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• Andres Cunia Julcahuanga

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2018 Teodolito y Estación Total

Topografía I Brigada VIII 02/07/2018

TOPOGRAFÍA I

02-07-2018

DEDICATORIA. ESTE TRABAJO ESTA DEDICADO A TODOS NUESTROS COMPAÑEROS DE CLASE Y A NUESTRA FAMILIA QUE DIA A DIA SON EL MOTIVO DE SUPERACION DE NOSOTROS COMO ALUMNOS UNIVERSITARIOS.

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INTRODUCCIÓN. Desde los inicios el ser humano ha desarrollado herramientas por su necesidad de supervivencia y trascendencia. En el campo de la construcción desde la dioptra, hasta la Estación Total y el GPS continuamos con el mismo objetivo: Crear, con calidad y eficiencia. Por ser la topografía la ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para determinar las posiciones relativas de puntos sobre la superficie terrestre así como los ángulos y las distancias que se forman entre ellos, es necesario el conocimiento de los instrumentos topográficos que permiten el logro de estos objetivos; entre los más importantes tenemos el teodolito y la estación total de los cuales se desarrollaran puntos interesantes en la siguiente entrada.

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Contenido.

DEDICATORIA

INTRODUCCION

TEODOLITO 1. DEFINICION 2. HISTORIA 3. PARTES 3.1. LA BASE ANIVELANTE 3.2. LA PARTE INFERIOR 3.3. LA ALIDADA 3.4. EL ANTEOJO DEL TELESCOPIO 4. EJES DE UN TEODOLITO 4.1. EJE VERTICAL DE ROTACION INSTRUMENTAL S-S 4.2. EJE HORIZONTAL DEL ANTEOJO K-K 4.3. EJE OPTICO Z-Z. 5. TRIPODE 5.1. POR EL MATERIAL DE CONSTRUCCION 5.2. POR EL TIPO DE PIES 5.3. POR EL TIPO DE BASE 6. TIPOS DE TEODOLITO. 6.1. TEODOITOS DE OBRA. 6.2. TEODOLITOS TOPOGRAFICOS. 6.3. TEODOLITOS GEODESICOS. 6.4. TEODOLITOS ASTRONOMICOS. 6.5. TEODOLITOS DE BRUJULA. 6.6. TEODOLITOS ELECTRONICOS.

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7. CLASIFICACION DE LOS TEODOLITOS. 7.1. TEODOLITOS CONCENTRICOS. 7.2. TEODOLITOS EXCENTRICOS. 7.3. TEODOLITOS REPETIDORES. 7.4. TEODOLITOS REITERADORES. 8. INSTALACION DE UN TEODOLITO. 8.1. INSTALACION DEL TRIPODE. 8.2. MONTADO DEL TRIPODE. 8.3. NIVELADO DEL TRIPODE. 8.4. ALINEAMIENTO DEL TEODOLITO. 9. PROBLEMAS ESTACION TOTAL 1. DEFINICION. 2. HISTORIA. 3. ESTRUCTURA BASICA DDE LA ESTACION TOTAL 3.1.

EJES: 3.1.1. EJE PRINCIPAL. 3.1.2. EJE SECUNDARIO. 3.1.3. EJE DE COLINACION. 3.2. MOVIMIENTOS. 3.2.1. MOVIMIENTO HORIZONTAL. 3.2.2. MOVIMIENTO VERTICAL. 3.3.

PARTES.

4. TIPOS DE ESTACION TOTAL. 5. ESTACIONAMIENTO. 5.1. MONTAJE DE LA ESTACION.

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6. SISTEMAS DE LECTURA ANGULAR. 6.1. CIRCULO HORIZONTAL. 6.2. CIRCULO VERTICAL. 6.3. ELEMENTOS DE LECTURA. 7. RELACION ENTRE ANGULOS Y DISTANCIAS 8. CIERRE AL HORIZONTE

9. PROLONGACION DE UNA LINEA SALVANDO UN OBSTACULO. 10.FUENTES DE ERRORES EN TRABAJOS CON TEODOLITO Y ESTACION TOTAL. 10.1. ERRORES INSTRUMENTAES. 10.2. ERRORES NATURALES. 10.3. ERRORES PERSONALES. 11.PROBLEMAS

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TEODOLITO. 1. DEFINICION El teodolito (del vocablo griegoTheao “mirar” y Hodos“camino”) es un instrumento de medición óptico-mecánico considerado como la herramienta topográfica más universal debido a la gran variedad de usos que se le dan. Directa o indirectamente, con el teodolito se pueden medir y trazar ángulos horizontales como verticales, direcciones, diferencias de elevación así como también establecer alineamientos (prolongación de líneas rectas) y determinar distancia. Es portátil y manual; está hecho con fines topográficos o ingenieriles.

2. HISTORIA Todos los eventos históricos, desde la medición de distancias con cuerdas y cadenas (3000 A.C), pasando por la invención del reloj de sol (560A.C), la utilización de chorobates (herramienta de comprobación de niveles, 162 A.C), la creación de maquinas de graduación de círculos hasta el hallazgo de la brújula, dieron lugar a la construcción del primer teodolito en 1787 por el óptico y mecánico Ingles Jesse Ramsden (1735-1800). Los antiguos instrumentos eran construidos en bronce, acero u otros metales, éstos eran demasiado pesados y la lectura de sus limbos es decir, los círculos graduados que permiten medir los ángulos en grados, minutos y segundos era muy complicada, larga y fatigosa. Para 1920 el ingeniero suizo Enrique Wild, logró construir en los talleres ópticos de la casa Carl Zeiss (Alemania), círculos graduados sobre cristal para así lograr menor peso, tamaño y mayor precisión, logrando tomar las lecturas con más facilidad. Con el paso de los años, los teodolitos se han ido perfeccionando teniendo equipos mucho más modernos y sofisticados como el teodolito electrónico

o los teodolitos conocidos como estaciones totales que son equipos mucho más precisos que los teodolitos comunes.

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3. PARTES Aunque los teodolitos difieren mucho entre sí en detalles de construcción, sus partes esenciales son análogas en todos. El teodolito está formado por cuatro partes:

3.1.

LA BASE NIVELANTE:

Es el soporte del instrumento, esta base nivelante se encuentra conformada por: la placa base, los tornillos calantes, el nivel esférico y el botón aliforme.

A) Placa Base: Es la parte de la base nivelante que se encuentra distal al instrumento, la placa base tiene en su centro un orificio roscado que

permite fijar al instrumento sobre la base del trípode. Se encuentra unida a los tornillos calantes por medio de una placa elástica.

B) Tornillos calantes o niveladores generales del aparato: Son utilizados para poner vertical el eje de rotación regulando el nivel de alidada. Dichos tornillos pueden variar de 3 a 4 dependiendo de la marca del instrumento.

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C) Nivel Esférico: Llamado también ojo de pescado u ojo de Buey, permite tener un control sobre la horizontalidad de la placa base. Con el nivel esférico se determina si un desplazamiento del instrumento sobre la base del trípode, es realizado sobre un mismo plano horizontal, esto último de vital importancia en la operación del centrado del instrumento sobre un punto determinado. El Nivel Esférico es regulado mediante el alargamiento o acortamiento de las patas extensibles del trípode.

D) Botón aliforme o cerrojo giratorio: Es un botón que fija o libera la base nivelante del instrumento. Bajo condiciones normales de trabajo debe permanecer en posición de fijado, únicamente liberado cuando la base nivelante es utilizada para la instalación de algún equipo de accesorio, por ejemplo señales de puntería, reflectores o plomada Zenit−Nadir.

3.2.

LA PARTE INFERIOR:

La parte inferior del instrumento está conformada por la brida de centraje, el anillo arillado, el tornillo macrométrico del movimiento horizontal y el tornillo micrométrico del movimiento horizontal.

E) Brida de Centraje: Es un conjunto de 3 piezas de sujeción que permiten colocar al instrumento sobre la base nivelante, o bien, sobre un sitio llano.

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F) Circulo Horizontal o Anillo Arillado de graduación prefija: Exteriormente se presenta como un circulo plástico en el cual se aprecian algunas marcas de graduación angular en la parte interna la conforman un circulo de cristal sobre el cual van gravados los ángulos horizontales.

G) Tornillo macrométrico del movimiento horizontal: Es un tornillo que mantiene una posición perpendicular al eje de rotación vertical, su función es fijar o liberar el movimiento horizontal del limbo (circulo graduado).

H) Tornillo micrométrico del movimiento horizontal: Se encuentra tangencial al eje vertical de rotación, tiene como función permitir el desplazamiento micrométrico o fino del limbo, son empleados conjuntamente con (G) en el proceso de orientación y localización de puntos. Generalmente de encuentra en el mismo piso altitud dentro del instrumento en (G)

3.3.

LA ALIDADA:

La alidada es el elemento superior y giratorio del instrumento, está conformada por la plomada óptica, el tornillo macrométrico y micrométrico del movimiento azimutal, nivel de la alidada, el cierculo vertical, tornillo macrométrico y micrométrico del movimiento vertical, índice automático vertical, el tornillo minutero, el espejo reflector y el asa de transporte.

I)

Plomada óptica: Es un elemento por medio del cual se observa la proyección de una visual del centro del eje vertical de rotación, hacia el punto de estación del aparato. Este conformado por el ocular de la plomada y una serie de espejos prismáticos que permiten realizar la observación anteriormente señalada.

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J) Tornillo macrométrico del movimiento azimutal: Denominado también como tornillo de sujeción de la rotación de la aliada. Tiene como función fijar o liberar el movimiento horizontal de la alidada del círculo o anillado. Cuando (J) se encuentra en posición de liberado y (G) se encuentra fijo, el desplazamiento horizontal de la alidada representara un ángulo de variación horizontal de la alidada representara un ángulo de variación horizontal correspondiente a la magnitud de tal desplazamiento. La posición de (J) dentro del instrumento es siempre perpendicular al eje vertical de rotación.

K) Tornillo micrométricos del movimiento azimutal: Permite realizar desplazamientos finos o micrométricos de la alidada sobre el círculo horizontal, con lo cual se puede lograr localizar un punto observado exactamente. Se encuentra en el mismo plano latitudinal dentro del plano que (J). El tornillo micrométrico del movimiento horizontal (H) solamente se encuentra en posición de fijados. (K) es siempre tangencial al eje vertical de posición.

L) Nivel de Alidada: Es un nivel tubular localizado en el plano medio del instrumento. Es el encargado de indicar la posición vertical del eje de rotación debido a su posición perpendicular al mismo. El nivel de alidada e manejado mediante el movimiento de los tornillos calantes.

M) Circulo vertical: Es un limbo de cristal en el cual se encuentran grabados los valores angulares verticales, generalmente está diseñado para indicar la posición de 0° sobre la proyección del zenit y 90° sobre la horizontal. Se encuentra protegida por la caja del círculo vertical, siendo esta una parte de la estructura de la aliada.

N) Tornillo micrométrico del movimiento vertical: Tiene como función la liberación del eje de basculamiento del telescopio sobre el circulo vertical (M), con lo cual permite la ubicación de un punto observado sobre el eje vertical de proyección. (M) es siempre perpendicular al eje de basculamiento del telescopio.

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Ñ) Tornillo micrométrico del movimiento vertical: Permite la realización de desplazamientos finos del telescopio sobre el eje de basculamiento, al igual que todos los tornillos micrométricos del aparto se encuentran en posición tangencial al eje de rotación correspondiente.

O) Índice vertical automático: Los teodolitos modernos se encuentran provistos del índice vertical automático. El cual sustituye al tornillo nivelador del índice superior, teniendo como función el regular automáticamente la verticalidad del eje de rotación, situación que favorece el proceso de eficiencia del instrumento dentro de la operación de trabajo de estación.

P) Tornillo minutero: Su función es hacer coincidir el valor angular tanto vertical como horizontal registrando por el instrumento, sobre los trazos del índice que aparecen sobre el ocular del microscopio de lectura, logrando con ello utilizarla apreciación del instrumento.

Q) Espejo reflector o de iluminación de los círculos: Es un espejo plano que permite proyectar un rayo lumínico hacia el interior del instrumento, el cual es reflejado por una serie de espejos prismáticos hasta llegar a los círculos verticales y horizontales. La imagen de lecturas registradas por ambos círculos es proyectada hacia el microscopio de lecturas, con lo cual se logra observar la magnitud del ángulo horizontal y vertical que determina la posición de un punto observado.

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R) Asa de transporte: Constituye el apéndice distal del cuerpo del instrumento, permite mayor comodidad y seguridad en el transporte o cambio de estación del aparato. El asa del transporte puede ser utilizada para acoplar sobre ella equipo accesorio, tal el caso de una brújula circular.

3.4.

EL ANTEOJO O TELESCOPIO

Es la parte del telescopio por medio de la cual se lanzan las visuales desde la estación hacia los puntos observados. Está conformado por el ocular del anteojo, los lentes oculares, el anillo de enfoque, el objetivo y montura del objetivo, retícula, visor óptico con punta de centraje y microscopio de lectura.

S) Ocular del anteojo: Es la parte del telescopio por medio del cual el operario recibe la imagen del punto observado. Permite mediante un movimiento giratorio realizar la operación de aclarar los hilos de la retícula (V). El ocular del telescopio puede ser reemplazado por una serie de lentes, los cuales por su gradación de aumento son los responsables de la variación de la escala del objeto observado. Los aumentos de graduación varían desde 19º hasta 40º, siendo los más comunes los de 30º.

T) Anillo de enfoque: Se encuentra ubicado sobre el cuerpo del telescopio su función es aclarar la imagen del punto observado mediante el acercamiento o alejamiento de la visual.

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U) Objetivo y montura del objetivo: El objetivo es un biconvexo en el exterior y cóncavo convexo en su cara interior, su función es formar la imagen invertida del objeto observado. La montura del objetivo es la parte externa y distal del telescopio, sobre ella se puede adaptar equipo accesorios tal el caso de un prisma solar o lentes auxiliares para mejorar distancias mínimas de enfoque.

V) Retícula: Es una lámina de cristal ubicada en la parte interna del telescopio, sobre ella se encuentran grabados un trazo vertical y uno horizontal, representando la intersección de ambos en el centro óptico del objetivo o centro de la visual del anteojo. Generalmente la parte inferior del trazo vertical los constituye una doble línea, la cual permite encuadrar con exactitud las señales muy distantes o bastantes grandes, así mismo siempre sobre el trazo vertical se observan dos marcas horizontales equidistantes del centro óptico, las cuales son denominadas marcas o hilos estadimétricos siendo su utilidad en la determinación de D. H. y D. V. por medio de taquimetría.

W) Visor óptico: Es un lente muy especial que ubicado sobre el cuerpo del telescopio permite una rápida pre−orientación de un punto cualquiera. En los teodolitos antiguos se disponía de las llamadas muras de rifle, las cuales cumplían la misma finalidad.

X) Microscopio de lectura: Es la parte del teodolito por medio de la cual se efectúan las lecturas de los valores angulares medidos. En algunos teodolitos dicho microscopio se encuentra sobre la alidada y no sobre el telescopio.

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4. EJES DE UN TEODOLITO:

El teodolito posee tres ejes principales:

4.1.

Eje Vertical de Rotación Instrumental S - S

Es el eje que sigue la trayectoria del Cenit-Nadir, también conocido como la línea de la plomada, y que marca la vertical del lugar. Es el eje alrededor del cual gira la alidada y donde se miden los ángulos horizontales.

4.2.

Eje Horizontal de Rotación del Anteojo K – K

O eje de muñones es el eje secundario del teodolito, en el se mueve el visor. En el eje de muñones hay que medir cuando utilizamos métodos directos, como una cinta de medir y así obtenemos la distancia geométrica. Si medimos la altura del jalón obtendremos la distancia geométrica elevada y si medimos directamente al suelo obtendremos la distancia geométrica semi-elevada; las dos se miden a partir del eje de muñones del teodolito.

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4.3.

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Eje Óptico Z – Z

También llamado eje de colimación o de puntería es el eje donde se enfoca a los puntos. El eje que sigue la trayectoria de la línea visual debe ser perpendicular al eje secundario y éste debe ser perpendicular al eje vertical. Los discos son fijos y la alidada es la parte móvil. El declímetro también es el disco vertical. El plano de colimación es un plano vertical que pasa por el eje de colimación que está en el centro del visor del aparato; se genera al girar el objetivo.

5. TRIPODE El trípode llamado también la otra mitad del instrumento, es el soporte del aparato con 3 pies de madera o metálicos, con patas extensibles o telescópicas que terminan en regatones de hierro con estribos para pisar y clavar en el terreno. Deben ser estables y permitir que el aparato quede a la altura de la vista del operados 1.40 -1.50 metros. También se utilizan para aproximar la nivelación del aparato.

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5.1.

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Por el material de construcción:

Suelen ser de aluminio o madera siendo estos últimos los más utilizados por ser más resistentes a la dilatación y a las torsiones. Sin embargo, los de aluminio son recomendados en climas cálidos tropicales.

Trípode de aluminio 5.2.

Trípode de madera

Por el tipo de pies:

Pueden ser fijos o extensibles; los fijos son utilizados para trabajos de gran precisión en la nivelación y los extensibles se utilizan en cualquier tipo de trabajo planimétrico y altimétrico.

Trípode de pies extensibles 5.3.

Por el tipo de base:

Las bases tipos corrientes son aquellas que tienen un plato sobre el cual quedará fijado directamente el teodolito por medio de los tornillos fijadores por su parte, la base tipo centradora posee una cabeza corrediza cuya parte superior tiene forma esférica donde se coloca la plataforma porta instrumentos.

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Base corriente

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Base centradora

6. TIPOS DE TEODOLITO 6.1.

Teodolitos de obra:

Son instrumentos de escasa precisión (+/- 30'), se los utiliza en replanteo de obra vial y civil, están diseñados para resistir el trato en obra. 6.2.

Teodolitos topográficos:

Son instrumentos de gran precisión (+/- 1") se los utiliza en replanteos y levantamientos topográficos. Es la gama mas variada y de mayor cantidad de modelos se les construye en acero y aluminio para mayor duración. 6.3.

Teodolitos geodésicos:

Son teodolitos de altísima precisión leen hasta la décima de segundo pudiéndose apreciar la centésima. Los últimos modelos son exclusivamente electrónicos. Se les utiliza en poligonales y triangulaciones, posicionamiento de puntos, etc. 6.4.

Teodolitos astronómicos:

Son los más precisos de la gama leen igual que los anteriores la décima apreciando la centésima pero con muchos más aumentos y mayor nitidez y captación de luz estelar. Son de gran peso ya que

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generalmente se les debe colocar sobre bases estables de hierro o cemento. Se les utiliza en astrometría, geodesia astronomía, etc. 6.5.

Teodolitos de brújula:

Como dice su nombre tiene incorporada una brújula de características especiales, la brújula está imantada con la misma dirección del circulo horizontal, sobre el diámetro 0 a 180 grados de gran precisión. 6.6.

Teodolitos electrónicos:

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, es más simple en su uso, y por requerir menos piezas es más simple su fabricación y en algunos casos su calibración. Es la gama mas moderna, se benefician de la tecnología electrónica incorporan pantallas alfanuméricas de cristal líquido (LCD), leds de avisos, iluminación independiente del sol, calculadoras, electrodistanciómetros y trackeadores (seguidores de trayectoria) incorporados, y la posibilidad de guardar información para utilizar luego esta en computadoras personales. Genéricamente se los denomina estaciones totales pues dadas sus capacidades reemplazan la totalidad de los instrumentos topográficos.

Teodolito espacial

Teodolito eléctrico

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7. CLASIFICACIÓN DE LOS TEODOLITOS Podemos dividir los teodolitos en dos grandes grupos: 7.1.

Teodolitos Concéntrico:

Es el más común, se llama de anteojo central o concéntrico, porque el plano de colimación contiene el eje principal del instrumento. 7.2.

Teodolito Excéntrico:

El instrumento se llama excéntrico, siendo el plano de colimación y el eje principal paralelos. Con el fin de equilibrar el aparato, con el extremo opuesto del eje secundario al que van montado el anteojo se coloca un contrapeso, otras veces se equilibra el peso del anteojo, colocando en el lado opuesto a éste el limbo cenital y los nonios correspondientes. A su vez estos dos se dividen en dos clases mas de teodolitos que son: 7.3.

Teodolitos repetidores:

Se llama teodolito repetidor, cuando posee movimiento general lento, es decir, que una vez solidarios el limbo acimutal y sus índices o microscópicos correspondientes, se le puede dar al conjunto un movimiento lento, mediante un tornillo de coincidencia, para apuntar a un punto determinado. De ésta forma el aparato es capaz de acumular lecturas sucesivas del círculo horizontal, que después se dividen por el número de repeticiones, dando lugar al llamado método de repetición en la medida de ángulos. 7.4.

Teodolitos reiteradores:

Llamados también direccionales, los teodolitos reiteradores tienen la particularidad de poseer un limbo fijo y sólo se puede mover la alidada. Estos teodolitos proporcionan una precisión mayor que los teodolitos repetidores.

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8. INSTALACIÓN DE UN TEODOLITO Para instalar correctamente un teodolito se deben cumplir cuatro (4) pasos básicos:

8.1.

Instalación del trípode:

El trípode debe colocarse para montar encima el teodolito. las tres piernas deben colocarse a una distancia suficiente como para que tenga estabilidad, pero esta distancia tampoco debe ser lo suficientemente grande como para que afecte la movilidad de los observadores. Así mismo, se recomienda colocar el trípode lo mas nivelado posible, esto quiere decir que la plataforma superior en donde va a colocarse el teodolito posteriormente, debe estar lo más horizontal posible.

8.2.

Montado del teodolito:

El teodolito se enrosca en la parte superior del trípode hasta que quede firme. En algunas ocasiones va a ser necesario contar con un adaptador ya que no todos los trípodes tienen roscas compatibles con las de los teodolitos.

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8.3.

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Nivelado del Teodolito:

Inicialmente debe verificarse que la plataforma teodolito-trípode esté lo más horizontal posible (como se mencionó anteriormente). Luego se procede a nivelar el teodolito manipulando los tornillos que se encuentran en la parte inferior, el objetivo es que las burbujas de los dos niveles ubicados en la plataforma del teodolito se localicen en el centro de los tubos.

8.4.

Alineamiento del teodolito:

Cuando el teodolito esté completamente nivelado debe alinearse es decir, orientarse con respecto a los puntos cardinales. Este alineamiento puede hacerse de tres formas básicamente: utilizando GPS, utilizando información de la posición de los astros o utilizando un punto de referencia con ángulo acimutal desconocido. Hay otras maneras de realizar este alineamiento como utilizando una brújula, observando la dirección hacia la que apunta la caseta meteorológica, entre otros, sin embargo estas opciones no son confiables ni muy exactas, por lo que se recomienda recurrir a las tres opciones ya mencionadas.

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Para dejar al teodolito totalmente listo para el lanzamiento de las visuales debe verificarse que la mira esté desplegada, que los tornillos del acimut y de elevación se encuentren aflojados y que el teodolito se encuentre fijado bajo la opción de baja magnificación. Luego de estos ajustes finales, el teodolito debe encontrarse listo para su uso.

9. PROBLEMAS

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ESTACION TOTAL 1. DEFINICION Es un aparato electro-óptico utilizado en topografía, cuyo funcionamiento se apoya en la tecnología electrónica. Y consiste en la incorporación de un distanciómetro y un microprocesador a un teodolito electrónico. Algunas de las características que incorpora, y con las cuales no cuentan los teodolitos, son una pantalla alfanumérica de cristal líquido (LCD), leds de avisos, iluminación independiente de la luz solar, calculadora, distanciómetro, trackeador (seguidor de trayectoria) y en formato electrónico, lo cual permite utilizarla posteriormente en ordenadores personales. Vienen provistas de diversos programas sencillos que permiten, entre otras capacidades, el cálculo de coordenadas en campo, replanteo de puntos de manera sencilla y eficaz, y cálculo de acimutes y distancias. Y sirve para medir ángulos, verticales y horizontales, medir distancias en forma electrónica, en vez de reglas usa prismas, lo que nos permite tener un cálculo más preciso. En conclusión la Estación Total, es un conjunto de instrumentos integrados, que facilitan las tareas topográficas y permiten la ejecución de obras de diversa envergadura.

2. HISTORIA La primera estación total encontrada es de Trimble modelo GEODIMETER de 1971, luego el modelo GUPPY fabricada en 1976 por TOPCON, entre otras. Al ser una suma de instrumentos su avance va en función de la innovación tecnológica de sus diferentes componentes, en 1990 se comercializo la

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E.T. Robótica, 1993 se sumo la recepción GPS, y en 2003 la tecnología RTrack para el rastreo de señal LC2, permite que el trabajo con una estación total sea más dinámico y de gran precisión. En relación al manejo de información inicialmente se leía en display y se transcribía en la libreta de campo; luego al aparecer las libretas electrónicas esta información era pasada al ordenador con el programa usado según el modelo o marca. Actualmente los equipos tienen micro procesadores incluidos que permiten realizar varias etapas en paralelo. Podemos encontrar equipos fabricados por empresas como SOKKIA, LEICA, STONE, SPECTRA, PENTAX, NIXON, TOPCON, etc.

3. ESTRUCTURA BÁSICA DE UNA ESTACIÓN TOTAL 3.1.

EJES: 3.1.1. Eje Principal o Vertical: para un correcto uso del instrumento este eje debe coincidir con la vertical del lugar o plomada. 3.1.2. Eje Secundario o de Muñones: es el eje sobre el que gira el anteojo. Por construcción debe ser perpendicular al eje vertical. 3.1.3. Eje de Colimación: es el eje que materializa la visual realizada por el anteojo. Por construcción debe ser perpendicular al eje de Muñones.

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3.2.MOVIMIENTOS

3.2.1. Movimiento horizontal o giro de la alidada 3.2.1.1. Tornillo general: permiten el movimiento general o rápido. 3.2.1.2. Tornillos de movimiento lento o de coincidencia: estos

tornillos mueven la alidada alrededor del eje Vertical de forma precisa usando elementos mecánicos o servomotores.

3.2.2. Movimiento vertical o giro del anteojo 3.2.2.1. Tornillo general: permiten el movimiento general o rápido. 3.2.2.2. Tornillos de movimiento lento o de coincidencia: mueven

el anteojo alrededor del eje de Muñones de forma precisa usando elementos mecánicos o servomotores.

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3.3.

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PARTES

Partes de un equipo

PRISMAS Es un objeto circular formado por una serie de cristales que tienen la función de reflectar la señal EMD emitida por una estación total o teodolito. La distancia del aparato al prisma es calculada en base al tiempo que tarda en ir y regresar al emisor

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4. TIPOS DE ESTACIÓN TOTAL

Tipos

Convencional (electrónicas)

Con GPS

Robóticas

Características

 Pantalla alfanumérica , requiere prismas reflectantes  La plomada suele ser óptica  El distanciometro es óptico-electrónico EDM  Plomada laser  Mejor resistencia al medio ambiente  Requiere un solo prisma  Medidor electrónico de ángulos El sistema de navegación satelital permite controlar el instrumento desde un lugar independiente

Observaciones

 Sensibles a la lluvia  La transmisión de datos se hace por usb, o Bluetooth  La distancia horizontal, la diferencia de alturas y las coordenadas se calculan automáticamente. No funcionan en interiores ni debajo de una cobertura de árboles muy densa

 Medición sin prisma de hasta 2000m en series Diseño avanzado, 9000. Registro liviano fotográfico.  Medición asistida con imagen, registro

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5. ESTACIONAMIENTO DE UNA ESTACIÓN TOTAL: Debido a que contienen componentes electrónicas delicadas, las estaciones totales no son tan resistentes como los teodolitos. Ellas deben empacarse, transportarse, manipularse y sacarse de sus estuches con cuidado. Las estaciones totales tienen cabezas de nivelación con tres tornillos, y si están provistas de un frasco de nivel preciso se nivelan usando el mismo procedimiento aplicable a los teodolitos. 5.1.

El montaje de la estación:

Suele tomar 3 minutos en campo (15 en principiantes), y se realiza del siguiente modo: 1. Selección y marcado del punto de control topográfico (pintura roja, marcadores, etc.) 2. Montaje y centrado del instrumento, se elegirá un punto con buena visibilidad hacia la mayor cantidad de puntos, ejemplo un cruce de calle. 3. Se nivela primero el trípode centrando la burbuja del nivel circular con el manejo de dos patas del mismo, Luego con la base niveladora utilizando los tornillos de nivelación, se comprueba girando el instrumento y verifica cuando la burbuja se mantiene en la misma posición. Se verifica finalmente el punto topográfico y se corrige de ser necesario. Otra opción es la nivelación por pantalla, ahorra tiempo al corregir solo los tornillos. El levantamiento, trazo y replanteo se basa en la triangulación, se establecen dos puntos con coordenadas conocidas o asumidas (Stn coordínate y Back sight), luego se ubica la Estación Total en el pto Stn, y desde este se mira hacia el back sight, marcando la recta base desde donde se tomaran todos los datos posteriores. Finalmente se empieza la observación, de todos los puntos a levantar o trazar. Generalmente se requiere introducir los datos de altura del instrumento, las coordenadas de la estación y el segundo punto (back sight) en el programa instalado. Dependiendo del modelo elegido se introducen los datos que solicite cada programa; de no tener un punto conocido se puede asumir de inicio

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coordenadas NO, EO, o SO, con valores de 5000, 5000 o 1000, el back sight es mejor ubicarlo a una distancia conveniente como 10 o 100mts. Se recomienda que el ángulo “0” sea el del norte magnético. Finalmente se descargan los datos en la PC, o se supervisan en el momento a distancia, los sofwars más usados son: Prolink (.ssp, *.sdr) o Cad (*.dxf, *.txt), entre otros. Esto se puede resumir en los siguientes pasos: 1. Centra y Nivelar la E.T. en el pto elegido y marcar dicho punto. 2. Orientar el levantamiento ubicando el Back sight 3. Procede a la observación ubicando punto por punto.

6. SISTEMAS DE LECTURA ANGULAR

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6.1.

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CÍRCULO HORIZONTAL:

Círculo graduado que permite realizar las lecturas horizontales del giro de la alidada alrededor del eje Vertical. Por construcción es perpendicular al eje Vertical. El origen o 0g del círculo lo fija el operador y es lo que se denomina Orientación. Se suele fijar como sentido de avance el de las agujas del reloj o sentido retrógrado. La graduación suele ser centesimal aunque en los instrumentos digitales el software permite otras graduaciones.

6.2.

CÍRCULO VERTICAL

Círculo graduado que permite realizar las lecturas verticales del giro del anteojo alrededor del eje de Muñones. Por construcción es perpendicular al eje Muñones. El origen o 0g círculo queda fijado paralelo a al eje Vertical o zenit. Se suele fijar como sentido de avance el de las agujas del reloj o sentido retrógrado. La graduación suele ser centesimal aunque en los instrumentos digitales el software permite otras graduaciones. Si la lectura está comprendida 0g y 200g se denomina CD (Círculo Directo), si está comprendida entre 200g y 400g se denomina CI (Círculo Inverso).

6.3.

ELEMENTOS DE LECTURA

Ópticos: la lectura se realiza a través de una lente que refleja la graduación de un nonius. Para obtener lecturas entre 2cc a 5ccllevan un botón de coincidencia que mide el desplazamiento del nonius hasta una posición de coincidencia con el círculo horizontal Digitales: en estos casos los círculos están codificados y es un sensor ópticoelectrónico el que realiza la lectura, visualizándose en una pantalla digital.

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7. RELACIONES ENTRE ÁNGULOS Y DISTANCIAS Los mejores levantamientos se obtienen cuando existe compatibilidad entre las aproximaciones consideradas para los ángulos y las distancias. Para seleccionar los instrumentos y los procedimientos necesarios para trabajar en forma consistente, así como para evaluar los efectos de los errores debidos a diversas causas, es útil recodar las relaciones entre ángulos y distancias dadas aquí: 1’ de arco = 0,03 pie a 100 pie, o 3 cm a 100 m (aproximadamente) 1’ de arco = 1plg a 300 pie (aprox.; en realidad, a 340 pie) 1’’ de arco = 1 pie a 40 mi 0.5m a 100 km (aproximadamente) Sen 1’ = tan 1’ = 0.00029 (aproximadamente) Sen 1o = tan 1 o = 0.0175 = 0.013/4 (aproximadamente)

8. CIERRE AL HORIZONTE Cerrar al horizonte es el proceso de medir todos los angulos alrededor de un mismo punto para verificar con su suma, la cual debe ser igual a 360 o 00’0’’. Por ejemplo, si en la figura:

solo se necesitan los angulos x y y, es convenientemedir también el angulo z para cerrar el horizonte en A. El método proporciona una manera fácil

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para que el principiante compruebe sus lecturas y las visadas. La tabla muestra la pagina izquierda de las notas de las mediciones de los angulos de la figura anterior. Cierre al horizonte Punto visado

Lectura en el plato

B

0 o00’0’’

Angulo

Lectura en el plato

o

o

C o

o

o

D o

o

A o

00 00’04’’

42 12’12’’

o

42 12’13’’

o

59 56’14’’

o

59 56’15’’

o

257 51’34’’

o

257 51’34’’

282 08’30’’

257 51’34’’ o

o

222 12’16’’

59 56’16’’

102 08’30’’ o

180 00’04’’

42 12’14’’

42 12’14’’

Angulo

Promedio de los ángulos

180 00’04’’ ∑=360 o00’02’’-360 o 00’00’’ o Cierre = 00 00’02’’

Las lecturas del limbo se han cambiado ligeramente para cada visa de punto inicial y fin de practicar la lectura del instrumento, y para fines de verificación. Cada ángulo se calcula restando la lectura previa. A la diferencia entre 360 o00’00’’ y la suma de los ángulos x, y, y z se les llama cierre al horizonte. En este ejemplo el cierre fue de 2 min. Los valores admisibles de este cierre determinan si debe o no repetirse el trabajo.

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9. PROLONGACIÓN DE UNA LÍNEA SALVANDO UN OBSTÁCULO A. B. C. D.

Método del triangulo equilátero Método de las normales con giros en ángulo recto Método de las normales determinadas con cinta Método de los ángulos iguales

10. FUENTES DE ERROR EN TRABAJOS CON TEODOLITO Y ESTACIÓN TOTAL: 10.1. ERRORES INSTRUMENTALES  Los niveles de alidada están desajustados: Si las directrices de los niveles de la alidada no son perpendiculares al eje acimutal, este último no estará perfectamente vertical cuando se hallen centradas las burbujas de dichos niveles. Esta condición ocasiona errores en los ángulos medidos, tanto horizontales como verticales, que no pueden eliminarse promediando lecturas con el anteojo en posición directa e inversa. No obstante que los instrumentos se pueden usar con las burbujas desajustadas y obtener resultados exactos, este procedimiento es muy tardo, de modo que es preferible efectuar el reajuste requerido del instrumento. Algunos teodolitos y estaciones totales están provistos con compensadores de eje dual, capaces de detectar automáticamente la magnitud y la dirección de la inclinación del eje vertical. Ellos pueden efectuar correcciones en tiempo real en los ángulos horizontal y vertical. Los instrumentos provistos con compensadores de un solo eje solo pueden corregir ángulos verticales.  La línea de colimación no es perpendicular al eje horizontal: Si existe esta condición, al invertir el anteojo esta línea genera un cono cuyo eje coincide con el eje horizontal o de alturas del instrumento. El error máximo por esta causa ocurre al invertir el anteojo, como, por ejemplo, para prolongar una línea o para medir ángulos de deflexión. Asimismo, cuando el ángulo de inclinación de la visual hacia atrás no es igual al de la visual hacia adelante, los ángulos horizontales medidos serán incorrectos.

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Estos errores se eliminan con un doble centrado (en el caso de la prolongación de una recta), o promediando números iguales de lecturas en posición directa e inversa.  El eje de alturas no es perpendicular al eje acimutal: Esta situación hace que la línea de colimación describa un plano inclinado al invertir el anteojo y, por tanto, si las visuales hacia atrás y hacia adelante tienen ángulos diferentes de inclinación, originaran ángulos horizontales con error. Los errores por esta causa también pueden cancelarse promediando un número igual de lecturas directas e inversas.  Errores de índice en el circulo vertical: Cuando el eje de la visual es horizontal, debe leerse un ángulo vertical de cero grados o un ángulo cenital de 90 o o de 270 o; de otra manera se tiene un error de índice. Este error puede eliminarse calculando la media de un número igual de ángulos verticales (o cenitales) leídos en los modos directo e inverso. En la mayoría de los teodolitos digitales y de las estaciones totales, el error de índice se puede determinar leyendo cuidadosamente el mismo ángulo cenital directo e inverso. El valor es entonces calculado, almacenado y aplicado automáticamente a todos los ángulos cenitales medidos.  Excentricidad de los centros: Esta condición se presenta cuando el centro geométrico del círculo graduado horizontal (o vertical) no coincide con su centro de rotación. Los errores debido a esto por lo general son pequeños. Muchos teodolitos de lectura óptica permiten ver partes diametralmente opuestas de ambos círculos, asi como hacer una lectura promedio que elimina esos errores. Los teodolitos digitales y las estaciones totales también pueden estar provistos con sistemas que promedian automáticamente las lecturas tomadas en lados opuestos de los círculos. 

Errores por graduación de los círculos:

Si las graduaciones alrededor de la circunferencia de un círculo horizontal o vertical no son uniformes, se obtendrán medidas angulares erróneas. Por lo común, esos errores son muy pequeños. Ellos pueden minimizase en los ángulos horizontales medidos con teodolito, promediando las mediciones angulares repetidas; sin embargo, después de cada repetición el circulo avanza, de manera que las lecturas quedan espaciadas uniformemente alrededor del arco entero. Esto no puede hacerse para ángulos verticales

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con teodolitos. Algunos teodolitos digitales y estaciones totales no pueden espaciar las lecturas alrededor de ningún circulo. Otros siempre usan lecturas tomadas de muchas posiciones alrededor de los círculos para cada ángulo horizontal y vertical medidos, proporcionando así un sistema elegante para eliminar esos errores.  La directriz del nivel del anteojo no es paralela a la línea de colimación: En el caso del teodolito, si se presenta esta situación, la línea visual estará inclinada hacia arriba o hacia abajo después de centrar la burbuja del nivel del anteojo. Cuando el teodolito se usa como nivel, ocasiona un error en los ángulos verticales y en las lecturas del estadal. El efecto se elimina en los ángulos verticales promediando números iguales de lecturas con el anteojo en posición directa e inversa, o efectuando una corrección de error índice y, en la nivelación, equilibrando las distancias o longitudes de las visuales hacia atrás y hacia adelante.  Errores debidos al equipo periférico: Algunos errores instrumentales adicionales pueden deberse a trípodes desgastados, plomadas ópticas desajustadas, trípodes inestables y balizas ópticas con burbujas mal ajustadas. Este equipo debe revisarse periódicamente y mantenerse en buenas condiciones.

10.2. ERRORES NATURALES 

Viento:

El viento hará vibrar nuestra estación y moverá su plomada. Es necesario proteger el instrumento con un resguardo y hasta suspender las observaciones en trabajos de precisión cuando hay días de viento. En estos casos ayuda mucho la plomada óptica.  Cambios de temperatura: Las diferencias de temperatura ocasionan dilataciones desiguales de diversas partes de los teodolitos y las estaciones totales. Esto ocasiona que las burbujas se desplacen, lo que puede conducir a observaciones erróneas. Los efectos de la temperatura se reducen protegiendo los instrumentos contra efectos de fuentes de calor o de frio.

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 Refracción: La refracción desigual desvia la visual y puede ocacionar una ondulación aparente en el objeto observado. Es conveniente mantener la línea visual bastante arriba del terreno y evitar dirigir visuales muy próximas a edificios, chimeneas y hasta arbustos grandes aislados en espacios generalmente abiertos. En algunos casos tendrán que posponerse las observaciones hasta que mejoren las condiciones atmosféricas.  Asentamiento del trípode: El peso de un teodolito o un nivel fijo puede ocasionar que se claven o penetren demasiado las patas de un trípode en terreno blando. Cuando en un trabajo hay que cruzar por terrenos pantanosos deben hincarse estacas para sostener las patas del trípode, y el trabajo a efectuar en cada estación debe terminarse en el tiempo más corto posible. Apoyar un pie cerca de una de las patas del trípode o tocar una de sus patas mientras se mira por el anteojo, pone de manifiesto el efecto que tiene el asentamiento en el terreno sobre la posición de la burbuja de los hilos reticulares.

10.3. ERRORES PERSONALES  El instrumento no está centrado exactamente sobre el punto: Durante el tiempo que se ocupa una estación, debe verificarse a intervalos la posición de la plomada común o de la plomada óptica, para asegurarse que permanece centrada y que el instrumento esta precisamente sobre el punto.  Las burbujas de los niveles no están perfectamente centradas: Deben revisarse con frecuencia, pero NUNCA se debe renivelar entre una visual hacia un punto inicial y una hacia un punto final. (Solamente antes de comenzar, y después de terminar, una medida angular.)

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 Uso incorrecto de los tornillos de fijación y de los tornillos tangenciales: El observador debe formarse buenos hábitos de manipulación y ser capaz de identificar los diversos tornillos fijadores y los tangenciales, al tacto y sin tener que mirarlos. El ajuste final de los tornillos tangenciales se hace siempre con un giro positivo para evitar el resorteo. Los tornillos de fijación deben apretarse solo una vez y no tocarlos de nuevo para asegurarse que están bien apretados.  Enfoque deficiente: Para que haya error por paralaje es necesario enfocar correctamente el ocular sobre los hilos reticulares y el objetivo sobre el punto visado. Los objetos a visar deben situarse lo más cerca posible del centro del campo visual. El enfoque afecta el apuntamiento, que es una fuente importante de errores.  Visuales dirigidas con demasiado cuidado: El revisar y volver a verificar la posición del ajuste de la retícula sobre una mira es una pérdida de tiempo y produce resultados menos eficaces que los de una observación rápida. El hilo de la retícula debe alinearse rápidamente para comenzar de inmediato la siguiente operación.  Aplome y colocación descuidados del estadal: Uno de los errores más comunes se debe al aplome descuidado de un estadal cuando solo se puede ver su parte superior desde el lugar del observador, por la presencia de arbustos u otros obstáculos en la dirección de la visual. Otro se debe a la colocación de una baliza fuera de línea atrás de un punto que debe visarse.

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11.PROBLEMAS PROBLEMA 1

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PROBLEMA 2

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