UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE GUERRERO

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE GUERRERO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA ACADEMIA DE TOPOGRAFÍA

RECURSOS DIDÁCTICOS DE

Topografía I y Prácticas Martín Zúñiga Gutierrez Febrero 2013

Introducción

Este recurso didáctico fue elaborado con el propósito de apoyar a los estudiantes que cursan la unidad de aprendizaje de Topografía I y Prácticas del Programa Educativo de Ingeniero Topógrafo y Geomático, que se oferta en esta unidad académica de ingeniería dependiente de la Universidad Autónoma de Guerrero, esperando con esto una motivación adicional en el desarrollo de las competencias para la solución de los problemas que resuelve Topografía en proyección horizontal.

El egresado de Ingeniero Topógrafo y Geomático, requiere de la ubicación del espacio sobre y bajo la superficie terrestre, necesita conocer la teoría y aplicación de las competencias en la realización y ejecución de los diferentes levantamientos y trazos topográficos. Este profesionista debe conocer, comprender y aplicar los métodos de levantamiento topográfico para la obtención del dato espacial en proyección horizontal, desde las mediciones con cinta hasta los diferentes métodos de levantamientos con tránsito y cinta, así como en el uso y manejo de equipo de vanguardia, esperando con esto una motivación adicional en su formación, generando así los principios para enfrentar como estudiante y profesionista integro el uso de la nueva tecnología topográfica, estimulando asimismo el trabajo cooperativo y la creatividad, con responsabilidad y respeto al medio ambiente.

En ningún momento se pretende que este recurso sea un trabajo terminado, ya que el propósito fundamental es mejorarlo con las aportaciones y críticas tanto de los profesores como de los estudiantes, logrando tal vez en un momento de mi trabajo como profesor, la culminación en una obra literaria de envergadura en el estudio y aplicación de la Ingeniería Topográfica.

Ing. Martín Zúñiga Gutierrez Profesor

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MISIÓN Y VISIÓN de la Unidad Académica de Ingeniería

Misión Formación integral de profesionales de la Ingeniería, en las áreas de Topografía y Geomática, Civil, Construcción, Computación y su fortalecimiento con la investigación y Posgrado; altamente competitivos, con visión humanista y compromiso social, capaces de incidir en el desarrollo regional y nacional de manera sustentable, fomentando su actualización permanente. Visión La Unidad Académica de Ingeniería mantiene el liderazgo académico en el estado de Guerrero, ofertando programas educativos acreditados y actualización continua, mediante procesos administrativos y de servicios certificados, con personal competente y comprometido en la formación integral de profesionistas, y en la generación de investigación a través de sus órganos colegiados que contribuyen al desarrollo sustentable local, regional y nacional.

MISIÓN Y VISIÓN del Programa Educativo

Misión Formar Ingenieros Topógrafos y Geomáticos con alto nivel de calidad académica en lo relacionado a la Topografía, Geodesia, Cartografía, Fotogrametría, Percepción Remota y su integración en la generación de Sistemas de Información Geográfica, en espacios adecuados y equipados, con profesores habilitados en el proceso de enseñanza aprendizaje; con una participación amplia, visión humanista y compromiso social; actualizándose y capacitándose permanente, dentro del marco normativo vigente, en la solución de los problemas del aprovechamiento del suelo y recursos naturales, promoviendo el desarrollo local, regional y nacional. Visión Ser un Programa Educativo con un trabajo docente de calidad en sus Academias, de tal manera que el proceso Enseñanza-Aprendizaje alcance el desarrollo que garantice; mejorar el ingreso, permanencia y egreso de los estudiantes. Los Cuerpos Académicos convertidos en verdaderos baluartes de líneas de generación y aplicación del conocimiento de la Topografía y Geomática, fortaleciendo el trabajo Docente-Investigativo, reflejándose al mismo tiempo en la mejora continua del plan y programa de estudio. Teniendo una Unidad Académica Innovadora, creativa en la búsqueda de la opción tecnológica para la juventud guerrerense, resolviendo la problemática social en el área de la Topografía y Geomática, con un espíritu de servicio comunitario encontrando la penetración y vinculación con el sector productivo, de tal manera que tenga impacto y pertinencia en el desarrollo tecnológico de la región, logrando lo anterior con la educación sistemática y continua de su plan y programa de estudio que garantice egresados de calidad, con los conocimientos necesarios y suficientes, habilidades y aptitudes que los conviertan en lideres con sentido empresarial, profesional, docente y de investigación con amplia responsabilidad, honestidad y ética profesional.

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Identificación de la unidad de aprendizaje

NOMBRE DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE: Topografía I y Prácticas Clave de la Unidad de Aprendizaje Colegio(s) Unidad Académica Programa educativo Área de conocimiento de la Unidad de Aprendizaje dentro del Programa Educativo Modalidad Etapa de Formación Periodo

Tipo(s) Unidad(es) de aprendizaje antecedente(s) Competencias previas recomendables

NÚMERO DE CREDITOS: Hrs. de trabajo del Número de estudiante bajo la horas conducción del académico POR SEMANA POR SEMESTRE

Ciencias y tecnología De Ingeniería Ingeniero Topógrafo y Geomático Topografía Presencial  Semipresencial  A distancia  EFI  EFP-NFBAD  EFP-NFPE  EIyV  Anual  Semestral  Trimestral  Bimestral  Obligatoria Optativa  Electiva Geometría Analítica, Dibujo Técnico y Electrónico, Manejo de las Tecnologías de la Información y Comunicación.  Aplica conocimientos básicos de Geometría Analítica y de dibujo técnico y electrónico para la representación del dato espacial  Utiliza la calculadora científica y hojas de cálculo  Organiza, planifica y trabaja colaborativamente  Respeta el medio ambiente  Compromete su proceso formativo 10 Hrs. trabajo del estudiante de forma independiente

Total de horas

HT=3

HP=4

3

10

48

64

48

160

Competencia de la unidad de aprendizaje: Realiza mediciones, cálculos y trazos topográficos para la ubicación de puntos sobre la superficie terrestre en proyección horizontal, así como su representación en papel (plano topográfico) distinguiendo sus elementos geométricos, magnitudes e instrumentos utilizados; que le sean útiles para un mejor desempeño profesional; estimulando asimismo el trabajo cooperativo y la creatividad, con responsabilidad y respeto al medio ambiente.

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Conocimientos

Habilidades

 Maneja los conceptos topográficos para levantamientos en proyección horizontal.

 Maneja los conceptos topográficos para levantamientos en proyección horizontal.





Conoce el uso de la cinta en el trazo, medición y levantamiento de líneas y polígonos



Describe la brújula topográfica para la toma de direcciones



Diferencia el uso y aplicación del tránsito o teodolito, estación total y el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) en la obtención del dato espacial en proyección horizontal.

 Conoce la diferente metodología para la medición, cálculos y trazos topográficos, sobre la superficie terrestre en proyección horizontal.

Utiliza los diferentes instrumentos de medición en la obtención del dato espacial para levantamientos topográficos en proyección horizontal.

Actitudes y Valores  Responsabilidad en el uso y manejo del equipo topográfico  Respeta, colabora y muestra disposición para el trabajo en equipo  Cuida el medio ambiente  Actúa de forma positiva frente a las innovaciones sociales y tecnológicas  Tiene hábito de estudio y metodología de trabajo

 Realiza levantamientos y cálculos topográficos, así como el dibujo del plano respectivo.

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Topografía I y Prácticas Conceptos topográficos para levantamientos en proyección horizontal Competencia: Maneja los conceptos topográficos para levantamientos en proyección horizontal. Generalidades La Topografía terrestre, estudia mediante la aplicación de varias ciencias, la extensión y forma del terreno, a este aspecto se le denomina Planimetría; así como a la medida y conformación de los accidentes de dicho terreno, a esto se le denomina Altimetría.

Topografía

superior

Elemental

Planimetría

Altimetría

Orientación

Plani-Altimetría

Altimetría

Triangulación

La teoría de la Topografía se basa esencialmente en la geometría plana, geometría analítica y del espacio, trigonometría rectilínea y esférica, además de otros conocimientos matemáticos. Con estas bases el trabajo de un Ingeniero Topógrafo se divide en cinco actividades principales:     

Selección del método de levantamiento, del instrumental y de la ubicación más probable de los vértices, Colocación de señales para deslindar o marcar linderos, guiar trabajos de medición, Adquisición de datos, realización de mediciones y registros de datos de campo, Cálculos topográficos con datos de campo para determinar la ubicación de vértices para la obtención de superficies y/o volúmenes, Dibujo o representación de las medidas para obtener un plano, mapa o grafico de forma tradicional, ayudándose con métodos modernos computarizados.

Definiciones La palabra Topografía proviene del griego: Topos = lugar Graphos = descripción Por lo tanto la podemos definir como:  La rama de la Ingeniería que estudia los procedimientos de campo, cálculo y dibujo necesario para representar de una porción terrestre y a una escala conveniente, los detalles planimétricos y altimétricos que servirán de base a los anteproyectos, proyectos y presupuestos en las diversas obras

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de construcción y la de levantamientos; así como para el control de todas y cada una de sus etapas durante su desarrollo constructivo. Definición (Montes de Oca, Miguel)  Es la ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para determinar las posiciones de los puntos sobre la superficie de la tierra, por medio de medidas según los tres elementos del espacio. Estos elementos pueden ser: dos distancias y una elevación, o una distancia, una dirección y una elevación. Definición técnica:  Puede definirse como el arte o tecnología de hacer mediciones de las posiciones relativas de accidentes naturales y obras hechas por el hombre sobre la superficie la superficie de la Tierra, así como la representación gráfica o numérica de esta información. La Topografía y su aplicación Considerada como una de las actividades de mayor relevancia en la realización de cualquier proyecto, la Topografía ocupa un lugar preponderante dentro de la ingeniería que desarrollamos. La Topografía tiene un campo de aplicación extenso, lo que la hace sumamente necesaria. Sin su conocimiento no podría el ingeniero por si solo proyectar ninguna obra. Sin un buen plano no podría proyectar debidamente un edificio o trazar un fraccionamiento; sin el levantamiento de secciones transversales no le sería posible proyectar presas, puentes, canales, carreteras, etc. Tampoco podría señalar una pendiente determinada como se requiere en un alcantarillado. Cabe señalar que la aplicación fundamental de los que estudian esta especialidad, es la de ejecutar los distintos levantamientos topográficos de terrenos en general, para realizar en ellos los proyectos que requiera la sociedad en el área de la ingeniería civil; todo esto acorde a los cambios tecnológicos y de vanguardia en la Ingeniería Topográfica, Geodésica y Geomática. Actividades fundamentales de la topografía Las actividades fundamentales de la Topografía son: Trazo y Levantamiento. Trazo Es el procedimiento operacional que tiene como finalidad el replanteo sobre el terreno, condiciones establecidas en un plano.

de las

Levantamiento Es el conjunto de operaciones necesarias en el campo, y cálculos en el gabinete, mediante la aplicación de los distintos métodos topográficos, para determinar en el terreno las posiciones de puntos, alturas y detalles de él, para posteriormente llevarlos gráficamente a un plano, mediante una escala convenida. Levantamientos topográficos Existen muchos tipos de levantamiento, siendo cada uno tan especializado que alguna persona con amplia experiencia en diferentes áreas de la misma difícilmente las abarcaría en su totalidad. Sin embargo el profesionista dedicado a la topografía debe tener conocimientos de las distintas áreas del conocimiento de esta profesión, como son: Astronomía de Posición, Geodesia y Cartografía, ya que todas ellas están estrechamente relacionadas en la práctica moderna.

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Para su estudio los dividimos en:  Planimetría o control horizontal  Altimetría o control vertical  Planimetría y altimetría simultáneas Planimetría: Comprende el estudio de los diversos procedimientos que tienen como finalidad la representación en proyección horizontal, de la posición relativa de los puntos de la superficie terrestre. Esta se realiza en areas pequeñas de tal manera que se ignora la curvatura de la tierra. Puede demostrarse que un arco de 18.5 kilómetros de longitud sobre la superficie de la Tierra es aproximadamente 1.5 centímetros más largo que la distancia plana o la cuerda entre sus extremos. Altimetría: Estudia los procedimientos que proporcionan en proyección vertical, la posición relativa de los puntos de la superficie de la tierra. Planimetría y altimetría simultáneas: Estudia los procedimientos que proporcionan en proyección horizontal y vertical simultáneamente la posición relativa de los puntos de la superficie de la Tierra. De manera sintética, los levantamientos topográficos se clasifican en:

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Planimétricos

  

a) Levantamientos con cinta

Polígonos con lados de liga Prolongación de alineamientos Coordenadas Radiaciones Triangulación Diagonales



b) Levantamientos con brújula y cinta: Rumbo y distancia

c) Levantamientos con tránsito y cinta

 

Deflexiones Conservación de azimut



Medida directa de ángulos

Interiores Exteriores

d) Levantamientos con tránsito y estadia e) Levantamientos con Estación Total: EDM

Altimétricos

Diferencial

a) Nivelación directa o topográfica De Perfil

Barométrica

b) Nivelación indirecta Trigonométrica

Secciones transversales

c) Configuración Estadia

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Según su propósito se clasifican en: 

Topografía Plana (Topografía elemental) En esta rama, el plano de referencia para el trabajo de campo y los cálculos, es una superficie plana.



Topografía geodésica o geodesia Consiste en la determinación de longitudes y acimutes de líneas largas que requieren la consideración del tamaño y forma de la Tierra.



Fotogrametría Son levantamientos por medio de la fotografía aérea, a través de cámaras instaladas en aviones o satélites. Los mapas y datos obtenidos se basan en los principios de la fotografía o la detección remota.



Levantamientos de control Consisten en establecer una red de señalamientos (horizontal y vertical), que sirven de marco de referencia para otros levantamientos. Generalmente se usan procedimientos geodésicos.



Levantamientos orográficos de configuración Estos levantamientos sirven para elaborar planos o mapas que muestran la ubicación de los accidentes orográficos naturales, los construidos por el hombre y las elevaciones de puntos del terreno.



Levantamientos hidrográficos Es la representación gráfica de líneas litorales y el relieve del fondo de los lagos, ríos, embalses y otras grandes masas de agua. A la combinación de levantamientos orográficos e hidrográficos se le llama Topografía Orohidrográfica.



Levantamientos de vías terrestres. Son los levantamientos para carreteras, vías férreas, sistemas de conducción, líneas de conducción, líneas de transmisión, canales y demás obras de gran extensión lineal.



Agrimensura Esta rama, estudia los procedimientos para establecer la delimitación de los predios, sus vértices, linderos, colindancias y áreas. En términos generales la medición y división de superficies de terrenos.

La práctica de la topografía La práctica de la Topografía es compleja. Los conocimientos teóricos no hacen de alguien un buen especialista en trabajos topográficos, a menos que tenga los principios básicos de teoría y práctica. La importancia de la etapa de prácticas nunca debe ser exagerada y comprende:  Trabajo de campo Se entiende por trabajo de campo, a todas las operaciones de medidas y anotaciones, resultados de la aplicación de los distintos levantamientos topográficos.  Trabajo de gabinete Es la ordenación de los datos tomados en el campo y los cálculos que con ellos se ejecutan, con objeto de obtener los elementos necesarios para el dibujo y construcción del plano.

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El profesionista actual de la Topografía, debe utilizar el equipo moderno para ser competitivo. Unidades de medidas utilizadas en topografía Los procedimientos topográficos implican mediciones: Lineales: Distancias horizontales, inclinadas y verticales o alturas, se usa el sistema métrico decimal; teniendo como unidad el metro, 1 decímetro (dm) = 0.1 metro (m) 1 centímetro (cm) = 0.01 m 1 milímetro (mm) = 0.001 m Angulares: Medidas angulares, rumbos, azimutes y deflexiones; generalmente se usa el sistema sexagesimal, 1 grado (°) = 60 minutos (‘) 1 minuto (‘) = 60 segundos (“) De área: Medidas de superficies y las unidades son, 1 hectárea = 100 áreas = 10000 m2 1 área = 100 m2 1 centiárea = 1 m2 La realización de las mediciones es la tarea principal de un profesional de la topografía. Errores y equivocaciones No se puede medir exactamente ninguna magnitud por perfectos que sean los procedimientos y aparatos que se empleen; cada medida que se haga estará siempre afectada por un error. Una de las funciones más importantes del ingeniero es obtener medidas que estén correctas dentro de ciertos límites de error, fijados por la naturaleza y objeto del levantamiento, para lo que se requiere que conozca las fuentes de error, el efecto de los diferentes errores en las cantidades observadas, y este familiarizado con el procedimiento necesario para mantener la precisión requerida. Instrumentales: Se deben a la imperfección o ajuste defectuoso de los instrumentos.

Orígenes de los errores

Se dividen en

Personales: Se producen por la falta de habilidad del personal que realiza las mediciones. Naturales: Se deben a las variaciones de los fenómenos de la naturaleza; la temperatura, la humedad, el viento, etc.

Sistemáticos: Son los que en, para condiciones de trabajo fijas en el campo, son constantes y del mismo signo y por lo tanto son acumulativos: aparatos mal graduados, error por temperatura, catenaria, etc. Accidentales: Son los que se cometen indiferentemente en un sentido o en otro, y por lo tanto es igualmente probable que tenga signo positivo o negativo: lecturas de graduaciones, apreciación de fracciones, etc.

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Equivocación: Esta es causada por la inexperiencia y falta de atención de quién realiza las mediciones, se pueden eliminar haciendo revisiones cuidadosas. Los casos más comunes de equivocación son: leer o escuchar un número por otro y anotar un registro equivocado. Exactitud y precisión: Los términos exactitud y precisión se utilizan constantemente en Topografía.  

La exactitud se refiere al grado de perfección que se obtiene en las mediciones; nos acercamos al valor verdadero de la magnitud. La precisión, es el grado de refinamiento con el que se mide una determinada cantidad; es la cercanía de una medición a otra. Es la relación entre el error de la medición y la distancia medida, y se reduce a una fracción cuyo numerador es igual a la unidad.

Registros de campo: Tal vez ninguna otra fase de la Topografía sea tan importante como el registro adecuado de los datos de campo. No importa cuánto cuidado se tenga en la realización de mediciones en el campo si este esfuerzo será desperdiciado por no realizar un registro claro y legible del trabajo ejecutado. El registro de los datos es una parte tan importante de la Topografía que generalmente este trabajo lo desempeña la persona más capacitada de la brigada (por ejemplo, el jefe de la misma). Las libretas de campo que comúnmente se utilizan son de pasta dura por la ventaja de que no se pierden las hojas y, además, por su gran durabilidad son capaces de soportar el uso rudo y las malas condiciones climáticas. Para la recolección exitosa de las anotaciones en campo, se tiene que considerar:  Precisión: anotar en forma correcta los datos medidos.  Legibilidad: las anotaciones que sean ilegibles no tienen valor alguno.  Integridad: todas las mediciones deberán anotarse en el momento de realizar la observación; nunca se “inflen” las notas para mejorar los cierres.  Claridad: que las anotaciones no estén amontonadas o haya omisiones en los detalles.  Arreglo: uso de libretas de campo apropiadas para el levantamiento de que se trate, esto ayudará a la legitimidad, precisión e integridad de las anotaciones en la libreta de campo.

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Registro de campo Levantamiento_________________________________Levantó_______________________________ Método______________________Lugar_________________________Fecha___________Brig.._________

Anotaciones numéricas

Croquis y anotaciones

Libreta de tránsito

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Uso y manejo de instrumentos topográficos Competencia: Utiliza los diferentes instrumentos de medición en la obtención del dato espacial para levantamientos topográficos en proyección horizontal. Instrumentos topográficos        

Cintas métricas y accesorios (plomada y baliza) Nivel de mano Clisímetro Brújula Planímetro Tránsitos Teodolitos (de micrómetro óptico y electrónico) Estación total (electrónica y robóticas)

Cinta La cinta es el instrumento principal de medición que se utiliza en los principios básicos del estudio de la Topografía como ciencia, arte o tecnología. Nos permite conocer la distancia entre dos puntos. Las cintas que se usan en la actualidad para medir están hechas de diferentes materiales, longitudes y pesos. Las comúnmente utilizadas en Ingeniería son las cintas de acero. (Metálicas) En Topografía, se entiende por distancia entre dos puntos, la distancia horizontal. En el proceso de medida, las cintas son sometidas a diferentes tensiones y temperaturas, por lo que dependiendo del material con el que han sido construidas, su tamaño original variará. Por esta razón, las cintas vienen calibradas de fábrica para que a una temperatura, tensión y condiciones de apoyo dadas, su longitud sea igual a la longitud nominal. Plomada Instrumento con forma de cono, construido generalmente en bronce, con un peso que varía entre 225 y 500 gr, que al dejarse colgar libremente de la cuerda sigue la dirección de la vertical del lugar, por lo que con su auxilio podemos proyectar el punto de terreno sobre la cinta métrica.

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Balizas Son tubos de madera o aluminio, con un diámetro de 2.5 cm y una longitud que varía de 2 a 3 m. Las balizas vienen pintados con franjas alternas rojas y blancas de unos 30 cm y en su parte final poseen una punta de acero. La baliza se usa como instrumento auxiliar en la medida de distancias, localizando puntos y trazando alineaciones. Nivel de mano Consiste en un tubo de aproximadamente 15 cm., sin lentes, con un pequeño nivel cuya burbuja puede verse por el interior del tubo mediante un espejo o prisma que ocupa la mitad del tubo. Por la otra mitad se ve al exterior para dirigir la visual mediante un alambre que atraviesa el tubo. Es un instrumento de medición utilizado para dirigir visuales horizontales, sosteniéndolo en la mano. Clisímetro Es un instrumento semejante al nivel de mano, pero con el nivel movible para poder marcar en un círculo graduado el ángulo o la pendiente que se necesite, y así al centrar la burbuja la visual tendrá la pendiente marcada. La altura se mide sobre una regla graduada (estadal). Con el clisímetro se pueden determinar desniveles, horizontalizar la cinta, medir ángulos verticales y pendientes, calcular alturas y lanzar visuales con una pendiente dada. Brújula La brújula es un instrumento topográfico que sirve para determinar direcciones con relación a la meridiana magnética. Generalmente son aparatos de mano; pueden apoyarse en tripié, bastón o en una vara cualquiera. Las partes principales de la Brújula son: 1. La caja que lleva un circulo graduado de 0º a 360º en el sentido del movimiento de las manecillas del reloj, ó de 0º a 90º en ambas direcciones de N y S y, generalmente, los puntos E y W invertidos debido al movimiento relativo de la aguja respecto a la caja. 2. Un nivel circular que se usa para mantener el círculo graduado en un plano horizontal, cuando se toman direcciones con la brújula. 3. Pínulas, ocular y objetivo, son los elementos que sirven para dirigir la visual y están colocados en línea con los puntos cardinales N y S de la caja de la brújula. 4.

Una aguja imantada que puede girar libremente sobre un pivote colocado en el centro del círculo graduado. La punta S lleva un contrapeso para contrarrestar la atracción magnética en el sentido vertical.

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Aguja imantada

Ocular Caja

Pínulas

Nivel circular Brújula tipo Brunton

Su aplicación es frecuente en diversas ramas de la ingeniería. Se emplea en reconocimientos preliminares para el trazado de carreteras, levantamientos topográficos, elaboración de mapas geológicos, etc. Planímetro Es un instrumento manual que permite calcular superficies de polígonos irregulares, limitados con curvas y rectas, y a veces sin forma muy precisa, en donde la geometría analítica no es de gran apoyo. Las partes más importantes de un planímetro son la punta trazadora, el brazo ancla con contrapeso y poste, el disco y tambor graduados.

Punta trazadora

Brazo

Planímetro digital

Para la obtención de superficies, se coloca la aguja o punta trazadora en un punto del dibujo, ajustando en cero la lectura inicial. A continuación se recorre cuidadosamente el perímetro de la figura en el sentido horario hasta que la punta regresa al punto inicial mostrando el valor del área para la superficie medida.

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

Tránsito

El Tránsito es tal vez el instrumento topográfico más universal en la práctica de la Topografía. Aunque en los últimos años, ha tomado gran auge el uso de las estaciones totales; siendo hasta el momento un equipo caro y su uso se puede establecer para ciertas condiciones de medición. El Tránsito (Teodolito) son fundamentalmente equivalentes y pueden desempeñar básicamente las mismas funciones. Sus partes principales son:

Objetivo  Telescopio

Ocular Retícula Horizontal

 Limbos

Vertical  vernier

 Brújula  Niveles tubulares  Movimientos

General. Fija todo el aparato Particular. Lecturas horizontales

 Alidada  Tornillos niveladores  Base  Tripié

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Tornillo del movimiento vertical

Objetivo Círculo vertical Eje de alturas

Telescopio

Tornillo de enfoque Nivel del anteojo

Ocular

Tornillo tangencial del movimiento vertical

Brújula Línea de colimación

Nivel del círculo horizontal Tornillo del movimiento particular Tornillo tangencial del movimiento particular

Tornillos niveladores

Eje azimutal (o vertical) Tránsito de vernier

De forma general se describen cada una de sus partes: Telescopio. Sirve para precisar la línea visual formando la línea de colimación que une los centros del objetivo y de la retícula. Sus partes esenciales son: objetivo, ocular, retícula y tubo telescópico.  Objetivo: En su forma más simple está compuesto por las lentes que definen un sistema

convergente; una exterior biconvexo, de crown glass y otra interior planocóncava o

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cóncavoconvexa, de flint glass (cristal). El objetivo hace que la imagen del objeto visto se forme en el plano de la retícula.

Objetivo

Ocular

Retícula

 Ocular: Hace las veces de un microscopio, ampliando la imagen formada sobre el plano de la

retícula y se compone de dos lentes planoconvexas.

Objeto

Objetivo

Observador Ocular

 Retícula: Es generalmente un disco de vidrio con tres hilos horizontales, paralelos entre si y equidistantes; y de un hilo vertical que corta por en medio a los tres anteriores. Generalmente son hilos de tela de araña o de platino, también se usan rayados finamente sobre un vidrio. La retícula se mantiene en su debida posición por medio de cuatro tornillos de calaveras que permiten mover vertical u horizontalmente, o puede hacerse girar un ángulo pequeño alrededor del eje del anteojo.

Tornillos de calavera

Hilo vertical

Hilo horizontal Hilos estadimétricos

 Tubo telescópico. Es el armazón en el que están colocados el objetivo, el ocular y la retícula. Para observar un objeto por medio de un telescopio es necesario enfocar primero la imagen de los hilos de la retícula por medio del tornillo de enfoque del ocular, y después, por medio del tornillo de enfoque del objetivo, se enfoca la imagen producida por el objetivo en el plano de la retícula.

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Línea de colimación

Objetivo

Hilos de la retícula

Porta ocular

Limbo horizontal. Es un círculo horizontal graduado que gira alrededor del eje azimutal y con la ayuda de la alidada que se encuentra sobre él, proporciona el ángulo horizontal entre dos visuales. Tiene dos vernieres diametralmente opuestos y situados en las partes descubiertas de la base de la alidada. Tiene un tornillo de presión del movimiento general para movimientos grandes, y otro llamado tangencial del movimiento general para movimientos finos; este último solo funciona cuando el primero esta apretado. Eje azimutal. Es el eje de simetría vertical del Tránsito (Teodolito), alrededor del cual gira todo el instrumento y da el azimut de la línea que proporciona la visual dirigida por el telescopio. Eje azimutal (o vertical)

Línea de colimación

Eje de alturas (u horizontal)

Eje de alturas. Es en eje horizontal que está situado en la parte superior de la alidada y sostiene el telescopio que describe un plano vertical cuando gira a su alrededor, definiendo una vuelta completa llamada “vuelta de campana”. Limbo vertical. Es un círculo vertical graduado que gira junto con el telescopio y sirve para medir ángulos verticales. Su vernier se encuentra situado en uno de los apoyos del eje de alturas. Tiene un

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tornillo de presión para movimientos grandes, y otro llamado tangencial para movimientos finos; este último solo funciona cuando el primero esta apretado. Alidada. Es todo lo que se encuentra arriba del limbo horizontal. Sirve para dirigir visuales y contiene vernieres, tornillos de presión, tornillos tangenciales y brújula. Niveles. En la base de la alidada, existen generalmente dos niveles ubicados perpendicularmente uno del otro para el centrado horizontal del Tránsito y otro nivel fijo paralelamente al telescopio que sirve para usar el Transito como nivel. Tornillos niveladores. Todo el Tránsito descansa sobre tres apoyos llamados tornillos niveladores y éstos, sobre una base que se enrosca a la cabeza del tripié que sirve para colocar el Transito o Teodolito en estación y a una altura conveniente para trabajar.

Tornillos niveladores Nivel

90º

Base. La parte inferior de la base se asemeja a un anillo, donde por medio de un tornillo de sujeción del tripié se fija el Tránsito y que en el proceso del centrado del mismo, se puede aflojar para afinarlo sin tener que mover el tripié. El extremo inferior del eje vertical termina en un gancho que sirve para colgar la plomada que define el punto o la estación. Brújula. Se encuentra en la base y en el centro de la alidada. Tiene un tornillo para despegar la aguja del pivote cuando se hace uso de ella. Algunos Tránsitos traen un tornillo para ajustar el limbo graduado de la brújula y también para ponerle declinación magnética cuando se requiere operar con rumbos astronómicos. Tripié. Es un accesorio que tiene la particularidad de soportar un equipo de medición como un tránsito, teodolito o estación total, 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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Centrado y nivelado Esta actividad se realiza: 1. Se coloca el aparato a la altura necesaria, pero sobre la referencia (trompo, varilla, etc.), 2. En caso de que la plomada no marque exactamente el centro de la referencia, levántese completamente y muévase lo necesario, todo esto observando que la plataforma del aparato este aproximadamente horizontal, 3. Con el movimiento de las patas del tripié se hace llegar la punta de la plomada al centro de referencia; logrando el centrado preciso, aflojando el tornillo de sujeción del aparato, moviéndolo en la dirección que se requiera, 4. Terminado lo anterior, se procede a la nivelación del mismo, 5. En instrumentos de tres tornillos niveladores; se coloca el nivel paralelo a dos tornillos de ellos, 6. Se hace que la burbuja llegue al centro girando los tornillos niveladores de manera simultánea; el movimiento del pulgar izquierdo indica el desplazamiento de la burbuja, 7. Gire el telescopio un cuarto de vuelta, o sea 90º, centre la burbuja utilizando el tercer tornillo, 8. Repítase la operación anterior (tres), hasta que las burbujas queden centradas en cualquier posición; logrando con esto la nivelación del aparato. Usos del tránsito Debido a la gran variedad de usos que se le dan, él Tránsito es el aparato universal para la Topografía. Se emplea para: a) b) c) d) e) f)

Medir ángulos horizontales y verticales Trazar ángulos horizontales y verticales Medir distancias Determinar diferencias de elevación Medir direcciones Trazar y prolongar líneas

Teoría del vernier. Tránsito de vernier La lectura de ángulos horizontales y verticales, sobre los círculos graduados se hace con vernier para aumentar la aproximación que tienen las graduaciones. Para medir los ángulos horizontales, los Tránsitos, en su mayoría están provistos de dos vernieres a 180º uno del otro, y que se mueven junto con el anteojo. Definición El vernier es una pequeña placa dividida independientemente del limbo y en contacto con él y que tiene por objeto apreciar fracciones del menor espacio en que está dividido el limbo. La aproximación de la lectura del vernier se obtiene mediante la relación:

Aproximaci ón del vernier 

Valor de la menor división del limbo Número de divisiones del vernier

O sea,

a

d n 17

Ejemplo Graduación del limbo 30’ 20’

Divisiones del vernier 30 40

Aproximación del aparato 01’ 30’’

Lectura del vernier Para obtener el valor de la lectura, léase primero sobre el limbo, en la dirección de la graduación, los números enteros que se encuentran antes de llegar al cero del vernier. Enseguida, léase el valor de la fracción sobre el vernier, contando el número de divisiones que haya desde el cero hasta que se encuentre la coincidencia de una división del vernier con una división del limbo. Las dos lecturas, tanto la del limbo como la del vernier deben hacerse en la misma dirección y deben sumarse para obtener el valor total.

30

90

Vernier 20

10

10

20

100

30

Limbo = 98º 30’ Vernier = 12’ Total = 98º 42’

Limbo



Teodolito (de micrómetro óptico y electrónico)

Estos instrumentos constan básicamente de un visor o microscopio que tienen un sistema óptico situado dentro de él. Generalmente hay un ocular para lectura, adyacente al ocular del anteojo o situado en uno de los soportes de éste. Algunos instrumentos tienen micrómetros ópticos para la lectura fraccionaria de intervalos en los círculos horizontal y vertical; se leen directamente en recuadros definidos para cada uno, y las fracciones se obtienen girando la perilla del micrómetro, centrando la marca de referencia para los grados, logrando así la lectura del ángulo.

2’40”

2’50”

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 Teodolito electrónico

Es la versión del teodolito óptico, con la incorporación de electrónica para hacer las lecturas del círculo vertical y horizontal, desplegando los ángulos en una pantalla, eliminando errores de apreciación. Son de uso muy sencillo y alta precisión. Estos instrumentos constan generalmente de: Nivel esférico. Caja cilíndrica tapada por un casquete esférico. Cuanto menor sea el radio de curvatura menos sensible serán; sirven para obtener de forma rápida el plano horizontal. Estos niveles tienen en el centro un círculo, hay que colocar la burbuja dentro del círculo para hallar un plano horizontal bastante aproximado. Tienen menor precisión que los niveles tubulares, su precisión está en 1´ como máximo, aunque lo normal es 10´ o 12´. Plomada óptica. Es la que llevan hoy en día los teodolitos, por el ocular vemos el suelo y así ponemos el aparato en la misma vertical que el punto buscado. 

Estación total (electrónica y motorizada)

Se conoce con este nombre, al instrumento que integra en un sólo equipo las funciones realizadas por el teodolito electrónico, un medidor electrónico de distancias y un microprocesador para realizar los cálculos que sean necesarios para determinar las coordenadas rectangulares de los puntos del terreno. Entre las operaciones que realiza una Estación Total, puede mencionarse: obtención de promedios de mediciones múltiples angulares y de distancias, corrección electrónica de distancias por constantes de prisma, presión atmosférica y temperatura, correcciones por curvatura y refracción terrestre, reducción de la distancia inclinada a sus componentes horizontal y vertical así como el cálculo de coordenadas de los puntos levantados. El manejo y control de las funciones de la Estación Total se realiza por medio de la pantalla y del teclado, las funciones principales se ejecutan pulsando una tecla, como la introducción de caracteres alfanuméricos, medir una distancia.

Estación Total 610 Sokkia

Estación Motorizada Sokkia

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El modo de operar una Estación Total es similar al de un teodolito electrónico, se comienza haciendo estación en el punto topográfico y luego se procede a la nivelación del aparato. Para iniciar las mediciones es necesario orientar la Estación Total previamente, para lo cual se requiere hacer estación en un punto de coordenadas conocidas o supuestas y conocer un azimut de referencia, el cual se introduce mediante el teclado. Para la medición de distancias el distanciómetro electrónico incorporado a la Estación Total calcula la distancia de manera indirecta en base al tiempo que tarda la onda electromagnética en viajar de un extremo a otro de una línea y regresar. La Estación Total, equipo que se ha popularizado desde finales del siglo XX e inicio del XXI, evita las incidencias negativas del factor humano durante la medición y cálculo, con un incremento sustancial de la eficiencia y de la eficacia en las operaciones de campo; puede decirse entonces que la Estación Total constituye el instrumento universal moderno en la práctica de la Topografía, que puede ser utilizada para cualquier tipo de levantamiento topográfico de una manera rápida y precisa y el vaciado de datos de campo libre de error. La Estación Total es utilizada tanto en levantamientos planimétricos como altimétricos, independientemente del tamaño del proyecto. Los levantamientos realizados con este instrumento son rápidos y precisos, el vaciado de los datos de campo está libre de error, el cálculo se hace a través del software y el dibujo es asistido por computadora, lo cual garantiza una presentación final, el plano topográfico, en un formato claro, pulcro y que cumple con las especificaciones técnicas requeridas. Equipo GPS (Sistema de Posicionamiento Global) El Sistema de Posicionamiento Global, mejor conocido como GPS (Global Positioning System) es un sistema de navegación basado en una red de 24 satélites denominada NAVSTAR, siendo el acrónimo en inglés de NAVigation System for Time And Ranging, traducido como Sistema de Posicionamiento Global, situados en una órbita geoestacionaria a unos 20.200 Km de la Tierra, y unos receptores GPS, que permiten determinar nuestra posición en cualquier lugar del planeta, de día o de noche y bajo cualquier condición meteorológica. Al no haber comunicación directa entre el usuario y los satélites, el GPS puede dar servicio a un número ilimitado de usuarios. El Sistema de Posicionamiento Global consta de tres divisiones: espacio, control y usuario. La división espacio incluye la red de 24 satélites denominada NAVSTAR y los cohetes Delta que lanzan los satélites desde Cabo Cañaveral, en Florida, Estados Unidos. Los satélites GPS se desplazan en órbitas geoestacionarias a 20.200 Km. de altitud, invirtiendo 12 horas en cada una de las órbitas. Éstas tienen una inclinación de 55° para asegurar la cobertura de las regiones polares. La energía la proporcionan células solares, por lo que los satélites se orientan continuamente dirigiendo los paneles solares hacia el Sol y las antenas hacia la Tierra. Cada satélite cuenta con cuatro relojes atómicos. La división control incluye la estación de control principal en la base de las Fuerzas Aéreas Falcon, en Colorado Springs, Estados Unidos, y las estaciones de observación situadas en Falcon AFB, Hawai, en la isla de Ascensión en el Atlántico, en Diego García en el océano Índico, y en la isla Kwajalein en el Pacífico sur. Las divisiones de control utilizan las medidas recogidas en las estaciones de observación para predecir el comportamiento de las órbitas y relojes de cada satélite. Los datos de predicción se conectan a los satélites para transmitirlos a los usuarios. La división control también se asegura que las órbitas de los satélites GPS permanezcan entre los límites y de que los relojes no se alejen demasiado del comportamiento nominal.

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La división usuario es un término en principio asociado a los receptores militares. Los GPS militares utilizan equipos integrados en armas de fuego, armamento pesado, artillería, helicópteros, buques, submarinos, carros de combate, vehículos de uso múltiple y los equipos individuales para soldados. Además de las actividades básicas de navegación, su aplicación en el campo militar incluye designaciones de destino, apoyo aéreo, municiones `terminales' y puntos de reunión de tropas. La lanzadera espacial está dotada de un Sistema de Posicionamiento Global. Está constituido por los instrumentos utilizados para recepcionar y procesar la señal emitida por los satélites. Estos instrumentos están integrados esencialmente por una antena y un receptor. Un equipo complementario es usado, en ocasiones, para transferir datos entre receptores. La antena está conectada por cable al receptor o en otros casos forman una sola unidad. Las coordenadas que se calculan corresponden al centro radioeléctrico de la antena. El receptor consta de un mínimo de 4 canales (generalmente 10 ó 12) que permiten recepcionar y procesar simultáneamente la señal de cada satélite. Posee además un oscilador de cuarzo que permite generar la frecuencia de referencia para realizar la observación. Un microprocesador interno con el software correspondiente calcula las coordenadas de la antena y la velocidad y acimut si el aparato está en movimiento. Posee además una memoria para almacenar observaciones. La capacidad de esta memoria varía de acuerdo al tipo de receptor, pudiendo llegar a almacenar información durante varias decenas de horas. Todo equipo adiciona una unidad de alimentación eléctrica que deberá brindar al receptor la autonomía necesaria. Los equipos están en continuo desarrollo y su evolución es comparable a la experimentada en informática durante las últimas décadas para los ordenadores personales. El GPS es un sistema que tiene como objetivo la determinación de las coordenadas espaciales de puntos respecto de un sistema de referencia mundial. Los puntos pueden estar ubicados en cualquier lugar del planeta, pueden permanecer estáticos o en movimiento y las observaciones pueden realizarse en cualquier momento del día.

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Para la obtención de coordenadas el sistema se basa en la determinación simultánea de las distancias a cuatro satélites (como mínimo) de coordenadas conocidas. Estas distancias se obtienen a partir de las señales emitidas por los satélites, las que son recibidas por receptores especialmente diseñados. Las coordenadas de los satélites son provistas al receptor por el sistema. Desde el punto de vista geodésico-topográfico, el Sistema GPS responde a dos requerimientos básicos:  

Planteo directo o levantamiento: se tiene en el terreno un punto materializado, un pilar con placa y marca, un mojón, etc. Se piden sus coordenadas en un sistema de referencia prefijado. Planteo inverso o replanteo: se dan las coordenadas de un punto en un sistema de referencia determinado y se pide la localización de dicho punto, que, de no estarlo ya, será materializado en el terreno.

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Levantamientos topográficos en proyección horizontal Competencia: Realiza levantamientos y cálculos topográficos, así como el dibujo del plano respectivo.  Levantamientos y trazos con cinta Medida de distancias La medición de la distancia entre dos puntos constituye una operación común en todos los trabajos de topografía. El método y los instrumentos seleccionados en la medición de distancias dependerán de la importancia y precisión requeridas. Distancia Topográfica Todos los levantamientos topográficos son representados a escala sobre el plano horizontal, por lo que cuando se mide una distancia entre dos puntos sobre la superficie terrestre, ésta debe ser en proyección horizontal. La medida de distancia entre dos puntos puede hacerse en forma:  Directa: con cinta  Indirecta: con telémetros (Taquimetría) Medición de distancias con cinta La medición de una línea horizontal con cinta se basa en aplicar directamente la longitud conocida de un elemento lineal graduado sobre la línea cierto número de veces. En el proceso de medición se introducen una serie de errores tanto sistemáticos como aleatorios que son inevitables, pero que podemos corregir o reducir al mínimo mediante el empleo de técnicas y equipos adecuados. Otro tipo de errores, no predecibles en magnitud y por lo tanto difíciles de detectar y corregir, son los errores groseros, los cuales se cometen generalmente por distracción o falta de concentración en el trabajo. Medida de distancias en terreno horizontal Se pone la cinta paralela al terreno, al aire; que no toque o se apoye en el suelo, se marcan los tramos, previamente alineados clavando estacas o trompos (pedazos de varilla, 25 a 30 cm). Baliza

l1

A

l2

l3

Dist. AB

l4

ln

B

23

La tensión recomendada en la medición con cinta metálica es de 4 Kg. fuerza por cada 20 m de longitud, aproximadamente (se trata de minimizar el error por catenaria). Dist.AB  l1  l 2  l3  l 4    ln

Medida de distancias en terreno inclinado Generalmente se mide por tramos, poniendo la cinta horizontal a ojo u en su defecto utilizar nivel de mano. Plomada

Baliza l1

l2 l3 l4 l5 l6 l7 l8

A

l9

Dist. AB

ln

B

Errores y tolerancias Sistemáticos:  Longitud incorrecta de la cinta,  Catenaria,  Alineamiento incorrecto,  Inclinación de la cinta,  Variaciones por temperatura,  Variaciones en la tensión. Accidentales  De índice o de ubicación de la plomada (la vertical no está sobre la referencia),  Variaciones en la tensión,  Apreciación de fracciones al leer las graduaciones. Errores Groseros  

Confundir marcas en el terreno, Error de lectura,

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 

Error de anotación, Errores aritméticos al sumar distancias parciales.

Tolerancias en medida de distancias con cinta: Distancia medida en los dos sentidos; ida y vuelta: T  2e

2L l

Donde: T: tolerancia, en metros, e : error cometido en una puesta de cinta, en metros, L: promedio de medidas, en metros, l: longitud de la cinta empleada, en metros. Condiciones de las medidas e (metros) Precisas en terreno plano y correcciones 0.015 Terreno plano, cinta comparada 0.02 De 2a clase terreno abrupto 0.03 Terreno muy quebrado 0.05

 Trazos y problemas que se resuelven con cinta     

Trazo de perpendiculares Trazo de paralelas Trazo de alineamientos Determinación de distancias: Puntos visibles e inaccesibles Trazo de ángulos

Trazo de perpendiculares: a) Levantar una perpendicular en cualquier punto sobre una linea. b) Desde un punto exterior a un alineamiento bajar una perpendicular a este. D 7

4m

5m

A

12 0

90º

3m

B 3

90º

M B

N A

C

Proporción: (5n)2  (4n)2  (3n)2

25

Trazo de paralelas: 

Por un punto C trazar una paralela al alineamiento MN. C

D

C

D P

90º

90º

M

N A

M

N

B

A

B

Trazo de alineamientos: 

Puntos invisibles uno del otro. M

a’

b’

c’

N

90º

a

Así, de la proporción: aa' bb' cc' NQ    K Ma Mb Mc MQ NQ se deduce : aa'   Ma  K  Ma MQ bb'  K  Mb

90º

b

90º

c

cc'  K  Mc

90º

Q

P

Baliza

B C

A D

M

N A

B

C

D

26

Determinación de distancias:  

Puntos inaccesibles pero visibles. Salvando un obstáculo. B

P 90º

Q 90º

A

P

A Construcción

Por triángulossemejantes: AB AQ  AP PQ



B

Del triángulorectángulo:

AQ  AP AB  PQ

AB  (AP)2  (BP)2

Trazo de ángulos:  

Por el triángulo rectángulo. Por el método de la cuerda. B

B

1 α 2

α A

α

Linea base

C

BC  AC tan α

A

M

α C

BM 2BM BC   ; AC 2AC 2AC BC  2AC sen 12 α

sen 12 α 

Levantamientos con cinta Estos levantamientos se emplean cuando el terreno es sensiblemente plano, descubierto y accesible. Generalmente los levantamientos en TOPOGRAFÍA se realizan trazando polígonos en el terreno.

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En Topografía se da el nombre de poligonal a un polígono o a una línea quebrada de n lados; o como una sucesión de líneas rectas que conectan una serie de puntos fijos. Las longitudes y direcciones de dichas líneas, se determinan a partir de mediciones en el campo. 

Poligonal cerrada. Aquella cuyos extremos inicial y final coinciden; es decir, es un polígono.



Poligonal abierta. Línea quebrada de n lados o aquella poligonal cuyos extremos no coinciden.

Métodos Los métodos que generalmente se aplican son:

Métodos de levantamientos con cinta

Triángulos:  Radiaciones  Diagonales

Lados de liga

Coordenadas Prolongación de alineamientos

Triangulación:  

Dividiendo en triángulos, desde uno o más vértices el polígono de base, trazando sus diagonales. Desde un punto interior trazar sus radiaciones a los vértices del polígono de base. B

B C

C diagonales

P A

D

E

A

D

E

radiaciones

Lados de liga: 

Aquí se miden los lados del polígono de base y, además, las líneas que ligan dos puntos pertenecientes a lados contiguos y la cuerda que los une.

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B

a

C

c

A

Cuerda

B

α A

C

a α  2 ang. sen

D

c 2a

H

G

E

Lados de liga

F

Prolongación de alineamientos: 

Sobre un polígono de base que puede ser un rectángulo envolvente, se miden las distancias de los alineamientos del perímetro prolongado a ojo. D

C

3

2

4 1

A Lados prolongados (Se miden)

6

5

B Polígono envolvente

Coordenadas: 

Permite fijar cada vértice del polígono de base independientemente de los demás, proyectándolos sobre dos ejes rectangulares convenientemente elegidos.

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Y

Y3

3

Y2

2

4

Y4

1

Y1 Y5

5

O

X1

X2

X5

X3

X4

X

Eje de proyección



Cálculos, correcciones y dibujo

 Cálculos 

Ángulos interiores del polígono de base: Se obtienen cada uno de los ángulos del triángulo.

Comprobación angular: 

tan

1 A 2

tan

1 B 2

tan

1 C 2

p - b p - c  pp - a  p - a p - c  pp - b  p - a p - b  pp - c 

A + B + C = 180°

Superficie del polígono de apoyo: triángulo S  p(p - a)(p - b)(p - c)

Donde: a, b, c: lados del triángulo, p: semiperímetro;

p

abc 2

Finalmente los ángulos y la superficie del polígono, se obtendrán sumando los valores de cada uno de los triángulos trazados.

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 Correcciones Estas se realizan determinado los errores, tolerancias y precisión. Errores 

Error angular Para levantamientos con cinta, este error se justifica con la comprobación angular de cada triángulo, obteniendo posteriormente los ángulos interiores del polígono, aplicando la condición geométrica,  angs.interiores  180(n - 2)

Siendo: n: número de lados del polígono 

Error lineal En levantamientos con cinta e igualmente utilizando brújula, este se determina gráficamente y de la misma manera se corrige.

Tolerancias Se entiende por tolerancia el error máximo admisible en las mediciones topográficas. 

Tolerancia angular Independientemente del procedimiento topográfico utilizado, la tolerancia angular se determina; TA  a n

Siendo: TA = tolerancia angular, en minutos de arco, a: aproximación del aparato, en minutos de arco, n: número de vértices de la poligonal. Para levantamientos con cinta; la aproximación se considera: a = 01° aproximadamente. Para corregir un trabajo, se debe de cumplir; EA < TA Caso contrario, se tendrán que repetir las mediciones. 

Tolerancia lineal

Prácticamente se determina; Terreno Plano Accidentado

Tolerancia lineal

L TL  1000 L TL  500

Donde: TL: tolerancia lineal, en metros L: perímetro de la poligonal, en metros Si el error de cierre no rebasa la tolerancia establecida, se procede a compensar el error gráficamente.

31

Precisión o error relativo Esta se calcula dividiendo el error de cierre por el perímetro del polígono; P

EL L

Donde: P: Precisión EL: Error de cierre ΣL: Perímetro de la poligonal La precisión generalmente se representa:

P

1 L EL

Esto indica que habrá una unidad de error por cada cierto número de unidades de medidas

 Dibujo y construcción del plano Escala: La escala de un plano es la relación fija que todas las distancias en el plano guardan con las distancias correspondientes en el terreno. Los límites en la percepción visual y las escalas. Por convenio, se admite que la vista humana normal puede percibir sobre el papel magnitudes de hasta 1 de milímetro, con un error en dicha percepción menor o igual a 1 de milímetro. (Agudeza visual) 4 5 Es muy importante tener esto en cuenta en la práctica, pues dependiendo de la escala a la que estemos trabajando, deberemos adaptar los trabajos de campo a la misma. Por ejemplo: si estamos trabajando a escala 1 , los 0.2 mm. del plano ( 1 de mm) de error 50000 5 inevitable, estarían representados en el terreno por 10 mts. Esto quiere decir que la determinación en campo de distancias con mayor precisión de 10 mts. es de todo inútil, pues no lo podremos percibir correctamente en el plano. Como es usual en muchos proyectos de ingeniería, trabajamos a escala 1 , tendremos que lo 0.2 mm. 1000 del plano corresponden a 20 cm. en el terreno, debiendo adaptar las medidas tomadas en campo a esta última magnitud. Está claro, por tanto, que debe evitarse un excesivo nivel de detalle en los trabajos de campo, ya que luego no tendrán una representación en el plano final.

Escala numérica Una unidad de longitud en el plano representa un número determinado de las mismas unidades de longitud en el terreno, como: 1 1 1 , , , etc. ó 1: 250,1: 500 250 500 1000

Escala gráfica Es una línea subdividida en distancias del plano que corresponden a unidades de longitud en el terreno. La fórmula general de la escala es;

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l 1  L M

En la cual: L: longitud medida en el terreno, l: longitud en el plano, M: denominador o modulo de la escala. Ejemplo: 1. Determinar la longitud en el terreno de una línea medida en el plano, de 23 mm a una escala 1:50,000. 2.

Se mide un área a escala 1:100 resultando 250 cm2. ¿Cuál es el área real?

Construcción del plano      

Dibujo topográfico: La poligonal de apoyo y del terreno; así como los detalles más importantes, tanto naturales como los realizados por la mano del hombre, Orientación: Esta se ubica de preferencia en la parte superior derecha del plano, Croquis de localización: Debe de representar la información geográfica tal que sea muy sencillo su ubicación desde cualquier perspectiva, Cuadro de construcción: Los elementos numéricos necesarios como resultado de la aplicación de cualquier procedimiento topográfico: Distancias, direcciones, coordenadas, superficies, etc. Simbología topográfica: La representación simboliza de los detalles plasmados en el plano topográfico, Cuadro de referencia: Información general del trabajo topográfico realizado: Empresa, Logotipo, Tipo de levantamiento, Nombre del responsable de quien ejecuto el trabajo, escala, ubicación, fecha, etc.

CROQUIS DE LOCALIZACIÓN

N . J. AV

IZ MA F. RU

SS

IEU

S HA DE NC S CA LL RTIVA T BA PO DE SQUE BA

AD UNIDRTIVA O DEP

AS IC IN I OF L PR DE

DE HA NC CA OL FUTB

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE GUERRERO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA PROGRAMA EDUCATIVO: LEVANTAMIENTO:

ESCALA: 1:250

ING. TOPÓGRAFO GEODESTA CON TRÁNSITO Y CINTA

LEVANTÓ:

YURIDIA CRISTELL BASILIO BELLO

REVISÓ:

ING. MARTIN ZUÑIGA GUTIERREZ

BRIGADA 3

CHILPANCINGO, GRO. A 18 DICIEMBRE DEL 2004

Prácticas en cada caso

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Ejemplo Resolver el siguiente triángulo: a = 29.290 m b = 59.855 m c = 54.840 m B

Fórmulas: tan

p - b p - c  pp - a  p - a p - c  pp - b  p - a p - b  pp - c 

1 A 2

1 tan B  2 1 tan C  2

a

c

C b

A

abc p 2 S  p(p - a) (p - b) (p - c)

Solución: P= 71.992 P – a= 42.702 P – b= 12.137 P – c= 17.152

Ángulo A:

Ángulo B:

Ángulo C:

1 tan B  2

tan

1 A 2

(12.137)(17.152)  71.992(42.702)

208.1738  0.2602 3074.2024

A  2 tan 1 (0.2602)  A  2910'

(42.702)(17.152)  71.992(12.137)

732.4247  0.9156 873.7669

B  2 tan 1 (0.9156)  B  8457'

1 tan C  2

(42.702)(12.137) 518.2742   0.6479 71.992(17.152) 1234.8068

C  2 tan 1 (0.2602)  C  6553'

Superficie: S  71.992(42.702)(12.137)(17.152)  S  799.980 m2 Comprobación: A+B+C=180°, 29°10’ + 84°57’ + 65°53’ = 180°

Ej. Resolver los siguientes triángulos: a) a = 76.34 m b = 107.58 m c = 115.44 m

b) a = 32.60 m b = 61.50 m c = 83.44 m

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Levantamientos con brújula y cinta La orientación topográfica, en términos generales, tiene por objeto dar a las líneas de un plano la misma dirección que guardan sus homólogas en el terreno. La dirección de cualquier línea se determina por el ángulo horizontal que forma con alguna referencia real o imaginaria que tiene una dirección fija. Comúnmente se emplean como líneas de referencia la meridiana astronómica o la meridiana magnética. Definiciones Plano meridiano astronómico o verdadero de un punto. Es el círculo máximo que pasa por ese punto y por los polos terrestres. PN Meridiana Astronómica

A O

Ecuador

PS

Plano meridiano magnético. Es el plano vertical en que se coloca una aguja imanada y orientada bajo la acción única del campo magnético terrestre. Meridiana astronómica o verdadera. Es la dirección norte-sur dada por la intersección del plano meridiano astronómico con el horizonte. Se determina a partir de observaciones al Sol o a las Estrellas (Polar). Meridiana magnética. Es la línea paralela a las líneas magnéticas de fuerza de la Tierra; su dirección es la que toma una aguja magnética suspendida libremente. Esta se emplea como una línea de referencia en los levantamientos topográficos tradicionales, los diversos instrumentos topográficos de medición angular suelen llevar todos una brújula. Declinación magnética. Es el ángulo que se forma entre la meridiana astronómica y la magnética. En nuestro país la declinación magnética es oriental; es decir, el extremo norte de la aguja de la brújula apunta al Este de la meridiana astronómica o verdadera. Esta cambia de valor de un lugar a otro, ya que está sujeta a ciertas variaciones de tiempo y de lugar. Chilpancingo tiene una declinación de 07º 43’.8 E, aproximadamente.

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N.A. (Norte Astronómico)

NM. (Norte Magnético)

 : Declinación Magnética

A

En la actualidad, el polo norte magnético está ubicado aproximadamente a 1000 millas al Sur del Polo Norte astronómico en el Ártico canadiense, cerca de la isla Ellef Rinanes. Se mueve hacia el norte a razón de 15 kilómetros por año.

Ángulos y direcciones La dirección de una línea se puede definir por el rumbo o por el azimut. Ambos pueden ser magnéticos o astronómicos. Los datos astronómicos se consideran invariables, y también se les llama verdaderos. Azimut y rumbo de una línea Azimut de una línea: Es el ángulo que forma una línea con la dirección Norte-Sur, medido de 0º a 360º a partir del Norte, en el sentido del movimiento de las manecillas del reloj. N

AzAB

N

A AZIMUT DIRECTO

C AZIMUT INVERSO

B

AzAB

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Tomando la línea AB, su azimut directo es el que se toma en el origen de la línea, o sea, en A visando B. El azimut inverso es el que se toma en el extremo final de la línea, en B visando A. Entre ambos azimutes, directo e inverso, existe una diferencia de 180º; Azimut inverso = Azimut directo + 180º Rumbo de una línea: Es el ángulo horizontal que dicha línea forma con el eje Norte-Sur, su valor está comprendido entre 0º y 90º; a partir del Norte o a partir del Sur, hacia el Este o hacia el Oeste. N

D

E 39º 57’

W

37º 43’

N

A

E RUMBO DIRECTO

SE 61º 40’

C

61º 40’

61º 40’

52º 27’ S

RUMBO INVERSO NW 61º 40’ W

B

E

S

Tomando la línea AB, su rumbo directo es el que se toma estacionado en A y visando B. El rumbo inverso es el que se toma en sentido opuesto, o sea de B a A. Conversión de azimutes a rumbos y viceversa Con frecuencia hay necesidad de convertir los azimutes a rumbos y viceversa. Para facilitar esta conversión, estableceremos la relación entre azimut y rumbo en cada uno de los cuatro cuadrantes.

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1ER. Cuadrante; N

B

Az

Rbo. = Az Az = Rbo.

Rbo. E

A

2DO. Cuadrante;

Rbo. = Rumbo Az = Azimut

N

Az. A A

E

z

Rbo. = 180º - Az Az = 180º - Rbo.

Rbo. S

B

3ER. Cuadrante; N

Rbo. = Az – 180º Az = 180º + Rbo.

W

A B

Az

Rbo. S

38

4TO. Cuadrante; N

Rbo. = 360º - Az Az = 360º - Rbo.

B

Rbo.

A

W

Az

Levantamientos con brújula y cinta Usos de la brújula Se emplea para levantamientos secundarios, reconocimientos, trabajos preliminares, para tomar radiaciones en trabajos de configuración, para polígonos apoyados en otros levantamientos más precisos, etc. No debe emplearse la brújula en zonas donde quede sujeta a atracciones locales, tales como: poblaciones, líneas de transmisiones eléctricas, estructuras de acero, etc. Levantamiento de una poligonal con brújula y cinta El procedimiento consiste en recorrer el perímetro de la poligonal, tomando los datos necesarios para la elaboración y construcción del plano. 3

4

5

6

2 B

C Poligonal de apoyo

Poligonal del terreno

1

E

A

8 C



D

A

L

L

7

E

Trabajo de campo

Comprende las operaciones siguientes:

39

1. 2. 3. 4.

Reconocimiento del terreno, Materialización de los vértices de la poligonal y del terreno, Dibujo del croquis, como resultado del recorrido del levantamiento, Recorrido del perímetro del polígono de base y de la poligonal del terreno, tomando los rumbos (azimutes) directo (hacia delante) e inverso (hacia atrás) de los lados y tomando sus distancias medidas con cinta, 5. Levantamientos de detalles. Los datos resultados del levantamiento, se anotan en forma clara y ordenada, en el siguiente formato como registro de campo: Registro de campo Levantamiento:_______________________________ Levantó:______________________________ Lugar:______________________________ Fecha._______________ Aparato__________________ Dist.(m) Rumbos EST. P.V. Croquis y Notas Ida Vuelta Directos Inversos

 Cálculos y correcciones 

Trabajo de gabinete

El procedimiento usual es: a) Con los Rumbos tomados hacia atrás y hacia adelante (inverso y directo) en cada vértice o estación, se obtienen los Rumbos observados, b) A partir de estos, se calculan los ángulos interiores, por diferencia de rumbos, en cada vértice. Al calcular los ángulos interiores de cualquier polígono levantado con brújula y cinta, se debe verificar;  ángulosinteriores 180n - 2

Si existe alguna diferencia, esta no deberá exceder la tolerancia angular; TA  a n

Donde: TA = Tolerancia angular en minutos a = aproximación del aparato, que en el uso de la brújula es ± 30’ n = número de vértices de la poligonal Si: EA > TA ; las operaciones de campo se repiten, Donde: EA: error angular

40

Corrección angular: El error angular EA, generalmente se reparte entre todos los ángulos medidos; o sea: EA , procurando cumplir con la condición geométrica establecida, según el polígono; corrigiendo así los n

ángulos interiores, c) Se escoge un rumbo base que se supone correcto. Este puede ser el de un lado cuyos rumbos directo e inverso hayan coincidido mejor, d) A partir del rumbo base, con los ángulos interiores calculados, se calculan nuevos rumbos para todos los lados del polígono, que serán los rumbos calculados. Error de cierre lineal Como a pesar de todas las precauciones tomadas en el terreno y en la elaboración del dibujo, generalmente, el extremo final del polígono de base no coincide con el origen, la distancia gráfica entre dichos puntos es el error de cierre que no deberá ser mayor que la tolerancia lineal. C

B

A

A’

D

Error lineal, EL E

La tolerancia lineal, TL se calcula: Terreno Plano

Tolerancia lineal L TL  1000 Accidentado L TL  500

Donde: L = perímetro de la poligonal, en metros. Si el error lineal no rebasa la tolerancia establecida, se compensará el error gráficamente. La precisión o error relativo en un levantamiento se calcula dividiendo el error de cierre por el perímetro del polígono, P

EL L

Donde:

41

P = precisión o error relativo, EL = error lineal, ƩL = perímetro de la poligonal, Generalmente, la precisión se representa;

P

1 L EL

“Lo que nos indica que habrá una unidad de error por cada cierto número de medidas”. La precisión o error relativo en los levantamientos con brújula y cinta se define; Terreno Plano

Precisión

L 1000 L TL  500

TL 

Accidentado

Compensación lineal Determinado el error de cierre y si este se encuentra dentro de la tolerancia establecida, la poligonal se corrige en forma gráfica de la manera siguiente: a) Se calculan las correcciones considerando que los errores son proporcionales a las longitudes de los lados de la poligonal. El error unitario o error por metro " e " , se calcula: e

EL L



E  e ( L)

Donde: EL : Error lineal  L : Perímetro de la poligonal Calculando " e " , las correcciones se obtienen: C1 = e L1 C2 = e (L1 + L2) C3 = e ( L1 + L2 + L3) C4 = e ( L1 + L2 + L3 + L4) C0’ = e ( L1 + L2 + L3 + L4 + L5)

:

C0’ = e (  L )

Se concluye que: C0’ = E

b) Por los vértices de la poligonal se trazan paralelas al error de cierre, en sentido contrario al error.

42

1’

1 Poligonal sin compensar

L2 L1 Error de cierre

2

2’

0

0’ L3 Poligonal compensada

L5 3’ 4’

4

3

L4

c) Luego, sobre estas paralelas se miden las correcciones respectivas para cada vértice: para el vértice 1, C1, para el vértice 2, C2, para el vértice 3, C3, y así sucesivamente hasta el último vértice. d) Por último uniendo estos puntos tendremos la poligonal compensada. Ejemplo. Con los datos de campo de la práctica respectiva, calcular: a) Los ángulos interiores del polígono a partir de los rumbos observados, b) El error angular (EA), c) La tolerancia angular (TA), d) La corrección angular (C), e) Los ángulos interiores corregidos, f) Los rumbos, a partir del rumbo base y los ángulos interiores corregidos. Registro de campo Levantamiento con brújula y cinta. Levantó:___________________________ Lugar:__________________ Fecha:___________ EST.

P.V.

Dist. (mts.)

A B C D E

B C D E A

37.00 40.50 36.50 37.45 35.00

Rumbos Directos Inversos N 45° 00’ E S 45° 30’ W N 37° 00’ W S 37° 00’ E S 70° 30’ W N 70° 00’ E S 02° 00’ E N 02° 00’ W S 75° 00’ E N 75° 30’ W

Croquis y Notas

Prácticas en cada caso

43

Levantamientos con tránsito y cinta Los levantamientos con Tránsito y cinta, consisten en el trazo de poligonales, que es la operación de establecer las estaciones de ésta y de hacer las mediciones necesarias, es uno de los procedimientos fundamentales y más utilizados en la práctica para determinar la ubicación relativa entre puntos en el terreno. Las poligonales son figuras geométricas compuestas por una serie de líneas consecutivas cuyas longitudes y direcciones se determinan a partir de mediciones en el campo. Básicamente existen dos tipos de poligonales, la cerrada y la abierta; nuestro análisis se enfocara en ellas, previamente efectuadas todas las correcciones y ajustes respectivos. Hay dos tipos básicos de poligonales: La cerrada. Las líneas regresan al punto de partida, formándose así un polígono geométrica y analíticamente cerrado. Son de aplicación extensa en levantamientos topográficos. B

C

N P

Ángulos A D

Punto de control

Lados de la poligonal

Estación de

E

la poligonal

La abierta. Las líneas terminan en otra estación, que puede tener una exactitud de posición igual o mayor que la del punto de partida. Son geométricamente abiertas, pero analíticamente cerradas. Se usan generalmente en los levantamientos de vías terrestres.

Ángulos B

E P2

A N C

D

P1

44

El establecimiento de estas poligonales consiste en: Medir ángulos, direcciones y distancias.  Medida directa de ángulos Consiste en medir en todos los vértices de la poligonal los ángulos que forman los dos lados que concurren al vértice de observación (Estación). Este método se emplea preferentemente en el levantamiento de poligonales cerradas, ya que podemos medir ángulos interiores o exteriores. Ángulos interiores Consiste simplemente en medir todos los ángulos interiores de la poligonal. Se emplea en el trazo de poligonales cerradas. F E

N AzAB

Ángulos Interiores

A B D recorrido

C

Es conveniente medir todos los ángulos interiores en el mismo sentido, en el sentido del movimiento de las manecillas del reloj o a la derecha, porque así se reducen los errores de lectura, registro y trazo. Condición geométrica Al tomar ángulos interiores, el recorrido del trazo de la poligonal, se realiza en sentido contrario del movimiento de las manecillas del reloj. En el campo, al terminar el levantamiento se determina el error angular comparando la suma de los ángulos observados con la suma que, para la poligonal levantada, da la condición geométrica.

Condición geométrica(C geom )  180ºn  2 El error angular, Eang:

Eang   angs. obs.  180º n  2 

La tolerancia angular, TA, se calcula: TA  a n

Donde: a: aproximación del aparato n: número de vértices de la poligonal

45

Ejemplo Registro de un levantamiento con tránsito y cinta, midiendo ángulos horizontales internos. EST. P.V. Dist. Ángulo R.M.O. A B 52.146 135°59’ N 58° 41’ E B C 50.159 91° 08’ C D 51.153 112° 18’ D E 55.431 116° 48’ E A 50.435 83° 47’

Ángulos exteriores En este, a diferencia del anterior, es que se toman los ángulos exteriores, es decir, los ángulos de afuera de una poligonal. Recorrido

B C N AzAB

Ángulos Exteriores

A F D

E

Para este caso, el recorrido de la poligonal, se realiza en el sentido del movimiento de las manecillas del reloj, midiendo así los ángulos a la derecha. Condición geométrica. Esta se obtiene: Condición geométrica  180º (n  2)

El error angular, EA:

E A   angs. obs.  180ºn  2

La tolerancia angular, TA, se obtiene de la misma manera que el caso anterior: TA  a n

46

Si el error angular es menor o igual que la tolerancia, el levantamiento se realizó correctamente; en caso contrario se repite el trabajo de campo.

Ejemplo Registro de un levantamiento con tránsito y cinta, midiendo ángulos horizontales externos. EST. P.V. Dist. Ángulo R.M.O. A B 50.435 224° 01’ N 77° 18’ W B C 55.431 276° 13’ C D 51.153 243° 12’ D E 50.159 247° 43’ E A 52.146 268° 53’

 Método de deflexiones Ángulo de deflexión Se denomina ángulo de deflexión, el ángulo que se forma de un lado de la poligonal con la prolongación del lado anterior. Estos ángulos se consideran positivos o negativos según se midan a la derecha (DD) o a la izquierda (DI) de la prolongación.

2

1

4

DD

3

DI

Este método se usa generalmente en el trazo de poligonales abiertas como las empleadas en el trazo de una vía de comunicación. En las poligonales abiertas, los errores angulares se pueden determinar haciendo observaciones astronómicas a intervalos; o comparando con puntos de control establecidos con equipo GPS (Sistema de Posicionamiento Global), tomando en cuenta la convergencia de meridianos para distancias largas.

47

P Línea de control N

B

AzAB

D D

D

A

C

I

E D

F

En poligonales cerradas, la suma algebraica de ángulos de deflexión es constante e igual a 360º. Es decir, la condición geométrica del cierre angular de la poligonal se expresa:

 Deflexione s (  ) -  Deflexione s (-)  360º de la figura : ABCDE : Poligonal

B

D1, D 2 , D 5 : Deflexiones luego : a  b  c  180º d  e  f  180º g  h  i  180º a  b    i  3  180º tambien: D1  a  d  g  180º D2  b  180º D 3  c  e  180º D4  h  f D5  i

D1

A

c

d

C e

g

D3 f

 180º  180º

D5

3180º

 D  3  180º  5  180º

D2

a

D1  D 2    D 5  a  b    i  5  180º D1  D 2    D 5   a  b   i   D

b

:

i E

h

D

D4

 D  360º

 Método de conservación de azimutes Este método, como su nombre lo indica, consiste en conservar el azimut de un lado leído en una estación, para partir de él en las lecturas que se ejecuten en la siguiente estación. Está basado tal que, sí en una estación cualquiera se orienta el instrumento y se visa la estación siguiente, la lectura de limbo horizontal dará directamente el AZIMUT de la línea que une las dos estaciones.

48

Este método es aplicable a cualquier tipo de poligonales. N

N

B

N

AzBC

AzAB A

C

N

F

AzCD N

AzEF

AzDE

D

E

N B

AzBC

N

AzAB

N

A

C

N

AzCD

AzFA F

N N

AzDE

AzEF

D

E

Comprobación del cierre angular La diferencia entre el azimut de partida y el azimut de llegada es el error de cierre angular del polígono que debe sujetarse a la tolerancia angular: TA  a n

49

Cálculos y correcciones Terminado el trabajo de campo, se procede a ordenar los datos tomados y efectuar los cálculos que con ellos se ejecutan, con objeto de obtener los elementos necesarios para construir el plano. Todos estos elementos se anotan en una hoja de papel con rayado especial llamada planilla de cálculo. Todo lo anterior se denomina trabajo de gabinete. 

Corrección o compensación angular de una poligonal cerrada

Si EA
:

C A  corrección angular

b) Distribuir el error en los ángulos comprendidos entre lados más pequeños; c) Aplicar la corrección a cada cierto número de ángulos; n' 

n EA

;

n' : número de estación

La corrección angular se aplica con signo contrario al error angular. 

Cálculo de azimutes y rumbos de los lados de la poligonal

Poligonales cerradas. Ángulos internos o externos Después de ajustar los ángulos, procedemos al cálculo de azimutes y rumbos. Esto obliga a conocer la dirección de por lo menos de una línea de la poligonal. El cálculo de azimutes se realiza: N N

AzAB

Ángulo

AzBC

horizontal B

AzAB

180º

A

N D

AzCD 180º

C

AzBC

50

de la figura : AzBC  AzAB  180º   B AzCD  AzBC  180º   C luego: AzAB  180º  AzINVAB AzBC  180º  AzINVBC donde : AzBC  AzINVAB   B AzCD  AzINVBC   C

Estableciendo la regla: “El azimut de un lado cualquiera de una poligonal se obtiene sumando al azimut inverso del lado anterior el ángulo horizontal tomado en la estación que es origen del lado cuyo azimut se busca”. N

Ejemplo Con los datos de la figura, calcular el azimut de la línea BC. Sol. AzBC  Az AB  180º   B  350º 46'  180º  88º 35' 619º 21' - 360º

B AzBC 88º 35’ C

AzBC  259º 21'

N 350º 46’ A

Teniendo los azimutes, el cálculo de rumbos se realiza transformando los azimutes a rumbo, como se definió anteriormente. Esto es: . Rbo. = N Az E . Rbo. = S 180º - Az E

. Rbo. = S Az – 180º W V. Rbo. = N 360º - Az W

 Método práctico para el cálculo de rumbos Para este caso se necesita tener el ángulo horizontal a la derecha y consiste: a) Si el rumbo de partida es NE o SW y H el ángulo horizontal, entonces: H + Rbo. = C b) Si el rumbo de partida es NW o SE, H – Rbo. = C

51

c) El origen de la cantidad C, se toma:  

A partir de S sí el Rbo. es NE o NW A partir de N sí el Rbo. es SE o SW

Resumiendo: N

Cuadrante

Operación numérica

NE SW NW SE

H + Rbo. = C

Origen de C S N S N

H – Rbo. = C

N C

C S

S

Ejemplo Calcular los rumbos tomando en cuenta los siguientes ángulos: ES. A B C D E SUMAS 

Áng. Horizontal 100º 44’ 101º 35’ 89º 05’ 17º 11’ 231º 24’ 539º 59’

Corrección 12’’ 12’’ 12’’ 12’’ 12’’ 60’’

Áng. Ajustado 100º 44’ 12’’ 101º 35’ 12’’ 89º 05’ 12’’ 17º 11’ 12’’ 231º 24’ 12’’ 540º 00’ 00’’

R.M.C N 26º 10’ 00’’

Cálculo de azimutes o rumbos de una poligonal. Método de deflexiones.

En una poligonal levantada por el método de deflexiones, el cálculo de azimutes se realiza: “El azimut de un lado se obtiene sumando algebraicamente la deflexión al azimut del lado anterior”. Si la deflexión es negativa y mayor que el Azimut se le agregan a éste 360º para que la resta resulte positiva. N

AzCD = AzBC + DD A

AzAB

N N

AzCD AzBC

B

C

DD (+)

DI (-) D

AzBC = AzAB - DI

52



Cálculo de rumbos en función del rumbo inicial y ángulos de deflexión.

Ahora, si se tiene el rumbo de un lado y las deflexiones, se pueden obtener los RUMBOS de los siguientes lados, aplicando las reglas: N

RboAB

B



N

RboAB

Rbo



BC  180º- Rbo AB

 

RboBC C

A N

A N

RboAB

B

RboBC



Rbo

BC 

Rbo AB  

RboAB

C

 Si el lado de la poligonal está en el cuadrante NE o SW se suma al rumbo del lado la deflexión derecha y se resta la deflexión izquierda; y si el lado está en el cuadrante SE o NW se suma al rumbo del lado la deflexión izquierda y se resta la deflexión derecha.  Cuando la suma del rumbo y la deflexión exceda de 90º, se toma el suplemento y se cambia la letra N por S y viceversa; y si al tomar la diferencia entre un rumbo y la deflexión, ésta resulta negativa, se cambia la E por W, y viceversa. Ejemplo Con los datos del siguiente registro de campo, calcular: a) Error angular b) Tolerancia angular c) Corrección angular d) Azimutes e) Rumbos

53

Registro de campo EST. 0 1 2 3

P.V. 1 A 2 B 3 C 0 O

Distancias 31.96 23.60 49.96 20.46 47.72 18.90 62.93 23.20

 Hor. 101º 02’ 243º 00’ 92º 30’ 236º 05’ 101º 55’ 206º 16’ 64º 33’ 213º 02’

Croquis

R.M.O. D

C

S 09º 37’ W

3 2

0

1

A

B C a l l e

Prácticas en cada caso

54

Cálculo y ajuste de poligonales Los ángulos o las direcciones medidas de una poligonal cerrada pueden comprobarse fácilmente antes de dejar el campo. Las medidas lineales, especialmente las determinadas con cinta, aún cuando se repitan, tienen mayores probabilidades de error y deben verificarse mediante el cálculo, que generalmente se hace en gabinete para determinar si la poligonal compensa la precisión exigida. Si se han satisfecho las especificaciones, se ajusta luego la poligonal para lograr un “cierre perfecto”, es decir, la congruencia geométrica entre los ángulos y las longitudes; de lo contrario, tienen que repetirse las mediciones en el campo hasta lograr los resultados adecuados.  Regla de la brújula Existen varios métodos para repartir el error de cierre lineal y hacer que el polígono cierre perfectamente. Uno de los procedimientos o métodos más empleado es la regla de la brújula o de Bowditch, y está basado en: 1. En que los errores en el levantamiento son accidentales y varían con la raíz cuadrada de la longitud de los lados directamente por lo que se corrige proporcionalmente a las longitudes de los lados. 2. Que los errores angulares tienen efecto semejante a los de las longitudes. De lo anterior se tiene: cx l  Ex L cy Ey



l L

,

,

cx 

cy 

Ex . l Ex  .l L L Ey . l L



Ey L

ó

cx  k .l

donde k 

cy  k .l

donde k 

Y, .l

ó

Ex L Ey L

En la cual:

c x : corrección a la proyecciónde un lado sobre el eje E - W c y : corrección a la proyecciónde un lado sobre el eje N - S

E x : Error de cierre de proyecciones en el eje E - W E y : Error de cierre de proyecciones en el eje N - S l : longitudde un lado L : Suma de las longitudesde los lados(Perímetro)

 Regla del tránsito Esta regla considera: 1. Accidentales los errores de levantamiento por poligonales. 2. La precisión de las distancias son inferiores a la medida de los ángulos. En esta regla, los errores de cierre de las proyecciones se reparten proporcionalmente a las proyecciones de cada lado, esto es: cx P  x Ex  Px

,

cx 

E x  Px Ex   Px ó  Px  Px

c x  K  Px

donde

K

Ex  Px

y,

55

cy Ey



Py

,

 Py

cy 

E y  Py  Py



Ey  Py

 Py ó

c y  K  Py

donde

K

Ey  Py

En la cual:

c x : corrección a la proyecciónde un lado sobre el eje E - W c y : corrección a la proyecciónde un lado sobre el eje N - S

E x : Error de cierre de proyecciones en el eje E - W E y : Error de cierre de proyecciones en el eje N - S Px : Proyecciónde un lado sobre el eje E - W Py : Proyecciónde un lado sobre el eje N - S  Px : Suma de proyecciones sobre el eje E - W  Py : Suma de proyecciones sobre el eje N - S

Planilla de cálculo Es un cuadro especial en la que se ordenan los cálculos en forma de tabla, elementos que nos van a permitir la construcción del dibujo de la poligonal y de los detalles del área levantada. Como por ejemplo, ajuste de los ángulos, rumbos o azimutes, cálculo de proyecciones, ajuste lineal, cálculo de coordenadas; por enumerar solamente algunos elementos que en ella se realizan.  Ajuste de poligonales En el caso de una poligonal cerrada el error lineal de cierre debe distribuirse entre todo el polígono para cerrar la figura, aún cuando al trazar la poligonal a la escala convenida el error de cierre sea insignificante.

N Y

E

G F

A’ EY

D

EL A

C

B

E EX

X

EL: Error lineal

56

 Cálculo de proyecciones de los lados del polígono Después de ajustar los ángulos y calcular los rumbos, se procede a verificar el cierre lineal de la poligonal calculando las proyecciones X y Y de cada lado. Las proyecciones de un lado del polígono, las definen los catetos de un triángulo rectángulo, es decir, el que se forma por una vertical que parte de la estación hasta encontrar a la horizontal que parte del punto visado. Y PX N

Proyección Y

PY

RboAB

B

l

A X Proyección X

por trigonometría, de la figura : sen Rbo.  cos Rbo. 

Px l Py l

,

Px  l sen Rbo

,

Py  l cos Rbo

 Determinación de los errores Ex y Ey. Una vez calculadas las proyecciones de los lados del, polígono, se suman las proyecciones E, W, N y S. De tal forma que los errores en X y Y se obtienen: E x   PE   PW E y   PN   PS

 Error de cierre lineal, EL. Debido a los pequeños errores al medir los ángulos y las distancias, y al reconstruir la poligonal partiendo de la primera estación A, no se llega nuevamente a ella sino a la estación A’. Esta diferencia es lo que llamamos error lineal, y se obtiene:

57

Y A’ EL

EY EX

A

X

por el Teorema de Pitágoras; EL 

E x 2  E y 2

 Tolerancia lineal, TL. La tolerancia en el cierre lineal de un polígono levantado con tránsito y cinta, se calcula aplicando: Orden del levantamiento PRECISO PRIMERO SEGUNDO TERCERO

Tolerancias TL  P(0.000 000 011P  0.000 02) TL  P(0.000 000 045P  0.000 08) TL  P(0.000 000 18P  0.000 2) TL  P(0.000 000 40P  0.000 5)

Donde: P: perímetro de la poligonal, en metros. En la práctica, pueden emplearse: Orden PRECISO PRIMERO SEGUNDO TERCERO

Tolerancias

TL  P 10000 TL  P 5000 TL  P 3000 TL  P 1000

 Precisión relativa, P. La precisión o error relativo se expresa como la fracción

58

P

Donde:

El L

o bién,

P

1 L El

L: perímetro de la poligonal El: Error lineal

 Compensación lineal del polígono Sí

E l  TL

se procede a la compensación lineal del polígono. Independientemente de la Regla de ajuste lineal que se utilice, la comprobación de las correcciones calculadas deben cumplir la condición:  Cx  Ex  Cy  Ey

El signo de las correcciones será tal que: Se sume a las proyecciones cuya suma es menor y se reste a las proyecciones cuya suma es mayor, esto es para equilibrarlas y lograr que:  PE   PW  PN   PS

 Cálculo de las coordenadas de los vértices del polígono Las coordenadas de los vértices de la poligonal se calculan sumando algebraicamente las proyecciones de cada lado a las coordenadas de la estación anterior. Basta que a un vértice se le asignen sus coordenadas para que queden fijados los ejes, y a partir de esas coordenadas se calculan las de los demás, sumando o restando las proyecciones de los lados que ligan consecutivamente los vértices. Se procura que todo el polígono quede en el primer cuadrante, logrando esto con la asignación de coordenadas de tal manera que todas resulten positivas. Por medio de coordenadas se pueden dibujar polígonos, obtener superficies y resolver problemas que se presentan en Topografía. En cuanto al dibujo al dibujo por coordenadas, es el método más conveniente, pues cada punto se fija en su posición, independientemente de los demás, y en el caso de algún error en el dibujo de un punto, no se afectan los otros, como sucede si se dibuja a basándose en los ángulos y distancias.  Cálculo de rumbos en función de las coordenadas Conocidas las coordenadas de dos puntos, se pude determinar su rumbo, realizando:

59

N Y B (XB, YB)

Rbo.

(YB – YA)

A (XA, YA)

X

E

(XB – XA)

por trigonometria, tan Rbo. 

XB  X A YB  YA

Las siglas del rumbo se definen en función de los valores que resulten de la diferencia de las abscisas y ordenadas, es decir, los signos definirán el cuadrante del Rumbo.

Ordenadas NW

NE

 

  SW

   

Abscisas

SE

 Cálculo de ángulos horizontales Estos se obtienen de acuerdo a la geometría de la poligonal del terreno, en función de los Rumbos Magnéticos Calculados (R.M.C), siempre y cuando se tengan las coordenadas de los puntos que definen dicha poligonal.

60

N

F

E

N Rbo.FA

A

N C Rbo.AB

B

Ejemplo El valor del ángulo A en la figura, se obtiene: A = 180º - (RboAB + RboAF)  Distancia de un lado en función de sus coordenadas Esta se calcula aplicando la fórmula de la distancia entre dos puntos: d AB 

X B  X A 2  YB  YA 2

Ejemplo Realizar los cálculos de la práctica respectiva. Planilla topográfica. Prácticas en cada caso

61

Cálculo y medición de áreas El área de cualquier figura generada por la aplicación de cualquier método de levantamiento topográfico es su superficie. Esta generalmente se representa en hectáreas (ha), 1 ha. = 10,000 m2 Su representación es:

00 ------------ 00 ---------- 00 Hectáreas -------áreas-----centiáreas

Métodos gráficos Para aplicar estos métodos es necesario el plano de la figura para tomar los datos con ayuda de la escala. Se requiere además de una construcción del plano ejecutada con el mayor esmero, una escala bastante grande para medir con suficiente precisión las líneas necesarias, ya que las superficies se obtienen por medio del producto de las distancias y cualquier error que haya en éstas tiene mucha influencia en los resultados. Ejemplo Si un dibujo se realizó a una escala 1:500, ¿cuantos metros cuadrados representa en el terreno un milímetro cuadrado? Métodos mecánicos Las superficies se pueden determinar mecánicamente, con planímetro mecánico o electrónico. Los planímetros mecánicos, son instrumentos por medio de los cuales se va siguiendo con una punta trazadora el perímetro del polígono dado, transmitiéndose este movimiento a un tambor graduado, en el cual se lee el número de revoluciones recorridas, siendo este número proporcional a la superficie. En los electrónicos, la superficie se obtiene de manera directa en la unidad requerida.  El planímetro Es un instrumento que permite calcular superficies de polígonos irregulares, limitados con curvas y rectas, y a veces sin forma muy precisa, en donde la geometría analítica no es de gran apoyo. El procedimiento, consiste en seguir el contorno de la figura sobre el papel con una punta delineadora o trazadora, aunque hoy en moda el uso de los CADs nos facilita de manera electrónica el cálculo y medición de cualquier tipo de superficies, sean regulares e irregulares. Para la obtención de superficies, se coloca la aguja o punta trazadora en un punto del dibujo, ajustando en cero la lectura inicial. A continuación se recorre cuidadosamente el perímetro de la figura hasta que la punta regresa al punto inicial, tomándose la lectura final. Superficie = lectura x el factor de escala

62

Métodos analíticos La superficie se determina analíticamente:     

Por triangulación del polígono Por coordenadas Por medio de las dobles distancias meridianas Por la regla de los trapecios Por la regla de Simpson

 Por coordenadas El procedimiento consiste esencialmente en encontrar las superficies de los trapecios formados al proyectar los lados del polígono sobre un par de ejes coordenados. Y e d

5’

5

E 4

4’

D a

1’

c

3’

b

2’

1

A

C

3

B 2

X

La superficie del polígono, resulta:

S  bBcC  cCdD  dDeE - bBaA - aAeE Siendo figuras de trapecios, donde su área es igual a: AT 

Bb h 2

Luego, la superficie del polígono, tomando en cuenta las coordenadas de cada punto y considerando los trapecios respectivos, se tiene: XB  XC X  YC  YB   C 2 XB  X A X   YA  YB   E 2

S

 XD X  XE  YD  YC   D  YE  YD  2 2  XA  YE  YA  2

63

S

1  X B YC  X B YB  X C YC  X C YB  X C YD  X C YC  X D YD  X D YC  X D YE  X D YD    2  X E YE  X E YD  X B YA  X B YB  X A YA  X A YB  X E YE  X E YA  X A YE  X A YA 

1 X B YC  X C YB  X C YD  X D YC  X D YE  X E YD  X B YA  X A YB  X E YA  X A YE  2 ordenando:

S

S

1 X A YB  X B YC  X C YD  X D YE  X E YA  X A YE  X B YA  X C YB  X D YC  X E YD  2

A este resultado se llega con mayor facilidad tabulando en forma ordenada las coordenadas de los vértices del polígono, repitiendo al final las del primero. Realizando los productos cruzados se obtienen los mismos productos de la fórmula. EST. A B C D E

Coordenadas X Y XA YA XB YB XC YC XD YD XE YE XA YA

Productos cruzados (+) (-) XBYA XAYB XCYB XBYC XDYC XCYD XEYD XDYE XAYE XEYA PROD. PROD.

Donde: S

1  PROD.    PROD.  2



 



 Por doble distancias meridianas La superficie por este método se obtiene en función de las proyecciones de los lados y se toma como meridiano de referencia el que pase por algún vértice del polígono, generalmente el vértice que se encuentre más hacia el oeste, (W).

64

N

B

b c

b’

e’

d’

C

A

e

E

d

D

Distancia meridiana (d.m.) de un punto es la longitud de la perpendicular bajada del punto al meridiano de referencia. Ejemplo La distancia meridiana de B es Bb. La doble distancia meridiana (d.d.m.) de un lado es la suma de las distancias meridianas de sus extremos. Ejemplo La doble distancia meridiana del lado BC es Bb+Cc. Así, la superficie del trapecio BCbc, es: S

1 Bb  Cc bc , 2

2S  Bb  Cc bc - - - - - - - - - - - - - - - -(1)

Ahora, de la figura, la doble distancia meridiana de AB es simplemente la proyección del lado AB sobre el eje de las X, pues la distancia meridiana de A es nula, luego: d.d.m.AB  Bb  X AB

La doble distancia meridiana de BC es; d.d.m.BC  Bb  Cc  Bb  cb'b' C

65

Pero:

Bb  d.d.m.AB cb'  proyeccióndel lado AB sobre el eje de las X  x AB b' C  proyeccióndel ladoBC sobre el eje de las X  x BC

Donde:

d.d.m.BC  d.d.m.AB  x AB  xBC

La doble distancia meridiana de CD es; d.d.m.CD  Cc  Dd  Cc  cb'b' d'  Cc  cb'  b' C - d' C en la cual, Cc  cb'  Cc  Bb  d.d.m.BC b' C  x BC d' C  x CD

Entonces:

d.d.m.CD  d.d.m.BC  x BC  x CD

La doble distancia meridiana de DE es; d.d.m.DE  Dd  Ee  Dd  Cc  Cd'd' e' en la cual, Dd  Cc  d.d.m.CD Cd'  x CD d' e'  x DE

Luego:

d.d.m.DE  d.d.m.CD  x CD  x DE

Por último, la doble distancia meridiana EA es: d.d.m.EA  Ee  X EA

Luego de (1) y relacionando las d.d.m. para dicho polígono se llega a la siguiente regla: “La superficie de un polígono se obtiene multiplicando la proyección de las Ys de cada lado del polígono por la doble distancia meridiana correspondiente. Luego se suman algebraicamente estos productos y el resultado se divide por dos. El signo de cada producto está definido por la proyección.”

66

Aplicaciones Ejemplo de aplicación de un levantamiento con Tránsito y Cinta. Planilla de cálculo.

Levantamiento con tránsito y cinta.

Registro de campo Levantamiento con tránsito y cinta. Levantó:_____________________________________________Lugar:__________________ Fecha:___________ Dist.

Ángulos I.E.D

B

203.75

57° 18'

1

23.39

229° 50'

C

181.00

14° 07'

3

51.58

137° 36'

2

48.80

234° 12'

A

52.35

108° 34´

4

48.95

200° 26'

EST. P.V. A

B

C

R.M.O.

Croquis y Notas

N 58º 43’ W

La planilla resuelta se presenta en el anexo I.

67

 Cálculo de rumbos, distancias y ángulo horizontal de la poligonal del terreno:

Para esto se ordenan las coordenadas de los puntos de la poligonal del terreno, y se aplican las fórmulas: d AB 

X B  X A 2  YB  YA 2 , para las distancias

tan Rbo. 

XB  X A , para los rumbos YB  YA

Coordenadas EST. 1 2 3 4

Distancias Y 523.109 266.765 259.063 513.816

X 496.388 466.133 540.707 571.505

R.M.C.

258.123 SW 06º 43’ 52” 74.971 SE 84º 06’ 12” 256.608 NE 06º 53’ 36” 75.670 NW 82º 56’ 51”

Angulo interior 89º40’43” 89º 09’ 56” 90º 59’ 48” 90º 09’ 33” 360º 00’ 00”

 Superficie del terreno.

Con las coordenadas de los puntos que definen la poligonal del terreno, se calcula dicho valor:

Coordenadas

(+)

(-)

EST. Y 1 2 3 4 1

523.109 266.765 259.063 513.816 523.109

X 496.388 466.133 540.707 571.505 496.388

132,418.94 243,838.37 120,757.81 144,241.70 277,818.50 148,055.80 298,959.41 255,052.10

(SUMAS) 791,187.97 829,954.66 ½ DIF.  19,383.345 m2 SUP.

1-93-83.345 Htas.

68

 Cuadro de construcción

Finalmente se resume esta información con los datos numéricos necesarios para la elaboración del dibujo y la construcción del PLANO TOPOGRÁFICO.

Cuadro de construcción

EST P.V. Distancias 1 2 3 4

2 3 4 1

258.123 74.971 256.608 75.670

R.M.C

Ángulo interior

SW 06º 43’ 52” 89º40’43” SE 84º 06’ 12” 89º 09’ 56” NE 06º 53’ 36” 90º 59’ 48” NW 82º 56’ 51” 90º 09’ 33”

Coordenadas Y

X

523.109 266.765 259.063 513.816

496.388 466.133 540.707 571.505

360º 00’ 00”

Prácticas en cada caso

69

Recursos de aprendizaje: Básica  García Márquez; Fernando. 2003. Curso básico de Topografía. Editorial Pax México.  Montes de Oca, Miguel. Topografía. 2003. Editorial Alfaomega.  Alcántara García, Dante. 2007. Topografía y sus aplicaciones. Primera reimpresión 2011. Grupo Editorial Patria, S. A. de C. V.  McCormac, Jack. 2004. Topografía. Editorial Limusa Wiley.  Zúñiga Gutiérrez Martín. Apuntes del curso. Unidad Académica de Ingeniería. UAG Complementaria  Wolf, Paul R./Ghilani, Charles D. 2009. Topografía. Editorial Alfaomega, 11ª. Edición.  A. Bannister-S. Raymond. 1987. Técnicas Modernas en Topografía. Representaciones y Servicios de Ingeniería, S. A. México.  Huerta, E.; Mangiaterra, A.; Noguera, G. GPS, Posicionamiento Global. UNR Editora - 1a. ed. Universidad Nacional de Rosario, 2005.  www.leica-geosystems.com  www.sokkia.com  www.trimble.com  www.magellan.com

70

Anexo I.

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE GUERRERO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA PLANILLA DE CÁLCULO

Levantamiento Tránsito y cinta

EST.

P.V.

A

B 1 C 3 2 A 4

B

C

Sumas

Dist.

Ángulos I.E.D

203.75 23.39 181.00 51.58 48.80 52.35 48.95

57° 18' 229° 50' 14° 07' 137° 36' 234° 12' 108° 34´ 200° 26'

C

Ángulo Hor. Correg. 57° 18' 14° 07'

01´

108° 35´

359°60´

Levantó_______________________________Calculó_____________________________Fecha Mayo/13

Proyecciones sin corregir Azimut

R.M.C.

178° 35’ 351° 07’ 12° 42’ 136° 11’ 232° 47’ 301° 17’ 33° 08’

S01°25'E N08°53'W N12°42'E S43°49'E S52°47'W N58°43'W N33°08'E

N

176.572

C

S

E

0.031+

203.688

5.037

-

0.028

39.791

Proyecciones corregidas C

-

-

W

N

0.042

S

E

203.719

4.995

23.109 176.544

0.038

203.755

-

0.011+

0.008

0.067

203.688

44.830

0.091

44.739

44.739

27.175 40.991

203.719

W 3.612

37.218 29.516 27.183

Coordenadas

39.755 35.712 38.862 44.750 26.756

203.719

44.750

44.750

Y

X

500.000 523.109 296.281 259.063 266.765 472.825 513.816

500.000 496.388 504.995 540.707 466.133 544.749 571.505

500.000

500.000

EST. A 1 B 3 2 C 4

71

72