USO Y MANEJO DE NIVEL DE INGENIRO – TOPCON AT-G6
1. INTRODUCCIÓN: En la ingeniería se establecen puntos de control: poligonales, líneas de base, etc. Los levantamientos topográficos y los mapas proporcionan información sobre la localización horizontal y sobre las altitudes, necesarios para diseñar estructuras como edificios, canales, carreteras, puentes, etc. Para levantar los planos de estas obras se parte de los mismos puntos de control utilizados en los levantamientos topográficos originales. Nivelar significa determinar la altitud de un punto respecto a un plano horizontal de referencia, esta filosofía ha sido usada desde hace mucho tiempo atrás, prueba de ello son la existencia de las grandes fortalezas del imperio incaico, las pirámides de Egipto, o simplemente la construcciones modernas. Hoy en día la construcción de edificios, caminos, canales y las grandes obras civiles no quedan exoneradas del proceso de nivelación, incluso los albañiles hacen uso del principio de vasos comunicantes para replantear en obras los niveles que indican los planos. Muchos mapas topográficos se realizan gracias a la fotogrametría, y más recientemente, desde satélites artificiales. En las fotografías deben aparecer las medidas horizontales y verticales del terreno. Estas fotografías se restituyen en modelos tridimensionales para preparar la realización de un mapa a escala. En un plano topográfico las curvas de nivel, que unen puntos de igual altitud, se utilizan para representar las altitudes en cualquiera de los diferentes intervalos medidos en metros, que proporcionan una representación del terreno fácil de interpretar. Los temas a tratar en el presente manual son:
Nivel de Ingeniero y Sus Partes.
La Nivelación.
Clases de Nivelación.
Nivelación simple.
Nivelación compuesta.
Nivelación Abierta y Cerrada
Tipos de errores suscitados en una nivelación.
Elementos y términos técnicos importantes en una nivelación topográfica:
Instrumentos y Herramientas utilizadas.
Nivel de ingeniero.
Libreta de Campo
La mira o (Regla métrica).
Trípode.
Wincha.
Estacas.
GPS.
Calculo de libreta de campo y errores.
Así mismo debemos tener en cuenta que dentro de la Nivelación, También se estudia teoría de errores, ya que en muchos trabajos topográficos se exigen determinados valores de exactitud y precisión en los resultados Para lo cual deberemos tener en cuenta las causantes de los errores en la nivelación topográfica.
1.1.
OBJETIVOS.
1.1.1. Objetivo General:
En esta ocasión el objetivo es saber utilizar el nivel de ingeniero saber estacionarse con el equipo y poder lectura la mira o regla métrica.
También Brindar al estudiante los elementos, tanto prácticos como teóricos porque son muy necesarios para realizar los métodos de NIVELACION TOPOGRAFICA Y LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO y utilizarlas para la creación de PERFILES LONGITUDINALES Y PLANOS TOPOGRAFICOS.
Aprender y aplicarlas en procedimientos de cálculo que permitan obtener datos útiles como CARRETERAS, CALLES, CANALES, SANEAMIENTO DE AGUA Y DESAGUE, ENTUBADOS (OLEODUCTOS Y LINEAS DE CONDUCCION), ZAPATAS Y REPLANTEOS.
1.1.2. Objetivos Específicos:
Explicar en lo que consiste el nivel y sus características más resaltantes.
Saber medir con nivel ingeniero y teodolito electrónico y conocer cómo se coloca el instrumento.
Que el estudiante conozca sobre que es muy importante saber utilizar estos instrumentos fundamentales ya que será de mucha utilidad y necesario para la topografía en un trabajo futuro como ingeniero civil.
1.2.
ANTECEDENTES HISTÓRICOS. La nivelación y el origen del teodolito están muy relacionada por la aparición de la agricultura, las ciudades, la construcción y el manejo de ríos. Las primeras civilizaciones como una demostración de los avances empíricos de la topografía. Este artículo pone a los sumerios como los inventores de la topografía. El origen del teodolito data aproximadamente el año 10 d.c. su primer diseñador fue creado en Herón o Herón de Alejandría. El primer teodolito fue construido en 1787 por el óptico y mecánico RAMSDEN.
1.3.
IMPORTANCIA DE LA PRÁCTICA. Son de gran importancia las prácticas de campo por que aprendimos y adquirimos conocimiento sobre la utilidad del nivel de ingeniero y diversos métodos de NIVELACION donde gracias a ello podremos aplicarlo en el ámbito profesional. También fortaleceremos nuestras habilidades disiparemos dudas y ganaremos experiencias Porque si un alumno lo ve lo recordara, si lo oye lo entenderá y si lo hace lo aprenderá.
1.4.
ASPECTOS GENERALES. Los trabajos de control de campo se llevaron a cabo desarrollando las actividades siguientes.
1.4.1.1. NIVEL DE INGENIERO Y SUS PARTES. Nivel de ingeniero o equialtimetro: Instrumento compuesto principalmente de un anteojo que lleva un nivel tubular. Con el conjunto (anteojo y nivel tubular) se puede visar a cualquier objeto, con el cual se puede propagar al resto de objetos, el anteojo y nivel tubular, puede girar alrededor de un eje horizontal, llamado eje de rotación del nivel; en la parte interior del ocular se tiene una marca o hilos horizontales y verticales que se les conoce con el nombre de hilos del retículo ó cruz polar, los que son visibles en superposiciones con la imagen u objeto, sirven para efectuar las lecturas en la mira o estadía. Tiene como finalidad la medición de desniveles entre distintos puntos que se hallan a distintas alturas y en distintos lugares, o también el traslado de cotas.
¿Cuál es la utilidad del nivel de ingeniero? -
Se usa casi siempre para obtener la diferencia de alturas de puntos, cotas en la superficie terrestre, para obtener perfiles longitudinales.
-
Es portátil y manual, está hecho para la topografía.
PARTES DEL NIVEL:
1.4.2. La Nivelación. Es el procedimiento para hallar la diferencia de nivel o altura entre dos puntos. También se define como el procedimiento que sirve para hallar la diferencia de alturas de puntos de la superficie terrestre con respecto a un plano horizontal de comparación o superficie de referencia. La nivelación como todos los trabajos topográficos, se puede efectuar por diversos procedimientos y de distintos grados de precisión, dependiendo del instrumental que se use y los métodos que se apliquen.
CLASES DE NIVELACION:
NIVELACION SIMPLE: Sirve para encontrar la cota de uno o más puntos del terreno por medio de una sola estación instrumental. O cuando tratamos de hallar el desnivel entre dos puntos o se precise una sola estación para varios puntos.
NIVELACION COMPUESTA: Es cuando nivelamos más de 2 puntos, necesitando varias estaciones para ello, o cuando no es posible llevar una nivelación simple o diferencial, debido a la configuración del terreno o a la presencia de obstáculos, lo que no permite fijar puntos de cambio distanciados entre sí, se tiene que recurrir a una nivelación geométrica compuesta, la que consiste en tomar para cada vista atrás, varias vistas adelante.
NIVELACION ABIERTA Y CERRADA: Una nivelación abierta es cuando efectuamos una nivelación donde no vamos a volver a lecturar el punto de inicio, mayormente este tipo de nivelación se realiza cuando hay un BM de inicio conocido o BM final conocido. Pera la nivelación cerrada es lo contraria porque nivelamos de ida y retorno hasta volver a lecturar nuestro punto de inicio.
1.4.3. Tipos De Errores Suscitados En Una Nivelación: ERROR DE ESFERICIDAD: Se produce por al considerar como plano de comparación para determinar el desnivel, una superficie plana horizontal, ósea, tangente al esferoide de revolución en el punto de estación del instrumento. (Habría que tomar una superficie equidistante al esferoide).
ERROR DE REFRACCION: Se Produce como consecuencia de la desviación que sufre la visual (rayos de luz) debido a la refracción atmosférica.
ACONTINUACION MENCIONAREMOS ALGUNOS ELEMENTOS Y TERMINOS TECNICOS IMPORTANTES EMPLEADOS EN UNA NIVELACION TOPOGRAFICA: COTA: Es la altura de un punto con respecto una superficie o nivel de referencia.
a) COTA RELATIVA: Cuando la superficie, plano o nivel de referencia es tomado arbitrariamente.
b) COTA ABSOLUTA: Cuando la superficie, plano o nivel de referencia es el nivel medio del mar.
BENCH MARK (B.M.): Es un punto topográfico natural o artificial permanente, señalado y fijo sobre el terreno, cuya cota o altura es conocida y está referida al nivel medio del mar.
PERFIL LONGITUDINAL: Llamado levantamiento de perfil, proceso que determina las observaciones de puntos a cortos intervalos, a lo largo de una línea establecida durante la localización o construcción de auto pistas, canales, carreteras, etc. Son colocadas marcas o estacas a intervalos regulares sobre una línea previamente establecida (línea central). Ordinariamente se escoge un intervalo conveniente a la longitud total del perfil, tal como 100m o alguna otra subdivisión (20, 30, 50) m.
RASANTE: Es la línea obtenida al proyectar sobre un plano vertical el desarrollo del eje de la corona de la carretera. En la sección transversal está representada por un punto.
BOMBEO: Pendiente que se da a la corona en las tangentes del alineamiento horizontal asía uno y otro lado de la rasante, para evitar la acumulación del agua sobre la carretera.
SOBRE ELEVACIÓN: Peralte, es la pendiente que se da a la corona asía el centro de la curva para contrarrestar parcialmente el efecto de la fuerza de un vehículo en las curvas de alineamiento horizontal.
TRANSICIÓN DEL BOMBEO A LA SOBRE ELEVACIÓN: Son los diferentes procedimientos que se dan en el alineamiento horizontal al pasar de una sección en tangente a otra en curva.
CALZADA: Parte de la corona destinada al tráfico de vehículos y constituida por uno o más carriles.
SUB CORONA: Superficie que limita la terracería y sobre la que se apoyan las capas del pavimento, en las secciones transversales es una línea.
TERRACERÍA: Es el volumen de material que hay que cortar o terraplenar hasta formar el camino hasta la sub corona.
VISTA ATRÁS (+): Es la primera lectura de la mira correspondiente al punto de cota conocida o BM, también la vista atrás se realiza siempre cuando hay puntos de cambio.
VISTA ADELANTE (-): Es la lectura de la mira correspondiente al punto de cota no conocida o también todas las lecturas después de la lectura a la vista atrás.
ALTURA INSTRUMENTAL ( ): Es el nivel, altura o cota de la superficie terrestre más la altura del instrumento correspondiente al eje de colimación del instrumento.
2. DESARROLLO DEL CAMPO: 2.1. Composición de grupo. Los
trabajos
de
campo
se
realizan
con
la
cantidad
de
10
integrantes
(aproximadamente), los mismos que han realizado las prácticas de los métodos de medición estudiados anteriormente en el aula.
El que manipule y haga lecturas con el instrumento
Anotador de libreta de campo
2 trazadores de distancias
2 sujetadores de la mira
2.2. Instrumentos y Herramientas Utilizados: Para realizar mediciones con precisión adecuada y alcanzar el menor tiempo posible, se hace el uso de los instrumentos o aparatos adecuados para tal fin, en el presente informe se describen los instrumentos más importantes utilizados en esta práctica de campo.
LA MIRA O (REGLA METRICA): Se puede describir como una regla de cuatro metros de largo, graduada en centímetros y que se pliega en la mitad para mayor comodidad en el transporte. Además de esto, la mira consta de una burbuja que se usa para asegurar la verticalidad de ésta en los puntos del terreno donde se desea efectuar mediciones, lo que es trascendental para la exactitud en las medidas. También consta de dos manillas, generalmente metálicas, que son de gran Utilidad para sostenerla.
EL TRIPODE: Es un instrumento que tiene la particularidad de soportar un equipo de medición como un taquímetro o nivel, su manejo es sencillo, pues consta de tres patas que pueden ser de madera o de aluminio, las que son regulables para así poder tener un mejor manejo para subir o bajar las patas que se encuentran fijas en el terreno. El plato consta de un tornillo el cual fija el equipo que se va a utilizar para hacer las mediciones.
WINCHA: Es una cinta metaliza flexible, enrollada dentro de una contenedor de plástico o metal, que generalmente esta graduada en centímetros también se aprecia en el costado superior de la cinta las medidas en pulgadas.
LAS ESTACAS: Una estaca es un objeto largo y afilado de madera que clavamos en el suelo. Tiene muchas aplicaciones, como demarcador de una sección de terreno. En nuestra práctica las estacas tuvieron una longitud de 20 cm.
LOS JALONES: Son bastones metálicos o de madera, pintados cada diez centímetros de colores rojo y blanco, sirven para visualizar puntos en el terreno y hacer alineamientos con distancias cercanas o bastante alejadas.
EL NIVEL DE MANO: Un nivel de mano es un instrumento de medición utilizado para determinar la horizontalidad o verticalidad de un elemento. Existen distintos tipos y son utilizados por agrimensores, carpinteros, albañiles, etc. Un nivel es un instrumento muy útil para la construcción en general.
GPS: El sistema global de navegación por satélite (GNSS) permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. El sistema fue desarrollado, instalado y empleado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. El sistema GPS está constituido por 24 satélites y utiliza la t riangulación para determinar en todo el globo la posición con una precisión de más o menos metros.
3. EXPLICACIÓN PASÓ A PASO DEL TRABAJO DE CAMPO REALIZADO: PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR UNA NIVELACIÓN. “ESTACIONAMIENTO
DEL NIVEL DE INGENIERO”
1. Soltamos los tornillos de las patas del trípode, colocamos las patas juntas tal como hasta que el nivel de la plataforma coincida aproximadamente con el de la quijada del operador. En esta posición se ajustan los tornillos antes mencionados. 2. Se instaló el equipo en la plataforma del trípode con ayuda del tornillo de sujeción, este proceso debe realizarse con mucho cuidado para evitar que el nivel del ingeniero caiga al suelo, Se extendieron las patas del trípode, teniendo en cuenta las siguientes condiciones:
La base de las patas del trípode deben formar aproximadamente un triángulo equilátero.
La plataforma del trípode deben estar a la vista del operador en posición horizontal.
3. Se realizó el calibrado del nivel esférico ojo de pollo o buey. para este proceso Se ubicó el telescopio paralelo a la línea recta que une los dos tornillos nivelantes cualesquiera, luego se giraron simultáneamente los dos tornillos, ya sea hacia fuera o hacia dentro según el caso.
4. Se dirigió la vista hacia el alineamiento elegido. 5. Se realizó el centrado definitivo, para calibrar la burbuja en el medio, se hace del tornillo nivelante que más se acerque al eje directriz del nivel tubular.
4. MEDICION (ALTURA): Para poder medir la diferencia de altura entre el punto A y el punto B. 1. Coloque el instrumento casi en el medio de los dos puntos. 2. Proporcione una mira de nivelación en el punto A y otra en el punto B, colime los puntos y lea la línea horizontal del retículo. 3. Suponga que la lectura en el punto A es “a” y en el punto B es “b” y la diferencia de altura entre los dos puntos será: a – b
Nota: Asegúrese de que las miras de nivelación estén casi verticales. Se recomienda posicionar el nivel casi en el centro de los puntos A y B para evitar la influencia del eje de visión sobre la medición incluso aunque varié un poco en cuanto a su posición horizontal.
5. MEDICION (ANGULO HORIZONTAL): El circulo horizontal tiene una gradación en rotación derecha de 0° a 359° (0 a 399g) indicaciones numéricas cada 10 grados (10g). 1. Acople el hilo de plomada al gancho de plomada y ajuste la longitud del hilo. 2. Afloje un poco el tornillo del trípode y muevo el instrumento de acuerdo con ápex para que el extremo de la plomada coincida con el punto de medición. 3. Vuelva a apretar los tornillos del trípode. 4. Use los tornillos nivelantes para centrar el nivel circular. 5. Vise el objetivo A y gire el círculo horizontal para poner la escala a “cero”. 6. Vise el objetivo B y luego la lectura 30° (33g) será un ángulo horizontal entre los puntos Ay B.
6. NIVELACION (PARA 4 PUNTOS): 1. Coloque el instrumento casi en el centro de los 4 puntos. 2. Haga coincidir la parte inferior de una mira con la línea marcada (a) de la pila A 3. Vise la mira y marque (e) en la mira que coincide con la línea horizontal del retículo. 4. Coloque la mira en B y muévale verticalmente para visar la línea marcada (e). 5. Marque con (b) en tinta en la pila B de acuerdo con la parte inferior de la mira. 6. Marque las pilas C y D de la misma manera.
7. COMPROBACION Y AJUSTE Funcionamiento del mecanismo de compensación automática 1. Ajuste los tornillos de nivelación para centrar el nivel circular 2. Vise el objetivo y luego golpee ligeramente el trípode con la mano 3. El retículo puede bascular, pero pronto volverá a su posición. Esto indica que el mecanismo esta funcionado
Comprobación y ajuste del nivel circular Comprobación 1. Accione los tres tornillos de nivelación para centrar el nivel circular. Gire el instrumento 180° No se requiere ningún ajuste si la burbuja se alinea en el círculo central. Si no lo hacen tome las siguientes medidas para su ajuste.
8. AJUSTE 1. Use la llave hexagonal para girar los tres tornillos de justes de nivel circular y centrar la burbuja por la mitad que esta fuera de nivel. 2. Gire los tres tornillos de nivelación para llevar la burbuja al centro. Vuelva a comprobar el instrumento girándolo 180°, y el ajuste será satisfactorio si la burbuja permanece en el centro. Si no es así, repita el procedimiento de ajuste.
9. COLIMACION DEL INSTRUMENTO Comprobación 1. Coloque las miras de nivelación A y B a unos 30-40 metros alejadas entre si e instale el instrumento con el trípode casi en el medio entre las miras.
2. 3. 4. 5. 6. 7.
Use los tornillos nivelantes para centrar el nivel circular. Vise las miras para la lectura de A y B. (a1, b1) Mueva el instrumento a una posición unos 2-3 metros (7-8 pies) alejado del punto A. Vuelva a centrar la burbuja. Vise las miras (a2, b2). No se requiere ningún ajuste si la diferencia entre los pares de lecturas es igual: b1 – a1= b2-a2. Si no es así, realice el ajuste siguiente.
10. AJUSTE 1. Calcule b2´=a2 + (b1-a1) y aplíquelo a la mira más alejada. Use una clavija de corrección para girar el tornillo de ajuste del retículo para colimar b´
11. LECTURA DE LA MIRA 1. Para lecturar la mira o regla métrica ubicamos la mira mediante el telescopio y observamos la siguiente imagen.
12. CALCULO DE UNA NIVELACION Lecturas atrás – lecturas adelante Para el cálculo de una nivelación tenemos dos procedimientos igualmente validos que serán utilizados alternativamente según el criterio del operador, el más sencillo es delas sumatorias para este caso debemos agrupar todas las lecturas “hacia atrás” (es de cir hacia el punto de partida) por un lado y todas las lecturas hacia “adelante (es decir hacia el punto de llegada) por otro; luego efectuamos el cálculo que se va a la derecha. El otro caso es el cálculo del plano visual más sencillo y rápido, no es más que ir realizando sucesivas nivelaciones simples, las cuales con una calculadora se realizan en el momento y se pueden comprobar y controlar en el lugar sin pérdida de tiempo.
13. GRADO DE PRECISION Y COMPENSACION DE ERRORES EN LA NIVELACION Cuando se hace una nivelación cerrada, se deben sumar las lecturas de mira de atrás y se debe igualar con la suma de las lecturas de mira de adelante; si estas no son iguales, entonces, tenemos un error de cierre, que es la diferencia de las sumas anteriores. Para hacer la corrección de este error de cierre, existen dos métodos:
En función del camino recorrido: el error de cierre debe ser menor o igual al erro admisible, este depende de la precisión en la que estemos trabajando, y se calcula de la siguiente forma:
Gran precisión: Precisa: Corriente Aproximada
e= 0.0005” D (m) e= 0.01” D (m) e= 0.02” D (m) e= 0.10” D (m)
Donde: E: el error tolerable D: medido en km En función del número de posiciones instrumentales: el error de cierre debe ser menor o igual al error admisible y se calcula de la siguiente forma:
Gran precisión: Precisa: Corriente Aproximada
Donde: E: el error tolerable n: número de instrumentos
e= 1.6” n (m) e= 3.2” n (m) e= 6.4” n (m) e= 32.0”
