ALTIMETRIA
1. CONCEPTOS GENERALES La altimetría es un procedimiento pro cedimiento utilizado para determinar diferencias de elevación entre puntos de la Tierra. La altimetría estudia los procesos para definir las posiciones relativas o absolutas de los puntos sobre la superficie terrestre, proyectados sobre un plano vertical mediante el procedimiento conocido como nivelación. La nivelación ha contribuido en forma muy importante al desarrollo de la civilización, esta rama de la topografía condujo a la construcción de ingeniosos instrumentos, al desarrollo de técnicas y a la formulación de teorías, aplicando conocimientos matemáticos que se disponían en la época. Los trabajos de nivelación de las pirámides de Egipto, los caminos hechos por los griegos y romanos, son muestras importantes del desarrollo. En épocas más recientes son ejemplos el Canal de Suez, los lo s túneles del Mont-Cenis y el Canal de Panamá, y en la época moderna no tendríamos espacio suficiente para citar los ejemplos que existen de la práctica de procedimientos de nivelación. 2. TIPOS DE NIVELACION 2.1. Nivelación Directa, Topográfica o Geométrica Con este método de nivelación se puede determinar directamente las elevaciones (cotas) o alturas de diversos puntos, y medir las distancias verticales con referencia a una superficie de nivel cuya altura se conoce. La superficie de nivel es aquella en la cual todos sus puntos son perpendiculares a la plomada. Ninguna superficie de nivel es un plano, pues las líneas verticales convergen al centro de la Tierra. A la distancia vertical de un punto a una superficie de nivel se le conoce como cota, y se puede determinar con dos instrumentos: uno que calcule el valor numérico de la diferencia y otro que indique la posición de la superficie de nivel con relación con los puntos deseados.
Nivelación geométrica compuesta
2.2. Niveles Tradicionales 2.2.1. Tipo Americano o Nivel “Y” Consta de un telescopio sujeto por dos apoyos en forma de “Y”. El
telescopio puede girar libremente alrededor de su eje óptico, y se puede desmontar con facilidad, porque está sujeto con dos abrazaderas.
Nivel topográfico antiguo tipo “y”
2.2.2. Tipo Francés A diferencia del anterior, sólo puede girar el telescopio sobre su eje óptico, pero no puede ser removido. Este tipo de nivel ya no es muy usual.
Nivel topográfico Francés
2.2.3. Tipo Inglés o “Dumpy” De los antiguos en la actualidad es el que más se usa por su solidez, porque a diferencia de los dos descritos, el telescopio esta fijo sobre sus apoyos. Esto da rigidez y permanencia a los ajustes.
Nivel tipo Ingles, o tipo fijo (Dumpy Level) 2.3. Niveles del tipo basculante Este instrumento tiene un telescopio y un nivel movible por medio de un tornillo micrométrico llamado tornillo basculante, que es independiente del eje acimutal. Igual que los niveles tradicionales, los basculantes deben ser revisados y ajustados antes de iniciar cualquier trabajo de nivelación.
Nivel Óptico de tipo Basculante
2.4. Artículos Complementarios 2.4.1. Estadales o miras verticales Son reglas graduadas sobre lienzo, madera, acero, plástico y metal invar. Todos tienen marcas que indican metros y decímetros, en forma numérica, y los centímetros o medios centímetros grabados sobre superficie blanca, verde clara o amarilla, o bien en colores que resaltan como el rojo y el negro. La selección depende de los objetivos que se persigan o de la disponibilidad que se tenga. Entre mejor sea el equipo que se utilice, mejores serán los resultados, pero si se trabaja en condiciones de terreno difíciles y de clima extremoso, la selección deberá ser muy bien pensada. Los estadales deben tener una posición vertical, y se logra por diversos métodos: a) Con una niveleta, fija o movible En la parte trasera del estadal. En algunos tienen un nivel circular sobre una escuadra de 90° para llevar la burbuja al centro. La directriz de nivel describe la línea horizontal y, el estadal estará vertical. b) Con una plomada de albañil O con una de las que se usan en los aparatos de topografía. c) Haciendo movimientos hacia delante y hacia atrás A una distancia aproximada de 20 0 30 cm, de modo que el observador recorrerá con el hilo horizontal varias lecturas dentro de un pequeño rango.
Calculo de una Nivelación Compuesta
2.4.2. Sapo o placa de nivelación Es un soporte mecánico que sirve para colocar el estadal en sitios donde el terreno es blando. Es un disco metálico que se pone firmemente en el piso y tiene una doble saliente en el centro para colocar el estadal en dos posiciones cuando se corre una nivelación y se comprueba por doble punto de liga.
Placa de Base Sapo de Apoyo 2.4.3. Nivel de mano Es un tubo de 13 a 15 cm, que sirve de anteojo donde se encuentra montado un nivel de burbuja para la horizontalidad del tubo. Este nivel tiene poca precisión; no obstante, se le usa con frecuencia para diversos trabajos, como nivelaciones rápidas, secciones transversales, etcétera.
Nivel de mano
2.4.4. Clisímetro Tiene las mismas partes que el nivel de mano, pero además tiene un círculo vertical de doble graduación, una, en grados sexagesimales de 0 a 90° a la izquierda y derecha del centro de un semicírculo y otra en porcentaje de pendiente de 0 a 45%, también a ambos lados. El clisímetro es muy útil en algunos trabajos de construcción. También cuando se miden distancias inclinadas con un longimetro o cinta, pues permite reducir la distancia al horizonte. Tiene muchos otros usos y es portátil, fácil de llevar como el nivel de mano.
Nivel de mano topográfico 2.5. Métodos de Nivelación Descritas y analizadas las herramientas para la nivelación directa, topográfica o geométrica, se mencionaran los métodos de nivelación que se utilizan: simple, compuesta, diferencial y de perfil. 2.5.1. Nivelación simple Es la nivelación en la cual, desde una misma estación o puesta de aparato, se determinan los desniveles y las cotas de uno o varios puntos, alineados o dispersos. 2.5.2. Nivelación compuesta Es una cadena de nivelaciones simples, cuyos puntos auxiliares reciben el nombre de puntos de liga para llegar al punto deseado o al banco de nivel final. 2.5.3. Nivelación diferencial Este procedimiento proporciona el desnivel entre dos o más puntos, por medio de la diferencia entre lecturas hechas sobre los estadales vistos a través de un equialtímetro o nivel.
2.5.4. Nivelación de perfil Es aquella en que, además de conocer los valores altimétricos correspondientes a puntos de la superficie terrestre, se conocen sus valores planimétricos. Es decir se conoce su elevación y las distancias horizontales relativas entre los puntos del terreno, de manera que se puede obtener en perfil o proyección sobre el plano vertical. 3. Comprobaciones de una nivelación Hay errores que pueden alterar de manera notable los resultados de una nivelación. Estos errores pueden ser naturales, instrumentales y personales, lo que hace necesaria una verificación. En una nivelación es importante conocer la magnitud del error. Para conocer el error es necesario ejecutar, en el campo, algunas de las comprobaciones de una nivelación que a continuación se exponen, así como compararlas con los errores máximos permisibles o tolerancias y su compensación.
Obtención del desnivel entre dos puntos 3.1. Comprobación mediante nivelación de circuito (ida y vuelta) Se parte de un banco de nivel de cota conocida o arbitraria y se llega a un punto final. Con la diferencia entre las cotas inicial y final, se obtiene el desnivel entre ambos puntos. Luego se hace el recorrido en sentido contrario y siguiendo otro camino. 3.2. Por doble punto de liga Con este método se corre una doble nivelación usando dos puntos de liga para cada posición del aparato. La cota de salida debe ser la misma y la de llega da será igual a la diferencia o error. 3.3. Por doble altura de aparato Se realiza con un recorrido en donde lo único que cambia es la altura de la línea de colimación. Como se obtienen dos lecturas diferentes en el mismo estadal, el registro se verifica en cada tramo, comprobando la cota de los puntos de liga.
3.4. Otros métodos de comprobación Uso de estadales con carátula de doble graduación, grabadas sobre metal invar, que puede llevar un doble registro con mayor seguridad y precisión. También se puede controlar una nivelación cuando el telescopio tiene marcas estadimétricas. La distancia entre ellas y el hilo medio es la misma y el intervalo en el estadal también debe ser igual, aunque la estimulación hace que haya pequeñas diferencias. 4. Nivelación Trigonométrica o Indirecta Este método basa sus resoluciones en las de un triángulo rectángulo situado en un plano vertical. La hipotenusa del triángulo es la línea que une los puntos entre los cuales se desea conocer el desnivel; la base es la línea que va de un punto hasta la vertical, que representa la altura del triángulo. Uno de los ángulos agudos y el lado horizontal medido en el terreno determinan, mediante funciones trigonometrías, la diferencia de nivel entre los dos puntos. Se pueden realizar con una cinta y un clisímetro o con cinta y teodolito.
Nivelación trigonométrica a partir de los ángulos cenitales 5. Nivelación Barométrica La diferencia de altura entre dos puntos puede medirse aproximadamente, según sus posiciones relativas bajo la superficie de la atmósfera en relación con el peso del aire. El peso se determina por medio del barómetro. El barómetro, descubierto por el físico italiano Torriceli (1608-1647), es un instrumento para medir la presión o peso del aire mediante una columna de mercurio, cuya altura varía en función de las diferencias en la presión atmosférica en las diversas elevaciones en que se coloque.
