UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREALTOPOGRAFIA 2015

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INTRODUCCION

La nivelacin geomtrica es el procedimiento topogrfico que nos permite determinar el desnivel entre dos puntos mediante el uso del nivel y la mira vertical. La nivelacin geomtrica mide la diferencia de nivel entre dos puntos a partir de la visual horizontal lanzada desde el nivel hacia las miras colocadas en dichos puntos.

El presente informe tiene como propsito poner en prctica los conocimientos adquiridos en clase, el manejo del nivel, adems de efectuar la nivelacin compuesta.

La nivelacin es una operacin fundamental para poder realizar todo tipo de proyecto y la aplicamos en construccin de carreteras y edificios, canales con variabilidad de pendientes, etc.

OBJETIVOS

Esta prctica de campo tiene como objetivo el reconocimiento de la nivelacin compuesta.

Instruirnos en el correcto manejo, operacin y lecturas del nivel de ingeniero o equialtimetro.

MARCO TEORICO

NIVELACINLa nivelacin es el proceso de medicin de elevaciones o altitudes de puntos sobre la superficie de la tierra. La elevacin o altitud es la distancia vertical medida desde la superficie de referencia hasta el punto considerado. La distancia vertical debe ser medida a lo largo de una lnea vertical definida como la lnea que sigue la direccin de la gravedad o direccin de la plomada. (Figura 1)

Figura 1 Elevacin o altitud de un punto

TIPOS DE NIVELACION1. NIVELACION DIRECTA O GEOMETRICAEste mtodo determina directamente el desnivel entre dos puntos con la obtencin de un plano horizontal; es el ms preciso y el ms usado. Se efecta utilizando el instrumento llamado nivel de ingeniero que da visuales totalmente horizontales.2. NIVELACION INDIRECTA Nivelacin trigonomtricaLa trigonometra es el principio fundamental en este tipo de nivelacin; en este mtodo es preciso contar con datos: el ngulo vertical y la distancia inclinada entre A y B o la correspondiente proyectada al horizonte, el objetivo es calcular el desnivel h entre dos puntos.

Nivelacin baromtricaEs la efectuada indirectamente basada en las variaciones de la presin atmosfrica a diferentes altitudes. Barmetros de cubeta Barmetros de sifn Barmetros metlicos pticos y mecnicos

METODOS DE NIVELACION:

1. NIVELACION SIMPLEEs aquella que se efecta con una sola estacin del instrumento.

2. NIVELACION COMPUESTA Es la nivelacin efectuada a travs de un recorrido o tramo, es decir hay cambios en la posicin del instrumento. (Ms de una estacin).

2.1. NIVELACION ABIERTAEs aquella que siendo una compuesta, se parte desde un punto determinado cuya cota puede ser conocida o desconocida y se arriba a otro punto cuya cota se desconoce.

2.2. NIVELACION CERRADAEs aquella que parte desde un punto de cota conocida y se arriba a otro punto cota es conocida con antelacin, se suele aplicarse el termino de nivelacin cerrada como aquella nivelacin que partiendo desde el punto determinado se retorna al mismo punto de partida efectundose un polgono cerrado, pero este criterio no es siempre aplicable.

2.2.1. NIVELACION POR DOBLE VISADO Esta nivelacin solamente se puede efectuar cuando permite el instrumento girar el anteojo sobre su eje ptico o eje de colimacin, con los instrumentos actuales generalmente no es posible este mtodo de nivelacin. Se lleva una libreta de nivelacin con doble lectura.

2.2.2. NIVELACION CON MIRAS DOBLESTal como su nombre lo indica se efecta con dos miras cuyas graduaciones son inversas, es decir, en una los valores van incrementndose hacia arriba, y la otra es a la inversa. Para efectuar una nivelacin con esta metodologa hay que llevar doble registro en la libreta.

2.2.3. NIVELACION PARALELA O CON DOS SERIES DE PUNTOEste mtodo de nivelacin es utilizada preferentemente para la construccin de vas de comunicacin (carreteras, ferrocarriles, etc.)

2.2.4. NIVELACION POR DOBLE POSICION INSTRUMENTALConsiste en hacer dos registros por diferencia, ya que para una serie de puntos, se llevarn dos series de posiciones instrumentales, una por la derecha como otra por la izquierda, segn el sentido de avance. Todo ello de modo que cuando ambos desniveles estn situados dentro de los rangos de tolerancia, se tomar el promedio aritmtico de ellos como desnivel; de lo contrario, habr que realizar nuevamente las tomas de las cotas.

2.2.5. NIVELACION RECIPROCA O ESTACIONES CONJUGADAS Esta nivelacin se utiliza cuando se estn tomando lecturas de lugares inaccesibles, debiendo extremar la posicin del nivel con respecto a las miras ya que se est situado muy lejos de una y muy cerca de la otra. Estas lecturas extremas pueden ser interiormente a las miras o exteriormente a stas, pero siempre conservando una lnea recta.

COMPROBACION DE LAS LECTURAS EN LAS MIRASSi se desea tener una comprobacin de las lecturas efectuadas en la mira es la correcta, es efectuar dos lecturas en la misma mira por cada punto observado colocando la mira en posicin normal, es decir, con el valor cero metros en la parte inferior, (piso), luego se invierte la mira y se ubica el mismo punto y se efecta una segunda lectura, teniendo el cuidado que al estar invertido la mira tener cuidado en el momento de efectuar la lectura cuyos valores se irn incrementando hacia abajo. La comprobacin se efecta al sumar ambas lecturas, (con la mira en las dos posiciones)y dicha sumatoria se debe dar igual a la longitud de la mira.

PRECISION DE LA NIVELACION GEOMETRICADepende tal vez de mayor nmero de factores que cualquier otra operacin de levantamientos. Depende, entre otras cosas, del instrumento empleado, del cuidado del operador y del grado de refinamiento con que se ejecute el trabajo. Para una longitud determinada de nivelacin, el error resultante depende del nmero de instalaciones, luego, debe esperarse un mayor error en una nivelacin en terreno quebrado, en que las visuales son cortas, que en terreno plano, donde el nmero de instalaciones ser menor Y podr balancearse las distancias de atrs y adelante, mantenindola siempre dentro de ciertos lmites.

Sin embargo, el error de lectura en la mira crece rpidamente con las distancias, de manera que para visuales demasiado largas, la precisin ser menor que para visuales normales.Por otro lado, debido a los errores en la longitud de la mira, desigual refraccin y otras causas, la precisin de nivelacin entre puntos de gran diferencia de nivel, es menor que la precisin entre dos puntos a igual distancia que las anteriores; pero ms o menos a la misma cota.

Como las condiciones son tan variables, no es posible dar reglas tendientes a obtener una determinada precisin. Sin embargo, la prctica indica que bajo condiciones medias, Como un nivel corregido, los errores mximos pueden mantenerse dentro de lmites indicados a continuacin:

1. NIVELACION GROSERASe emplean reconocimientos rpidos o levantamientos preliminares, visuales hasta de 300 metros de longitud. Lecturas en la mira aproximadas al medio decmetro. No se toma precauciones para igualar las distancias. Error mximo por kilmetros en metros:Error mximo = 0.1 metros.

2. NIVELACIN CORRIENTEEmpleada en conexin con la construccin de obras de ingeniera. Visuales hasta de 150 m, Lecturas en la mira estimado fracciones de centmetros. Distancias atrs y adelante balanceadas groseramente. Puntos de apoyo en objetos slidos.Error mximo = 0.02 metros

3. NIVELACIN PRECISAPara puntos de referencia principales de un levantamiento extenso o para ligar en cotas las bocas de un tnel en construccin. Visuales hasta 100 m lecturas al milmetro. Distancia atrs y adelante medidos a pasos Y balanceadas aproximadamente entre puntos de referencia. Se bascula la mira (bombeo), para las lecturas. Se centra cuidadosamente la burbuja para cada visual. Puntos de apoyo metlicos o puntos bien definidos en objetos slidos. Trpode instalado en suelo firme.Error mximo = 0.01 metros

4. NIVELACIN DE GRAN PRECISINPara puntos de referencia principales con gran exactitud en puntos apartados Y distribuidos. Nivel de precisin, equipado con estada y ampolleta muy sensible. Correcciones verificadas diariamente. Visuales hasta 70 m. Mira aplomada con nivel esfrico Y con soportes metlicos. Lecturas en los tres hilos horizontales al milmetro o menos. Puntos de apoyo metlicos. Visuales atrs y adelante tomadas en rpida sucesin. El nivel protegido del sol. Burbuja centrada cuidadosamente y bajo observaciones en el momento de hacer la lectura. Distancia atrs y adelante, balanceadas entre puntos de referencia, por medio de la estada o wincha, el nivel enterrado en terreno firme, se evita operar con viento.Error mximo = 0.005 metrosDebe tenerse presente que, los errores lmites dados ms arriba, representan los errores mximos para condiciones medias. Los errores probables sern usualmente menores.

ERRORES DE LA NIVELACIN

En beneficio de la calidad y exactitud del trabajo es conveniente tener presente los errores que se producen en una nivelacin, para evitarlos o disminuir su importancia.

ERRORES SISTEMTICOSSon los resultantes de una causa permanente conocida o desconocida y que se reproduce siempre de la misma manera segn una ley determinada. Se destacan los siguientes:

1. ERROR POR CORRECCIN INSTRUMENTAL DEFICIENTESe produce cuando el instrumento no est bien corregido y por lo tanto la nivelacin se realiza con visuales que no son realmente horizontales. Este error es proporcional a la distancia. Para evitarlo se debe tener en cuenta que: las visuales largas son peligrosas, el instrumento debe ser ubicado a igual distancia de las miras y para nivelar con seguridad se deben verificar las correcciones del instrumento.

2. ERROR POR CURVATURA TERRESTRESe refiere a la discrepancia que hay entre la relacin de las alturas de puntos a travs de planos o rectas y superficies de nivel que son crculos (considerando la tierra como esfera). Este error es proporcional al cuadrado de la distancia entre el instrumento y el punto. Para evitarlo se debe tener en cuenta que: no es conveniente dirigir visuales de longitudes mayores que 100 mts. Y cuando esta distancia obligadamente debe ser mayor que 100 mts. Se debe equiparar entre dos puntos las distancias instrumento - mira, para anularlo en las diferencias de lecturas.

3. ERROR POR REFRACCIN ATMOSFRICASe refiere a la desviacin de la visual de su trayectoria recta transformndola en curva desviada hacia abajo y a la inestabilidad de la lectura sobre la mira ya que el retculo corta la graduacin en diferentes puntos a cada instante con variaciones hasta de varios centmetros. Para evitarlo se debe tener en cuenta: evitar visuales muy cerca del suelo (distancia mnima 0.5 a 0.8 mts.), no hacer visuales largas y en caso de trabajos precisos suspender las actividades en horas de gran calor.

4. ERROR POR GRADUACIN DEFECTUOSA DE LA MIRASe produce cuando las miras tienen su graduacin defectuosa o cuando hay discrepancia en la graduacin si se trabaja con varias. Para evitarlo se debe tener en cuenta: la correcta graduacin en toda su extensin de las miras antes de iniciar la nivelacin.

ERRORES ACCIDENTALESSon las pequeas inexactitudes fortuitas, debidas a causas no permanentes y que obran en forma irregular, se producen tanto en un sentido como en otro y pasando por valores que se suceden en un orden cualquiera. Se destacan los siguientes

1. ERROR DEBIDO A LAS VARIACIONES DE TEMPERATURASe debe a que el instrumento no se calienta o enfra uniformemente en todos sus elementos materiales y adems, los materiales de que estn hechos no tienen los mismos coeficientes de dilatacin. Lo anterior produce desajuste en la lnea de fe, eje ptico, etc. para evitarlo se debe tener en cuenta: colocar en lo posible el instrumento a la sombra, en su defecto esperar un tiempo prudente para que el instrumento adquiera una temperatura uniforme y revisar todas las correcciones del instrumento.

2. ERROR POR MAL ENFOCAMIENTO DEL RETCULOTambin se le llama error de paralaje. Se produce cuando no se ha enfocado la mira debido a lo cual la imagen de ella no se produce exactamente en el plano del retculo, lo que produce una indeterminacin en la lectura. Para evitarlo se debe tener en cuenta: verificar que el retculo est bien enfocado para ver claramente los hilos y enfocar cuidadosamente la mira antes de leer.

3. ERROR POR FALTA DE VERTICALIDAD DE LA MIRASe refiere a una inclinacin cualquiera en la verticalidad de la mira. Para evitarlo se debe tener en cuenta: se debe bascular la mira en cada lectura, anotando la menor de todas las ledas dentro del proceso de basculacin.

4. ERROR POR HUNDIMIENTO O LEVANTAMIENTO DEL TRPODE DE LOS PUNTOSEl error por hundimiento se presenta cuando el terreno es blando, por lo cual vara la cota instrumental para el instrumento y para las miras vara la lectura de adelante respecto de la de atrs, o viceversa. Para evitarlo se debe tener en cuenta: en terrenos blandos se deben colocar estacas firmemente inmviles en los puntos que se vaya a nivelar y el terreno en que se instala el instrumento debe ser elegido en forma de asegurar su estabilidad e inmovilidad.

5. ERROR POR MOVIMIENTO DE LOS PUNTOS DE CAMBIOSe produce cuando se cambia el instrumento a una nueva posicin y la mira debe ser girada en torno al punto en que se encontraba, pero este giro a veces produce un hundimiento del punto de apoyo, o se desliza hacia arriba o abajo. Otras veces mientras se cambia el instrumento se saca la mira de su punto para colocarse despus de un rato, y al volver a colocarla se ubica en un punto diferente. Para evitarlo se debe cuidar por todos los medios que los puntos de cambio sean firmes y siempre los mismos.

6. ERROR POR CENTRACIN DEFECTUOSA BURBUJAEs importante que la burbuja este centrada para la precisin de la nivelacin, por lo cual es fundamental observar la burbuja antes de leer en la mira y proceder por norma a centrarla previamente.

7. ERROR POR MALA APRECIACIN O APROXIMACIN EN LAS LECTURAS DE LA MIRASe comete cuando el anteojo es de calidad deficiente, cuando la visibilidad es deficiente por neblina o luminosidad escasa y cuando la mira est distante, en sombra o con obstculos intermedios. Para evitarlo se debe tener en cuenta: que la distancia - mira no debe ser mayor a 30 mts. Y en caso de mucha neblina sencillamente suspender el trabajo.

8. ERROR POR MALA ANOTACIN EN EL REGISTROEsto se produce por escritura difusa o cuando existe aparte del anotador un observador que incurre en pequeas inexactitudes por ruido, distancia, etc... Es recomendable anotar las cifras en forma ntida y cuando se dicten lecturas ambas personas deben estar cerca entre s.Vale decir, que la diferencia entre los errores sistemticos y accidentales es ms relativa que absoluta, dependiendo a veces de las condiciones en que se hagan las observaciones.

FALTAS EN LA NIVELACINSon aquellas inexactitudes que por su magnitud hacen inaceptable una medicin y que como consecuencia obligan al rechazo y a su repeticin total. La falta es un error grosero que falsifica la medicin en un trabajo respecto a la realidad.

1. FALTAS POR ANOTACIONES EN EL REGISTROSe produce cuando el que anota confunde al ubicar la columna que corresponde y anota una lectura de atrs en las de adelante por ejemplo.

2. FALTAS POR CONFUSIN DE LECTURASSe produce cuando trabajan dos personas en el instrumento, son comunes la falta del metro o la falta del decmetro y otras cifras fonticamente semejante.

3. FALTA POR CONFUSIN DE PUNTOS DE CAMBIO:Se producen por apoyar la mira en puntos diferentes entre una lectura de adelante y la de atrs siguiente.

4. FALTA POR DESPLAZAMIENTO DEL INSTRUMENT0Se refieren cuando algunas personas le pegan al instrumento al pasar a una pata del trpode y le varan la cota instrumental en forma apreciable.

5. FALTA POR CLCULO: Estas son faltas graves e inaceptables, sin embargo no obliga a repetir la nivelacin sino que simplemente el clculo mismo.

UBICACIN DE LA PRACTICA

1. Ubicacin

El AAHH Manchay es parte del Distrito de Pachacamac, Provincia de Lima y est ubicado en el lmite entre los distritos de Cieneguilla y La Molina, a 17.28 Km. del Ocano Pacifico y 18.43 Km. al Este de la ciudad de Lima, entre las coordenadas longitud oeste 765333.1 W 765122.7 W y latitud sur 12411.8 S 12833 S; y a una altitud promedio de 383 m.s.n.m.

Sector: AAHH ManchayDistrito: PachacamacProvincia: Lima metropolitanaDepartamento: Lima

2. Descripcin del terreno

En la Quebrada de Manchay la mayora de las habilitaciones corresponde a terrenos accidentados que en algunos casos son con pendientes pronunciadas, para el caso de las habilitaciones aledaas a la Av. Vctor Malasquez estas cuentan con pendientes moderadas a pendientes pronunciadas.

El acceso por va terrestre desde la ciudad de Lima, es mediante la carretera La Molina Cieneguilla, a la altura del poblado Musa se asciende hacia la Av. Victor Malasquez, el viaje dura aproximadamente media hora desde la av. La Molina.

EQUIPOS Y MATERIALES USADOS

1. Nivel de ingeniero:Instrumento que tiene como finalidad la medicin dedesnivelesentre puntos que se hallan a distintas alturas

2. Trpode: Permite estabilizar un objeto y evitar el movimiento propio de este.

3. Mira: Permite mediante unnivel topogrfico, medir desniveles.

4. Cinta mtrica de nylon: Se utiliza para realizar las respectivas mediciones.

5. Libreta topogrfica: Aqu se recopilan todos los datos que se hacen en el campo

6. Nivel esfrico de mano:

7. Spray

METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTO

ETAPA DE CAMPO

Procedimos a reconocer el terreno donde se llevara a cabo la nivelacin, para un mejor desenvolvimiento del trabajo, ya que al reconocer el terreno nos dar ventaja para realizar la nivelacin en un menor tiempo.

Hecho el reconocimiento se realizo un croquis del terreno, a fin de ubicar estratgicamente los puntos donde se estacionara el nivel, tomando en cuenta que la cantidad de estaciones de ida y vuelta ser de 7 estaciones.

Seguidamente procedimos a estacionar el nivel:

1. Se sueltan los tornillos de las patas del trpode; se colocan las patas juntas tal como se muestra hasta que el nivel de la plataforma coincida aproximadamente con el de la quijada del operador. En esa posicin se ajustan los tornillos ya mencionados.

2. Se instala el equipo en la plataforma del trpode con ayuda del tornillo de sujecin; este proceso debe realizarse con mucho cuidado para evitar que el equialtimetro caiga al suelo.Se extiende las patas del trpode, teniendo en cuenta las siguientes condiciones:

La base de las patas del trpode deben formar aproximadamente un triangulo equiltero. La plataforma del trpode debe estar a la vista del operador en posicin horizontal.

3. Se realiza el calado del nivel esfrico. Para este proceso existen dos posibilidades. Cuando el equialtimetro est provisto de tornillos nivelantes.

Cuando el equialtimetro no tiene tornillos nivelante:Se afloja el tornillo de sujecin del instrumento y moviendo este coordinadamente con el equipo, se realiza el calado del nivel esfrico (ojo de pollo).

4. Se dirige la visual hacia el alineamiento elegido.

5. Se realiza el centrado definitivo, para lo cual se presentan dos posibilidades:

Cuando el equipo tiene un nivel tubular:Para calar la burbuja, se hace uso del tornillo nivelante que ms se acerca al eje directriz del nivel tubular.

Cuando el equipo tiene un nivel de burbuja partida (parbola):En este caso se realiza el centrado de la burbuja con ayuda del tornillo basculante.

Una vez estacionado el nivel se procedi a realizar las lecturas vista atrs y vista adelante de los hilos, superior medio e inferior. De cada estacin, en total se realizaron 14 estaciones. Tambin se midieron las distancias entre cada punto donde se coloco la mira.

Una vez terminado la nivelacin compuesta se proceder a realizar la etapa de gabinete.ESTACION DISTANCIALECTURASCOTAS

PARCIALACUMULADAATRSINTERMEDIAADELANTEINSTRUMENTAL TERRENO

10.000.002.556202.556200.000

249.349.031.1330.331203.358202. 225

333.983.21. 0441.641202.761201.717

438.1121.30.9231.718201.966201.043

542.3163.60.3822.008200.340199.958

630.9194.50.1232.636197.827197.704

743.00237.51.4602.250197.037195.577

822.94260.441.4321.464197.005195.573

926.03286.471.9191.399197.525195.606

1025.30311.771.3631.394197.494196.131

1114.00325.771.3501.368197.476196.126

1220.00345.772.1370.632198.981196.844

1315.60361.372.5170.862200.636198.119

115.13376.500634200.002

ETAPA DE GABINETE

1. Calculo del error:

Donde:

: vista atras: vista adelanteE: error

2. Procedemos ha hallar el error:

= 18.339 = 18.337

E = 18.339 18.337 = 0.002

3. Calculo de la tolerancia

Donde:

: Error maximo tolerable en mL: distancia total del recorrido en km.

4. Calculo de la constante

376.50 0.00249.03

Ahora tomamos como constante

Estas son las correcciones que tenemos que sumar a cada cota de terreno.

OBSERVACIONES

El error de cierre de una nivelacin depende de la precisin de los instrumentos utilizados, del nmero de estaciones y de puntos de cambio y del cuidado de puesto en las lecturas y colocacin de la mira.

Al momento de sujetar el nivel, este deber estar en coordinacin con la base metlica del trpode.

La tolerancia del error de cierre depende de la importancia del trabajo, de la precisin de los instrumentos a utilizar y de las normas existentes

CONCLUSIONES

Gracias al nivel topogrfico, es posible determinar la diferencia de alturas de diferentes puntos. La mira debe estar vertical para evitar errores por la inclinacin de esta. Es muy importante el manejo y utilizacin del nivel topogrfico como el de la libreta topogrfica, puesto que nuestra vida laboral como ingeniero est ligada a la topografa.

BIBLIOGRAFIA

Ziga, W. (2011) Topografa y sus aplicaciones. Lima. Ziga, W. (1999) Manual de topografa. Lima. Mendoza, J. (2012) Topografa: tcnicas modernas. Lima http://www.eumed.net/libros-gratis/2011b/967/tipos%20y%20metodos%20de%20nivelacion.html http://www.sedapal.com.pe/Contenido/licitaciones/expediente7/disco1/1.-Memoria%20Descriptiva/1.-%20Memoria%20Descriptiva/Memoria%20Descriptiva_Manchay.pdf separatas del Prof. Oscar Sakay Honma.

ANEXO

En las fotos de arriba, se aprecia el nivel topogrfico usado, de la marca TOPCON modelo AT-G6.

En las fotos de arriba se aprecian el punto de inicio (de la izquierda) y el punto de cambio (de la derecha) tomados en la nivelacin compuesta.

Vista panormica del rea de trabajo. Plaza de Armas de Manchay

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