2. De una nivelación se tiene la siguiente libreta de campo. Determinar las cotas de otros puntos

Punto Vista atrás Altura instru. Vista adelante Cota Obs.A 3.8 100.00 B.M.1 0.502 2.5 0.20 PCI3 2.0 0.80 PC2B 1.50

2 y

A'(B.M.)

COTA : lOOmsnm.

^

b. Nivelación Geométrica Múltiple. Se flama así porque se determina las cotas de varios puntos conociendo la cota de un punto y se visa de una sola estación.

Ejemplo, se tiene la siguiente libreta de campo se pide determinar las cotas de los puntos A. B. C, C,D. E,FyG.

Punto Vista atrás Altura de instru. Vista adelantó Cota Ob's.H 2.15 2000.00 BMA 1.65B 1.75C 1.60D -2-OC "2 , AS 2.10 2.<OOo • 0-S

E 1.95F 0.45G 0.20

COTA: 2000 rosnm.

c. Nivelación Geométrica Compuesta. Es un sistema de nivelación empleado cuando el terreno es bastante

accidentado y no permite visualizar todos los puntos de una misma estación o también cuando las visuales resultan demasiadas largas (mayores de 300 mts.). El nivel no permanece en un solo sitio, sino que va trasladándose a diversos puntos o estaciones desde cada una de las cuales se realiza una nivelación geométrica múltiple que va ligándose por medio de los llamados puntos de cambio. El punto de cambio se lo debe escoger de modo que sea estable y de fácil identificación.

Ejemplo. Se tiene la siguiente libreta de campo de una nivelación, se pide calcular las cotas de los demás puntos.

- 0.20

Punto Vista atrás Altura de ins. Vista adelante Cota Obs.El 2 0.60 1000.00 B.M.

1 1.70E2 3 1.90 0.70 PCIE3 4 0.80 0.10 PC2

5 0.156 1.90

d. Nivelación Geométrica Recíproca.Se utiliza para realizar chequeos o comprobaciones de cotas

ElPunto Vista atrás Altura Ins. Vista adelante Cota Obs.

A B

1.00 3.80 500.00 BM

E2Punto Vista atrás Altura ins. Vista adelante Cota Obs.

A B

0.20 3.00 500.00 BM

- - 1.50

d = 1 ó 2 pasos

e. Nivelación Geométrica Mixta. Es el tipo de nivelación en la cual se combina la Nivelación geométrica compuesta con los otros tipos de nivelación.