topografia uni cap 3.pdf

Equipos Básicos de AltimetríaEquipos Básicos de AltimetríaEquipos Básicos de AltimetríaEquipos Básicos de AltimetríaEquipos Básicos de Altimetría 3737373737

Vertical

RR

R

A continuación se describen los instrumentos más usados en altimetría; no obstante, ello no significa quedichos equipos se usen exclusivamente en altimetría; es más, existen equipos como el teodolito y la esta-ción total que se utilizan en la nivelación trigonométrica, sin embargo su presentación se realizará en elcapítulo de planimetría.

Instrumentos básicos de altimetría

� El nivel tubular � La mira� El nivel de burbuja partida � El nivel de ingeniero� El nivel esférico � El eclímetro.� El telescopio

EL NIVEL TUBULAR (nivel tórico)

Consiste en un tubo cilíndrico hueco de vidrio ce-rrado en ambos extremos, en cuyo interior contie-ne en casi su totalidad de volumen un líquido debaja viscosidad como bencina, éter, alcohol; comoquiera que el fluido no llena el 100% del volumeninterno, se forma una burbuja de aire.La distancia entre divisiones es por convención 2 mm.

Este aparato tiene la propiedad generar un eje o di-rectriz horizontal (tangente al arco externo) cuandola burbuja se encuentra centrada.

En topografía se utiliza este dispositivo para colo-car en un plano horizontal, ya sea un plato, un lim-bo o un anteojo; para dicho efecto existen ciertasmetodologías.

EQUIPOSBÁSICOS

DE ALTIMETRÍACapítulo 3

JorJorJorJorJorge Mendoza Dueñas / Samuel Mora Quiñonesge Mendoza Dueñas / Samuel Mora Quiñonesge Mendoza Dueñas / Samuel Mora Quiñonesge Mendoza Dueñas / Samuel Mora Quiñonesge Mendoza Dueñas / Samuel Mora Quiñones3838383838

En realidad todo nivel tubular viene provisto de una caja metálica, la que a su vez contiene dos tuercas quepermite sujetar el nivel al aparato topográfico.

Precisión del nivel tubular

dS =

R

La precisión de estos aparatos dependen de la sensibilidad del mismo (S); éste a su vez depende delángulo central α que subtiende una de las divisiones (S = α)

Transformando la expresión a segundos.

"

206 265dS =

R

Dado que convencionalmente d = 2 mm; las sensibilidad estará en función del radio de curvatura en mm.

Analizando: R = 82,5 metros ⇒ S = 5"R = 20,6 metros ⇒ S = 20"R = 6,9 metros ⇒ S = 60" = 1'

En realidad los niveles tubulares de sensibilidad 5" o cercanos a él son muy precisos, pero tienen elinconveniente de desnivelarse con la más mínima vibración.Los niveles de sensibilidad 20" o similar son menos precisos, por lo cual es más fácil su nivelación.Los niveles tubulares de sensibilidad al minuto tienen una precisión gruesa, sin embargo ofrecen pocadificultad en su nivelación.

R = radio interno del tuboα

R

d


Burbuja

Como consecuencia óptica de este acoplamiento se apreciarán las mitades extremas de la burbuja enposición invertida.

Analizando� Se demuestra que si la burbuja tiene un desplazamiento �x� en el nivel

tubular, los extremos de cada mitad de burbuja sufrirán un desplazamiento2x.

� En promedio la apreciación óptica mínima de una persona normal es0,2 mm.

� De la premisa anterior se deduce que el error mínimo que podemos come-ter en apreciar la coincidencia de las burbujas invertidas es: 2x = 0,2; Locual significa que el error en el desplazamiento de la burbuja será x = 0,1 mmy no d = 2 mm como habíamos viso en el nivel tubular.

� Esto significa que trabajando con un nivel tubular y apoyándonos en el

presente sistema, podemos obtener una precisión 20 veces mayor =

d 2 mm

x 0,1 mm de lo normal.

Planta Vista Frontal

� Se verifica en el campo que haciendo coincidir los dos extremos de la burbuja se centra ésta másrápidamente que observando su posición sobre las divisiones del tubo.

Ventajas� Con el nivel de burbuja partida es posible usar

niveles tubulares de sensibilidad gruesa y obte-ner gran precisión, dado que con el sistema deburbuja partida multiplica la precisión normalen 20 veces aproximadamente; así por ejemplo.

- Se recomienda realizar una pre-nivelación del aparato que contiene el nivel de burbujapartida, generalmente se usa el nivel esférico para estos casos.

- El movimiento de las dos mitades extremas de la burbuja del nivel tubular se realiza conun tornillo de basculamiento.

Observación

Nivel Tubular Precisión con nivel

de burbuja partida

S = 20" S = 1"S = 40" S = 2"S = 60" S = 3"

NIVEL DE BURBUJA PARTIDA (parábola)

Este tipo de nivel no es más que el mismo nivel tubular estudiado en las paginas anteriores, con la diferen-cia que se le ha acoplado un sistema de prismas, como se muestra.

Burbuja

PrismaPrisma

Burbuja descentrada

Burbuja centrada

2x


B

B

A

A

NIVEL ESFÉRICO

Llamado también ojo de pollo; viene a estar constituido porun casquete de vidrio en cuyo interior contiene generalmen-te alcohol; el conjunto engloba una burbuja de aire la cualpor diferencia de densidades se ubicará siempre en la partesuperior.El nivel esférico se usa generalmente para realizar unapre-nivelación (nivelación aproximada) de algún aparato to-pográfico; por tal motivo su precisión es mucho menor quelos tubulares; su sensibilidad puede variar entre 3' y 6'El cuerpo del nivel esférico está debidamente protegido de las in-fluencias térmicas ya que su caja amortigua eficazmente los efectosde las rápidas variaciones de la intensidad de radiación y tempera-tura del ambiente. De esta forma quedan compensadas amplia-mente las breves variaciones del punto de centrado o calado.La plataforma que contiene al nivel esférico, puede estar con-formado por tres o cuatro tornillos nivelantes, no obstantetambién existen equipos que prescinden de estos tornillos yen su lugar se usa un dispositivo de rótula llamado tornillode sujeción.

EL TELESCOPIO

Está constituído básicamente por una lente convergente, un microscopio y un sistema reticular montadosde forma que sus ejes principales coincidan para generar el eje óptico del instrumento.La finalidad de un telescopio es observar objetos que están alejados respeto al operador.La lente convergente se ubica en el objetivo, la cual puede deslizarse dentro de la armadura cilíndrica; dichalente se desplaza mediante el tornillo de enfoque, gracias a esta lente se obtienen imágenes reales e inver-tidas respecto a los objetos observados.El sistema reticular está compues-to por un disco de vidrio sobre lacual están grabados dos líneas rec-tas muy finas que definen la refe-rencia horizontal y vertical del te-lescopio, dicho disco está ubica-do físicamente en el plano de laimagen A' B'. Así mismo el retí-culo va adosado a un juego de tor-nillos que permite centrar la cruzcon el eje del anteojo.Algunos retículos poseen hilos adi-cionales los cuales sirven para me-dir distancia por el métodoestadimétrico.


El microscopio se ubica en el ocular y está compuesto comúnmente por dos lentes plano-convexa montadascoaxialmente en un tubo metálico; sirve para amplificar los hilos del retículo y la pequeña imagen del objetoobservado dada por el objetivo; en algunos telescopios se ha suprimido el cristal del retículo y la segunda lente delmicroscopio se coloca directamente en el lugar del antiguo retículo y la cara plana de la misma lleva grabados lostrozos con diamante, en estos modelos, la primera lente es movible respecto a la segunda en el microscopio.

Defectos que limitan la calidad de la imagen

� La limpieza internaNo es recomendable la limpieza contínua del interior del telescopio, dado que habría que desmontar elequipo y extraer las lentes.Actualmente hay muchos telescopios que llevan internamente una lente móvil �Enfoque interior�quedando la lente convergente del objetivo fijo de tal modo que el aclarador de imagen se realiza conel movimiento del �Enfoque Interno�.Su ventaja radica en la obtención de un aparato hermético dado que el lado exterior del ocular y elobjetivo son fijos; Sin embargo tiene el inconveniente de que dicha lente adicional de enfoque absorbeluz, reduciendo así la claridad de la imagen.

� ParalajeSi la imagen no se forma en el plano de la retícula se tendrá el fenómeno de paralaje, esto significa queal moverse el operador levemente, observará diferentes lecturas a través del telescopio, que dependende la posición del ojo.El paralaje desaparece variando la posición del retículo respecto al objetivo.

� Aberración esféricaSe produce cuando la imagen no se forma en un plano, sino más bien en una superficie esférica; en estasituación la imagen se verá borrosa.

� Aberracion cromáticaSe produce cuando el campo visual aparece coloreado con varios matices.Estos dos últimos defectos se corrigen empleando un objetivo compuesto de una lente exteriorbiconvexa de crown-glass y de otra interior cóncavo-convexa de flints-glass.En todo telescopio de enfoque interno se puede distinguir dos ejes:� El eje óptico; que une el centro óptico del objetivo y el ocular.� El eje de colimación; que une el centro óptico del objetivo con el centro de la cruz filar.

Hoy en día se usan también lentes adicionales en el microscopio con la finalidad de obtener imágenesderechas; no obstante esto diminuye la nitidez de la misma.


Características técnicas de un telescopio

IA =

O

� Campo visual a 100 metrosEs el área circular a 100 metros del equipo queabarca la visual.Puede ser 2,0 m, 3,0 m; 4,0 m; etc.

� Distancia de visada más larga para lec-turas en centímetrosEs la capacidad que tiene el anteojo para poderdisntiguir nítidamente dos puntos de la mira se-paradas 1 cm y no como un solo punto borroso.Puede haber equipos con d = 200 m; como 300 m;400 m.

� Distancia de visada más larga para lec-turas en milímetrosEs la capacidad que tiene el anteojo para po-der distinguir nítidamente dos puntos de lamira separados 1 mm y no como un solo pun-to borroso.

� Tipo de imagenLa imagen de los objetos o números pueden serderecha o invertida; para trabajos de alta preci-sión se recomienda usar equipos que generenimágenes invertidas.

� AumentoDetermina el poder de amplificación de un ob-jeto y se calcula mediante la siguiente relación:

A : aumentoI : tamaño imagenO : tamaño objeto

Está claro entonces que el aumento puede estar dado

por: 1 1 1 1 1; ; ; ; ; etc.

3 2 10 20 40

En adelante su denotación será como sigue:

1

3; se representará por 3x; que significa 3 veces el

diámetro del objeto.

1

20; se representa por 20x; que significa 20 veces el

diámetro del objeto, etc.

� Diámetro libre del objetivo (D)Está determinado por el diámetro de la lentedel objetivo; puede ser 20 mm; 24 mm; 30 mm;41 mm, 45 mm; 50 mm; etc.

� Distancia mínima de enfoque (d)Es la mínima distancia desde el objetivo hasta lamira que permite tomar lecturas con comodidad.Puede ser 0,30 m; 0,40 m; 0,50 m; 1,60 m; 1,80 m;2,0 m; etc.

d

100 metros

diámetro

d

1 cm

D


LA MIRA

LA mira es una regla graduada en toda su longitud en centímetros, agrupados de 5 cm en 5 cm y marcadosde 10 cm en 10 cm, igualmente los metros de metro en metro (generalmente por el cambio de color: Rojoy negro).Esta regla puede ser de una sola pieza (enteriza) o de dos o más piezas articuladas; generalmente las mirasson de tres o cuatro metros de longitud.La mira puede estar conformada de madera, acero, plástico e invar..Algunas miras llevan adosadas en su zona posterior un nivel esférico el cual permite indicar la verticalidadde la regla cuando la burbuja queda calada.


EL NIVEL DE INGENIERO (equialtímetro)

El nivel de ingeniero, es aquel instrumento topográfico, constituido básicamente de un telescopio unido aun nivel circular más otro tubular o similar; el conjunto va montado generalmente a un trípode.El objetivo de este aparato es obtener planos horizontales; consiguiendo de este modo conocer el desnivelentre dos puntos.En la actualidad existen muchos tipos de nivel los más importantes son:� Nivel óptico mecánico simple � Nivel óptico mecánico de alta precisión.� Nivel óptico mecánico automático � Nivel electrónico

A) Nivel óptico mecánico simpleEs aquel en el cual tiene como componentes principales al telescopio, el nivel circular y el tubular oparábola.

Equialtímetro con tornillos nivelantes y nivel tubular

Equialtímetro con tornillos nivelantes y nivel de burbuja partida

Nivel circular Nivel tubular

Baseniveladora

Tornillode movimientolento ó tangencialhorizontal

Tornillode bloqueodel movimientohorizontal

Trípode

Telescopio

Nivel circular

Tornillo deinclinaciónvertical(basculante)

Aclaradorde imagen

Tangencialhorizontal

Tornillonivelante

Baseniveladora


B) Nivel óptico mecánico automáticoLos equialtímetros automáticos se caracterizan por la particularidad principal de obtener una línea decolimación horizontal con solo calar la burbuja del nivel esférico, obviando de este modo el proceso denivelación con el nivel tubular o de burbuja partida.En realidad el nivel esférico permite llevar la línea de colimación dentro de 10' con respecto a la horizontal.Para incrementar la precisión de la línea de colimación se hace uso de un �compensador automáticoque puede ser de péndulo, de prismas, de espejos o electromagnéticos�.Si bien es cierto que estos equipos tienen la gran ventaja de ahorrar tiempo en el trabajo de campo,dado que para cualquier movimiento acimutal del anteojo no se requiere ningún ajuste especial; sinembargo sufren la desventaja de ser sensibles a las vibraciones inducidas por el viento, el tráfico, etc.

Equialtímetro con tornillo de sujeción y nivel tubular

Equialtímetro con tornillo de sujeción y nivel de burbuja partida


C) Nivel óptico mecánico de alta precisiónA diferencia de los niveles anteriormente estudiados, estos poseen en cada equipo un micrómetro deplaca plano � paralela con el cual se puede dar lectura de hasta el décimo de milímetro convirtiéndoseasí en aparatos precisos, dado que los convencionales obtienen lecturas hasta el centésimo de metro.

A continuación explicaremos las particularidades más importantes de estosequipos.Con estos equialtímetros se usa la mira invar. La cinta graduada lleva dosdivisiones de centímetros de precisión marcadas en la madera. Una de lasescalas de cifras tiene su origen en la base de la mira e indica las alturasreales encima de la base (posición I). La otra escala indica valores que sonsuperiores en por lo menos 3 metros a los anteriores (posición II).Este arreglo permite que se haga lecturas indepedientes, con el aumentoconsiguiente de precisión de las observaciones, sirviendo al mismo tiempode control.Generalmente estas miras llevan una base metálica.

El telescopio de alta resolución permite visualizar una imagen clara del estadal, asimismo está provistode un retículo cuneiforme para que la lectura del estadal en sus graduaciones sea más preciso.


Con el acondicionamiento del micrómetro constituido por una placa plano � paralela fija en el objeti-vo, se gradúa en el par de cuñas una de las rayas divisorias de la mira que se encuentra en el centro delcampo visual de manera que la raya divisora sea simétrica en la cuña al bascular la placa plano � paralela( con el micrómetro), la línea de puntería se desplaza paralelamente, leyéndose el valor del desplaza-miento directamente en el tambor graduado.

Existen equialtímetros simples y automáticos de alta precisión.

Nota

Lectura en mira 1,1400 +

Lectura enmicrométro 0,0036

Lectura final 1,1436 metros

Lectura en mira 4,2100 +

Lectura enmicrométro 0,0057

Lectura final 4,2157 metros

POSICIÓN I

POSICIÓN II


A continuación ilustraremos nuestra teoría con ayuda del nivel automático de alta precisión marcaZEISS NI002.

Tangencialhorizontal

Tornillonivelante

Nivel esférico

Aclarador deimagen

Puntos paraposición I ó II

Botón de conmutaciónpendular

Baseniveladora

Tornillomicrométrico


La compesación pendular para la nivelacion automática de este equipo en particular se realiza medianteel botón de conmutación. Las posiciones del compensador se han marcado en ambas superficieslaterales del NI002 mediante puntos rojos. Un punto marca la posición I del compensador, dos puntosla posición II del compensador.

Con este equipo se deberá llevar dos tablas de libreta de campo en un solo itinerario.

Conmutador para lectura en posición II

Conmutador para lectura en posición I


Nivel tubular

Transportador

Tubo metálico

Ocular

BurbujaHiloreticular

Tornillo nivelante

Objetivo

EL ECLÍMETRO

Se le llama también clisímetro y está compuesto por tres elementos primarios: un nivel tubular, un tubometálico y un transportador con doble graduación (sexagesimal y porcentaje).

Se usa en nivelaciones trigonométricas de poca precisión; no obstante, la rapidez que se consigue con eluso del eclímetro, hace de éste el preferido de los camineros para sus levantamientos preliminares.Es importante centrar la burbuja para poder tomar la lectura correspondiente, para ello se requiere elapoyo del tornillo nivelante.

EL TRANSPORTADOR

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