Nivelacion - Replanteo - Teodolito PDF

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tipos de nivelacion, procedimientos de replanteos y tipos de teodolito...

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NIVELACION La nivelación es un procedimiento topográfico que nos permite determinar el desnivel que existe entre dos puntos. El objetivo de la nivelación topográfica es: conocer los desniveles entre puntos vecinos a partir de un punto de referencia con cota (altura con respecto a un plano de referencia por debajo la tierra). Conocida o dada en forma arbitraria. Existen tres métodos de nivelación utilizados en los trabajos topográficos.

Nivelación geométrica Consiste en determinar el desnivel entre dos o más puntos por diferencias entre planos horizontales. Al ser las visuales horizontales, son muy poco afectadas por la refracción atmosférica. Este tipo de nivelación topográfica permite controlar los movimientos verticales, tanto del terreno como de estructuras o edificios ya existentes, obteniendo un alto grado de exactitud, pero, también es el método más costoso y laborioso. Se utiliza para nivelar:    

Redes de nivelación Para nivelar todo tipo de ejes, (carreteras, canales, etc.) Para nivelar superficies llanas o ligeramente onduladas Para replanteo altimétrico de todas las obras de ingeniería.

El instrumento utilizado es el nivel de ingeniero con la mira o estadia.

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Nivelación geométrica simple

La nivelación es simple cuando el desnivel a medir se determina con única observación. Para la nivelación simple el nivel se sitúa en el punto medio de los dos puntos que deseamos conocer el desnivel. Procedemos a estacionar el niel y realizar las lecturas sobre la mira y por diferencia de lecturas obtenemos el nivel. 

Método del punto medio: Sean A y B dos puntos cuyo desnivel se quiere determinar. El método denominado del punto medio, consiste en estacionar el nivel entre A y B, de tal forma que la distancia existente a ambos puntos sea la misma, es decir EA = EB. En A y B se sitúan miras verticales, sobre las que se efectúan las visuales horizontales con el nivel, registrando las lecturas mA, mB. A la mira situada en A se le denomina mira de espalda y a la mira situada en B mira de frente El punto de estación no está materializado por ningún tipo de señal, pero los puntos sobre los que se sitúan las miras sí lo están.

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En la práctica se demuestra que el límite de distancias para conseguir lecturas en las que se asegure el mm, es de 80 a 100 m. Esto conlleva una posible distancia de 160 a 200 m, entre los puntos cuyo desnivel se desea obtener. La pendiente del terreno también condiciona la longitud máxima de las visuales. Si se rebasan ciertos límites podrá suceder que no se pueda realizar la observación, al encontrarse las miras más altas o más bajas que la visual horizontal.

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Método del punto extremo: Sean A y B los dos puntos cuyo desnivel queremos determinar. Para ello, utilizando el método del punto extremo, se estaciona el nivel en el punto A, a una altura sobre el suelo iA y se visa a la mira situada en B, efectuándose la lectura mB.

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Método de estaciones equidistantes: Sean A y B los puntos cuyo desnivel se quiere determinar. El método de estaciones equidistantes consiste en efectuar la observación del modo siguiente: En primer lugar se estaciona el instrumento en E y se hacen lecturas a las miras situadas en A y B. Después de sitúa el aparato en E’, de modo que E’B sea igual a EA, y se vuelve a leer sobre las miras.

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Si el aparato tiene un error residual (e) se producirán, unos errores t y t’ sobre las miras cercana y lejana, y como EA y E’B son iguales entre sí, también lo serán EB y E’A. El desnivel Si el instrumento está perfectamente corregido, los dos desniveles serán iguales, lo que servirá de comprobación de las medidas. El valor definitivo del desnivel, se obtiene a partir del promedio de ambos valores:

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Los resultados obtenidos con este método son más homogéneos que con el método de las estaciones recíprocas, ya que solo intervienen alturas de mira en el cálculo de los desniveles, por lo que sus ventajas respecto al método del apartado anterior son indudables. Por otra parte se eliminan los efectos de la esfericidad y la refracción. Este método no obstante presenta el inconveniente de reducción de la longitud de la nivelada. El instrumento está más separado de las miras lejanas que cuando se opera por el punto medio, lo que obliga a hacer niveladas más cortas, sobre todo si el terreno no es llano. Método de estaciones exteriores: Sean A y B los puntos cuyo desnivel se quiere determinar. La condición de equidistancia del aparato a las miras, necesaria en el método de estaciones equidistantes, puede eliminarse si en lugar de estacionar el instrumento en el espacio comprendido entre las miras, se efectúa en el exterior.

Supongamos sean E y E’ las estaciones, en las que EA no es igual a E’B y, por tanto, también serán diferentes los efectos sobre las miras de error residual e. El valor del desnivel vendrá dado por:

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y tomando el promedio como definitivo:

En este método se

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elimina la influencia del error e en las miras, pero no sucede lo mismo, al menos totalmente, con los errores de esfericidad y refracción por no existir igualdad de distancias. La diferencia entre EA y E’B deberá ser siempre pequeña. Este método se aplica para salvar obstáculos como pueden ser ríos, barrancos etc. También se combina con el método de estaciones exteriores en nivelaciones compuestas, y como él tiene el inconveniente de la separación del aparato a las miras lejanas, que ocasiona niveladas más cortas. Método de estaciones reciprocas: Para eliminar los efectos del error residual (e) y los efectos de la esfericidad y la refracción. Con ello se mejora también la precisión. Es un método de poca aplicación ya que se siguen teniendo magnitudes (i, m) de distinta precisión.

Sean A y B los puntos cuyo desnivel se quiere determinar. Se efectúa en primer lugar la observación desde A a B, situación (a), por el método del punto extremo. Suponemos una visual que corta a la mira en B’, con un error residual del nivel (e), que causa un error “t” en la lectura mB. En este caso el desnivel, vendrá dado por:

A continuación se realiza otra observación invirtiendo las posiciones relativas del aparato y mira (situación b) y el desnivel en esta ocasión, vendrá dado por:

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Los desniveles corresponden a las direcciones directa y recíproca, por lo que tendrán signos contrarios. Para promediarlos los restamos. El desnivel final, promedio de ambos valores, será:

Comprobamos que en este desnivel queda eliminado el termino t, es decir el error en las lecturas como consecuencia del error residual que exista en el equipo. Este método se aplica en pocas ocasiones, ya que se requieren dos observaciones de campo, además de que los desniveles finales se obtienen con magnitudes, i y m de distinta precisión.

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Nivelación geométrica compuesta

Es el método más usado, ya que generalmente los puntos a nivelar se encuentran a más de la distancia máxima en que se puede colocar la mira, por lo tanto, se deben realizar tantas nivelaciones simples como sean necesarias para unirlos. Para realizar una nivelación se debe tener en cuenta una distancia para cada tramo de entre 120 a 180 m y luego dividir la longitud total por esta distancia para hallar la cantidad de tramos a realizar; los puntos intermedios entre los dos (o más) puntos objetos del trabajo, se llamarán puntos de paso o PP.

Nivelación Trigonométrica Es la nivelación que se realiza a partir de la medición de ángulos cenitales, de altura o depresión, y de distancias que luego se usarán para la resolución de triángulos rectángulos, donde la incógnita será el cateto opuesto del ángulo a resolver, que en estos casos son el desnivel existente entre el punto estación y un punto cualquiera.

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Se utiliza para determinar  las cotas de puntos aislados ubicados en superficies accidentadas o inaccesibles; por ejemplo: torres, chimeneas, antenas, etc.  Determinar las cotas de los vértices de las triangulaciones de poligonales electrónicas. El instrumento utilizado es el teodolito con una señal que puede ser un jalón el cual se coloca verticalmente en el punto visado, obteniéndose el desnivel entre dos puntos a partir de los ángulos verticales observados y de las distancias horizontales o inclinadas entre los dos puntos.

Nivelación Barométrica Está basada en la nivelación de la presión atmosférica, que cambia según las alturas de los lugares. Las alturas de los puntos se obtienen mediante fórmulas empíricas a partir de las precisiones atmosféricas, que se miden con barómetros. Hay barómetros aneroides especiales que dan directamente las alturas y se llaman altímetros. En ingeniería civil casi no se usa porque es de poca precisión. La presión al nivel del mar es de 761 mm de columna de mercurio. Cada 100 m de altura la presión atmosférica varía de 0’7 a 1’0 cm de columna de Hg. La nivelación barométrica se basa en el principio de que a mayor altura menor presión y que a menor altura mayor presión atmosférica. La presión atmosférica también es afectada por otras circunstancias, además de la altitud; por ejemplo, por cambios súbitos de la temperatura y por condiciones variables de atmosfera debidas a tormentas. Además, durante el día hay una variación normal de la presión barométrica que equivale a unos 100 pie de diferencia de altitud; a estas variaciones se la conoce como oscilación diurna de la presión atmosférica Puede emplearse varias técnicas para determinas diferencias de elevación correctas.  Se deja el barómetro de control de un banco de nivel (base) y se lleva el instrumento móvil o viajero a los puntos cuyas elevaciones se desea conocer.  El método se utiliza en casos que se desea determinar niveles en niveles abruptos, pero que no requieren precisión

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 Se le utiliza en los trabajos de reconocimiento de zonas accidentadas.

Equipos de nivelación 

Un nivel de ingeniero (Equialtimetro): Es un instrumento que sirve para medir diferencias de altura entre dos puntos, para determinar estas diferencias, este instrumento se basa en la determinación de planos horizontales a través de una burbuja que sirve para fijar correctamente este plano y una anteojo que tiene la función de incrementar la visual del observador. Además de esto, el nivel topográfico sirve para medir distancias horizontales, basándose en el mismo principio del taquímetro. Existen también algunos niveles que constan de un disco acimutal para medir ángulos horizontales.  Nivel de ingeniero: En las operaciones de nivelación, donde es necesario el cálculo de las diferencias verticales o desniveles entre puntos, al nivel torico se le anexa un telescopio, una base con tornillos nivelantes y un trípode. Los niveles difieren entre sí en apariencia, de acuerdo a la precisión requerida y a los fabricantes del instrumento.

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Nivel tubular o Nivel torico: Es un trozo de tubo de vidrio de sección circular, generando al hacer rotar un circulo alrededor de un centro O. la superficie es sellada en sus extremos y su interior se llena parcialmente con un líquido muy volátil (como éter sulfúrico, alcohol, etc.) que al mezclarse con el aire del espacio restante forma una burbuja de vapores cuyo centro coincidirá siempre con la parte más alta del nivel.

Trípode: Es un instrumento que tiene la particularidad de soportar un equipo de medición como un taquímetro o nivel, su manejo es sencillo, pues consta de tres patas que pueden ser de madera o de aluminio, las que son regulables para así poder tener un mejor manejo para subir o bajar las patas que se encuentran fijas en el terreno. El plato consta de un tornillo, el cual fija el equipo que se va a utilizar para hacer las mediciones.

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Mira plegable de 4 m: Se puede describir como una regla de cuatro metros de largo, graduada en centímetros y que se pliega en la mitad para mayor comodidad en el transporte. Además de esto, la mira consta de una burbuja que se usa para asegurar la verticalidad de esta en los puntos del terreno donde se desea efectuar mediciones, lo que es trascendental para la exactitud en las medidas. También consta de dos manillas, generalmente metálicas, que son de gran utilidad para sostenerla.

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Cintas métrica: Las cintas métricas se hacen de distintos materiales, con la longitud y peso muy variables. Se emplea para hacer medidas en el campo, de distancias horizontales. En la topografía la más común es la de acero y mide de 30, 50 a 100 m.

REPLANTEO Es el conjunto de operaciones necesarias para trasladar las medidas del plano al terreno en tamaño natural, según las indicaciones de los planos, marcando los puntos

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fundamentales que definen la ubicación en planta y los niveles necesarios para la ejecución de la obra. Este trazo se hace con referencia a la demarcación hecha por las autoridades locales y al proceso de ubicación realizado anteriormente y definidos en los planos que contienen el proyecto. El replanteo es el proceso inverso del levantamiento topográfico y constituye la primera operación para la ejecución de la construcción.

Procedimiento de Replanteo Antes de la realización de una obra, es necesaria la realización de un estudio geodésico, mediante el cual se realiza un reconocimiento del terreno sobre el que se va a construir mediante la recopilación de datos, por ejemplo a través de la cartografía, ensayos in situ y la interpretación de esos datos que confluyan a una conclusión firme sobre recomendaciones para la construcción sobre esta superficie. Para realizar el trazo o replanteo primero se deben tener dibujadas las dimensiones de la obra en un plano; después se aplican métodos geométricos para trazar el perímetro en función de la escala y medidas de los planos. En el terreno se insertan varillas para indicar los vértices y uniéndolos con hilo reventón nos sirve para indicar los lados, según en el plano. En algunas ocasiones se marcan las dimensiones y ejes con yeso en polvo para formar trazos visibles El replanteo es responsabilidad directa del Jefe de Obra, quien deberá contemplar desde el replanteo general del terreno hasta el replanteo de todas las cubiertas, sin dejar de lado ningún elemento de la edificación, desde cimentaciones, estructuras, albañilería, etc. Con un correcto replanteo topográfico se evitan problemas de alineación, encuentros y encajes de obra, disponiendo de información verídica y fiable del terreno donde se empezarán a levantar los cimientos de la construcción Posteriormente, se levanta Acta de Replanteo, que se realiza tras la comprobación del replanteo general que efectúa el Jefe de Obra.

Acta de Replanteo

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El Acta de Replanteo es un documento contractual que se realiza después de comprobar el replanteo general de la obra, constando allí las incidencias del solar, dimensiones, cotas, y la fecha que indica el comienzo oficial del inicio de las obras. Luego de la comprobación necesaria, se hace constar en el acta que no existe incidencia alguna que pueda interferir en el comienzo y desarrollo de los trabajos, o si las incidencias existen, como por ejemplo diferencias en las dimensiones a las que constan en los planos, o que la geometría del solar difiera con los planos, etc. A continuación se marca el inicio de los trabajos; habitualmente se consigna que el comienzo de la obra empezará a contar después de X días después de la firma del Acta de Replanteo. Finalizado el replanteo, se comunica a las partes interesadas, se efectúa una visita de las mismas, y si no existe nada objetable, se firma el Acta de Replanteo, que a partir de ese momento se transforma en un documento contractual de la obra. Es importante volcar en el Acta cualquier incidencia que consideremos relevante y que no perjudique el normal desenvolvimiento de la obra; ya que una vez firmada el Acta, y únicamente por un imponderable, resulta muy difícil reclamar y volver marcha atrás.

Tipos de replanteo Existen 2 tipos de replanteo, el Topográfico y el Artesanal, la diferencia está en la tecnología que utilizan los elementos de medición. El topográfico utiliza fórmulas de trigonometría y mediciones electrónicas, mientras el artesanal utiliza conceptos básicos de geometría, finalmente la diferencia radica en la exactitud de las mediciones agregando mayor confiabilidad a la referenciación de ejes tanto horizontales como verticales, pero ambas técnicas son aceptables y funcionales dependiendo de la exactitud requerida por los estándares y normativas de construcción. Otra diferencia entre las dos técnicas es el costo generado, pues los equipos de precisión y los honorarios de una cuadrilla de topografía suelen ser elevados con respecto a los métodos artesanales. Aunque en general los replanteos en obras de urbanismo son en su mayoría manuales y se hacen utilizando herramientas analógicas. Cuando se trata de áreas y elevaciones considerablemente grandes, se maneja técnicas más exactas como las usadas en topografía para hacer los replanteos con equipos de precisión, con base a coordenadas y polígonos triangulados trigonométricamente.

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Es bastante importante que el topógrafo, el ejero o persona que trace los ejes de replanteo tenga conocimientos suficientes para solucionar problemas que se presentan en cada obra particularmente, dado que a veces hay objetos de la misma estructura que dificultan los traslados de medidas.

TEODOLITO El teodolito es un instrumento de medición mecánico-óptico que se utiliza para obtener ángulos verticales y horizontales, en la mayoría de los casos, ámbito en el cual tiene una precisión elevada. Con otras herramientas auxiliares puede medir distancias y desniveles. El teodolito es portátil y manual; se lo emplea en topografía e ingeniería, sobre todo en las triangulaciones. Con ayuda de una mira y mediante la taquimetría, mide distancias. Un equipo más moderno y sofisticado es el teodolito electrónico, y otro instrumento más sofisticado es otro tipo de teodolito más conocido como estación total. Básicamente, el teodolito actual es un telescopio montado sobre un trípode y con dos círculos graduados, uno vertical y otro horizontal, con los que se miden los ángulos con ayuda de lentes.

Tipos de Teodolitos 

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Teodolitos repetidores: Estos han sido fabricados para la acumulación de medidas sucesivas de un mismo ángulo horizontal en el limbo, pudiendo así dividir el ángulo acumulado y el número de mediciones vistas. Teodolitos reiteradores: Llamados también direccionales, los teodolitos reiteradores tienen la particularidad de poseer un limbo fijo y sólo se puede mover la alidada. Teodolito-brújula: Tiene incorporada una brújula de características especiales. Este tiene una brújula imantada con la misma dirección al círculo horizontal sobre el diámetro 0 a 180 grados de gran precisión. Teodolito electrónico: Es la versión del teodolito óptico, con la incorporación de electrónica para hacer las lecturas del círculo vertical y horizontal, mostrando los ángulos en una pantalla, eliminando errores de apreciación. Es más simple en su uso, y, por requerir menos piezas, es más simple su fabricación y en algunos casos su calibración. Las principales características que se deben observar para comparar estos

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equipos son: la precisión, el número de aumentos en la lente del objetivo y si tiene o no compensador electrónico.

Ejes Principales del Teodolito 

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Eje Vertical de Rotación Instrumental S-S (EVRI): Instrumental es el eje que sigue la trayectoria del Cenit-Nadir, también conocido como la línea de la plomada, y que marca la vertical del lugar.  Eje Horizontal de Rotación del Anteojo K-K (EHRA): También llamado “eje de muñones” es el eje secundario del teodolito, en él se mueve el visor. En el eje de muñones hay que medir cuando utilizamos métodos directos,...