UNIVERSIDAD NACIONAL DE BARRANCA– FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL INTRODUCCIÓN
Un nivel es un instrumento que nos representa una referencia con respecto a un plano horizontal. Este aparato ayuda a determinar la diferencia de elevación entre dos puntos con la ayuda de un estadal. El nivel más sencillo es el nivel de manguera, es una manguera trasparente, se le introduce agua y se levantan ambos extremos, por simple equilibrio, el agua estará al mismo nivel en ambos extremos. El nivel ivel de mano mano es un inst nstrum rument ento tambi ambién én senci encillllo, o, la refe refere renc ncia ia de horiz horizon onta talilida dad d es una una burbu burbua a de vidri vidrio o o gota gota,, el clis clis!m !met etro ro es una versi versión ón meorada del nivel de mano incorporando un transportador metálico permitiendo hacer mediciones de inclinación y no solo desnivel. El nivel fio es la versión sofisticada del nivel de mano, este en lugar de sostenerse con la mano se coloca sobre un tripode, la óptica tiene más aumentos y la gota es mucho más sensible. En el caso del nivel de manguera y de mano no requieren mucho cuidado, pero el nivel fio si hay que manearlo con más precaución y evitar golpes.
NIVELAR: Página 1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE BARRANCA– FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL "a determinación de la diferencia de altura entre dos puntos de un terreno es una de las mediciones topográficas más usadas. #icha determinación recibe el nombre de nivelación y puede llevarse a cabo de distintas maneras. Una de ellas es la nivelación directa o topográfica que, como su nombre lo implica, efect$a la medición directa de las distancias verticales entre dos puntos de interés mediante el uso de un nivel topográfico o equialt!metro y una regla de campo denominada estadal, estad!a o mira topográfica. %ara comprender el principio básico de la nivelación directa podemos compararla con la situación que muestra la siguiente imagen& 'hora
traslademos este sencillo eemplo a una situación real de campo, como la esquematizada en la siguiente figura, donde el nivel de burbua se sustituye por un nivel topográfico montado en un tr!pode y las reglas de medición se sustituyen por estadales.
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(iguiendo un razonamiento similar al del eemplo, podemos conocer la diferencia de altura entre los sitios se)alados con los estadales *'+ y *+ tomando como referencia el plano horizontal que pasa por la parte superior del estadal *-+. #e lo expuesto se deduce que a los fines de efectuar lecturas precisas debe garantizarse la perfecta horizontalidad de la l!nea de colimación. "a manera en que los distintos niveles disponibles en el mercado logran esta horizontalidad da lugar a los diferentes tipos de nivel, aunque la gran mayor!a cuenta con un anteoo y un nivel de burbua como sus componentes fundamentales. Estos niveles de anteoo se subdividen, a su vez, en varias categor!as, dependiendo de la forma en que se usan.
1) Niveles de plano ueron los primeros instrumentos utilizados en las mediciones topográficas para la diferencia de altura y hoy han ca!do prácticamente en desuso. (e basan simplemente en un nivel de burbua adosado a un telescopio o anteoo topográfico y un sistema de tornillos nivelantes, todo el conunto formando una sola pieza perpendicular a su ee vertical. "a l!nea de colimación describe un giro en un plano /de all! su nombre0 horizontal. (in embargo, la dificultad para el calado de la burbua en radios de curvatura muy grandes resta precisión a las mediciones efectuadas con este tipo de aparatos, los cuales con el tiempo han sido reemplazados por otros con distintos mecanismos.
2) Niveles de línea Página 3
UNIVERSIDAD NACIONAL DE BARRANCA– FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL a) De inclinación ' diferencia de los anteriores, en estos niveles el anteoo no está sueto a la plataforma nivelante y la horizontalidad se logra independientemente para cada l!nea de colimación. uentan con un nivel de burbua esférico para la nivelación grosera del aparato con ayuda de tornillos y de un nivel de burbua de mayor precisión, que se desplaza con el anteoo y cuyo ee debe ser paralelo, por construcción, al ee de colimación. Este nivel de burbua posee un tornillo basculante fino, que permite que el conunto anteoo1nivel de burbua efect$e peque)os giros verticales, posibilitando el calado de la burbua. El inconveniente que presentan es que el calado de esta burbua debe efectuarse con la colimación de cada punto, proceso que consume mucho tiempo. b) Automáticos o autonivelantes omo en los niveles de inclinación, los niveles automáticos también efect$an una nivelación grosera al estacionar el instrumento, pero no hay necesidad de nuevas manipulaciones. Esto es posible porque la l!nea de colimación queda automáticamente horizontal con gran exactitud en cualquier punto gracias a un mecanismo compensador /activado mediante espeos compensadores, sistemas de péndulos y otros0 de modo que la nivelación definitiva se realiza automáticamente. (i bien se trata de niveles de una precisión limitada, tienen la gran ventaa de su sencillez de uso y su rapidez, por lo que son muy empleados en nivelaciones poco precisas. "os niveles automáticos se clasifican en dos tipos& i) !pticos: son los más comunes y emplean estadales convencionales. ii) Di"itales o elect#ónicos: pueden leer estadales con código de barras, obteniendo la lectura en pantalla y pudiendo almacenarla en una memoria.
$) Niveles láse# Es el tipo más sofisticado de niveles, que proyectan un rayo láser, tanto vertical como horizontal. (e dividen en niveles de plano y niveles de l!nea y su uso depende de la aplicación. "os niveles láser de plano generan planos verticales, horizontales u oblicuos mediante un sistema giratorio de la emisión del rayo láser y se utilizan principalmente para la nivelación de terrenos agr!colas. "os niveles láser de l!nea emiten un rayo fio horizontal o vertical que permite efectuar una alineación y destacan su mayor aplicación en el control de alineaciones y pendientes.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE BARRANCA– FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL #e todos los tipos de niveles topográficos vistos, los niveles de l!nea automáticos ópticos son los más usados hoy en d!a por su sencillez, rapidez y relación costo1 beneficio, con aplicaciones que van desde la edificación de viviendas, ardiner!a y nivelación de terrazas hasta excavaciones, construcción de cimientos y paisaismo.
%&ómo lee# un nivel' El l!quido que rellena el tubo es un alcohol, como etanol, o un éter. (e puede a)adir un colorante tal como fluoresce!na, t!picamente de color amarillo o verde, Página 5
UNIVERSIDAD NACIONAL DE BARRANCA– FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL para incrementar la visibilidad de la burbua. "a razón por la cual no se emplea agua obedece a la desventaa que, en este caso, presentan sus propiedades f!sicas. ' diferencia del agua, tanto los alcoholes como los éteres generalmente tienen muy baa viscosidad y tensión superficial, lo que permite el rápido desplazamiento de la burbua a lo largo del tubo con una m!nima interferencia con la superficie del vidrio. 'demás, los alcoholes y éteres conservan el estado l!quido en un rango de temperatura mucho más amplio que el agua. (i se usara agua, no sólo ésta quedar!a adherida a la superficie del vidrio, sino que en mediciones a muy baa temperatura se congelar!a y romper!a el tubo debido a su expansión en el estado sólido. El etanol, por eemplo, se congela a 1223 4, lo que permite el uso de los niveles incluso a temperaturas bao cero. 5oy en d!a existe una gran variedad y compleidad de niveles de burbua. 'parte de los más simples que comprenden solamente un tubo horizontal con dos marcas, se dispone de niveles con mayor cantidad y disposición de tubos, como se observa en la figura de abao. 6ambién existen niveles que ofrecen lectura digital de la inclinación y otros que proyectan un rayo láser, aprovechando el absoluto paralelismo que este proporciona para efectuar determinaciones con gran precisión.
(a#tes del nivel:
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A *ase Nivelante: Es la parte del instrumento que se encuentra en contacto o sirve unión entre el tr!pode y el nivel o equialt!metro, las partes más importantes son& +o#nillos Nivelantes: sirven para realizar la nivelación del instrumento, son girados por el operador, de acuerdo a requerimientos de nivelación. •
* &ue#po: Es la parte del instrumento, compuesta básicamente por un anteoo telescópico giratorio, es la parte que gira alrededor del ee de rotación del instrumento y da la dirección7 y sirve para la toma de datos de nivelación. 6iene las siguientes partes y tornillos principales& •
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Nivel ci#cula#: es un nivel de forma circular, que contiene en su parte central una se)al o marca también circular, que cuando la burbua de aire es introducida dentro de esta marca se afirma la nivelación del nivel. 6ambién se le denomina *oo de pollo+. ,cula#: es la parte que se encuentra cerca del oo del operador y sirve para que de acuerdo a la dioptr!a del operador, sea oscurecido o aclarado los hilos del ret!culo o ret!cula. +o#nillo de en-o.ue: es el tornillo que sirve para *aclarar+ la imagen de instrumento que se está visando /mira0.
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+o#nillo de movimiento milim/t#ico 0o#iontal: también denominado tangencial, debido a su ubicación /tangente a la circunferencia del instrumento0. (irve para obtener movimientos milimétricos horizontales del equialt!metro, en el momento de la medición. ,cula# de la pa#ábola: también denominado 8icroscopio de la parábola, sirve para visar la parábola formada por el nivel tubular, esta parábola deberá ser nivelada antes de efectuar las lecturas o mediciones.
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+o#nillo de a-inamiento o basculamiento de la pa#ábola: es el tornillo que afina o nivela el nivel tubular y por consiguiente la parábola. Nivel tubula#: es el nivel que afirma la nivelación obtenida con el nivel circular7 es el nivel que por medio de espeos ocultos forma la parábola. Este nivel desaparece cuando el instrumento es *'utomático+
EE3 DE +,D, NIVEL DE IN4ENIER,: 2. Ee de 9otación del :nstrumento ;. Ee de olimación o de la visual <. Ee del nivel tubular
NIVELA&I!N Nivelación "eom/t#ica o di#ecta 5po# altu#as): Es el método que consiste en medir distancias verticales o alturas, utilizando un nivel óptico fio o nivel del ingeniero o equialt!metro, instrumento que consta de un nivel tubular de burbua y un anteoo telescópico giratorio, montado sobre un tr!pode, el cual permite leer distancias verticales sobre reglas graduadas llamadas mira o estad!a7 es el método más preciso y el más indicado para la determinación de alturas. 'ltura del instrumento = h' > ota de ' ota de - = 'ltura del instrumento 1 hPágina !
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Nivelación t#i"onom/t#ica:
Ni/,( +, "lamada también ?ivelación 6aquimétrica. Es el método que se fundamenta en la medición de ángulos verticales y distancias horizontales o inclinadas para lo cual es necesario utilizar un 6E@#@":6@ y una mira o estadia, para la determinación de distancias y ángulos verticales que luego con la ayuda de cálculos trigonométricos se puede calcular la diferencia de cota entre dos puntos. ota de = ota E > 'lt.inst. > h A m
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Nivelación indi#ecta o po# pendiente: En este tipo de nivelación se utiliza el Ecl!metro para la obtención de+, ángulos Ni/,( verticales o pendientes, as! como se mide la distancia inclinada y por medio de fórmulas trigonométricas se determina la distancia horizontal y diferencia de altura y por consiguiente la cota, este método es utilizado en la obtención de las secciones transversales en el trazo de carretera.
Nivelación ba#om/t#ica:
(e determina por medio de un -arómetro, puesto que la diferencia de altura entre dos puntos se puede medir aproximadamente de acuerdo con sus posiciones relativas bao la superficie de la atmósfera, con relación al peso del aire, que se determina por el barómetro.
Nivelación satelital: Página "
UNIVERSIDAD NACIONAL DE BARRANCA– FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Es la nivelación que se obtiene mediante el uso de se)ales de satélite, como es el caso del B%(. El uso de este instrumento se presentara más adelante.
67+,D,3 DE NIVELA&I!N 4E,67+RI&A Nivelación simple: "a nivelación directa o nivelación simple o diferencial consiste en la ubicación del instrumento entre dos puntos tratando en lo posible de ser equidistante de ellos, con lo que se logra anular errores de calibramiento del instrumento que se encuentra alineado con estos puntos. on este método se mantiene alternadamente la vista atrás y la vista adelante.
a VI3+, A+R83: es la visual que se efect$a hacia un punto cuya cota es conocida. b VI3+A ADELAN+E: es la visual que se efect$a hacia un punto cuya cota se desea conocer. c AL+9RA DE IN3+R96EN+,: es la altura calculada desde el nivel o superficie de referencia y el ee de la visual u horizontal del nivel o equialt!metro.
Nivelación compuesta: uando 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 fiar puntos de cambio distanciados entre s!, se tiene que recurrir a una nivelación geométrica compuesta, la que consiste en tomar para cada vista atrás, varias vistas adelante.
Nivelación Recíp#oca: "a configuración del terreno, o accidentes topográficos, tales como r!os, lagos, hacen dif!cil realizar las visuales de la nivelación a distancias cortas e iguales entre el nivel de ingeniero o equialt!metro y la ubicación de la mira7 por lo que es necesario utilizar una nivelación 9EC%9@'. Esta nivelación se emplea para atravesar corrientes, lagos, ca)ones y otras barreras topográficas que evitan que se balanceen las visuales hacia atrás o de referencia y las visuales hacia adelante. El método consiste básicamente& en cada lado del obstáculo que se va a cruzar, se hace una medición sobre la mira hacia el punto mas cercano y luego varias mediciones sobre la mira o estadia mas aleada7 este procedimiento se realiza en cada lado del obstáculo /rio, canal, etc.0. "as diferencias de altura, se promedian para eliminar los efectos de curvatura y de refracción y el desauste del instrumento.
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A(LI&A&I!N DEL NIVEL El nivel es un instrumento topográfico que se utiliza para la determinación del desnivel entre dos puntos mediante la observación de visuales u horizontales. ' este método de obtención y cálculo de desniveles se le
denomina nivelación geométrica o por alturas. "os niveles más utilizados son los niveles de l!neas automáticos.
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En ellos se garantiza la horizontalidad de la visual en cada una de las direcciones observadas independientemente.
El anteoo es de enfoque interno en cuanto a su utilización y enfoque es válido de la utilización del anteoo con la salveda de que en un nivel no hay posibilidad de un movimiento vertical.
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El anteoo topográfico de enfoque interno consta básicamente de dos sistemas convergentes y una lente divergente montados en un tubo.
Uno de los sistemas se dirige hacia el obeto que se ha de visar por esta razón se denomina obetivo, el otro sistema se queda más próximo al oo por lo que se conoce ocular.
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El anteoo provisto al ret!culo con dos l!neas perpendiculares llamadas formando lo que se denomina crufilar.
va
gravadas hilos
El ocular se aproxima masomenos al ret!culo seg$n la vista del operador mediante un movimiento rotatorio hasta que la imagen del ret!culo se vea n!tida, esta es la primera operación que ha de hacerse dirigiendo el anteoo al cielo o a cualquier otra superficie uniforme, sin tocar ya ni lo sucesivo, el ocular se enfocara el obeto en este caso la mira gracias a la lente del enfoque interno situada en lo interior del anteoo entre el obetivo y el ret!culo.
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"os anteoos topográficos disponen de un
elemento auxiliar de visado generalmente un visor con colimador, este permite hacer rápidamente una punter!a aproximada para colimar a la mira inicialmente se hace esta punter!a aproximada, seguidamente se enfoca cuidadosamente la mira para finalmente afinar la punter!a con el tornillo de movimiento lento horizontal, el ee de colimación del anteoo puede girar alrededor del ee principal que no necesariamente debe quedar estrictamente vertical en la puesta de estación, para estacionar el nivel bastara lograr la verticalidad del ee principal de forma aproximada calando la burbua de un nivel esférico ligado a la plataforma nivelante.
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