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UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL

TOPOGRAFÍA TEMA: RECONOCIMIENTO DE LOS EQUIPOS TOPOGRÁFICOS DOCENTE: ING. MAGUIÑA SALAZAR WALTHER ESTUDIANTE: RAMIREZ MANRIQUE MAYRA

HUARAZ,28 DE SETIEMBRE DE 2016

ÍNDICE I.

INTRODUCCIÓN............................................................................................. 3

II.

OBJETIVOS................................................................................................... 4 2.1.

OBJETIVO GENERAL............................................................................... 4

2.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.......................................................................4 FUNDAMENTO TEÓRICO............................................................................. 4

III. 3.1. 

HISTORIA DE LA INSTRUMENTACIÓN TOPOGRÁFICA...............................4

3.2.

ESQUEMA HISTÓRICO DE LA INSTRUMENTACIÓN TOPOGRÁFICA:............4 EQUIPOS TOPOGRÁFICOS......................................................................9

3.2.1.

TEODOLITO:..................................................................................... 9

3.2.2.

NIVEL.............................................................................................. 10

3.2.3.

WINCHAS O CINTA MÉTRICA...........................................................13

3.2.4.

JALON O VÁSTAGO.........................................................................13

3.2.5.

MIRA TOPOGRÁFICA.......................................................................14

3.2.6.

ESTACIÓN TOTAL............................................................................14

3.2.7.

PRISMA........................................................................................... 15

3.2.8.

ALTÍMETRO..................................................................................... 15

3.2.9.

GPS TOPOGRÁFICO........................................................................16

3.2.10.

TRÍPODE...................................................................................... 16

IV.

CONCLUSIONES....................................................................................... 17

V.

RECOMENDACIONES................................................................................... 17

VI.

BIBLIOGRAFÍA......................................................................................... 18

I.

INTRODUCCIÓN

El informe presentado a continuación tiene como finalidad identificar y reconocer los principales materiales topográficos que se usaran durante el desarrollo del curso y en todo tipo de proyecto de ingeniería, pues estos son indispensables en el desarrollo de las prácticas de topografía. La práctica se dedicó esencialmente a aprender el funcionamiento y correcto uso de los equipos e instrumentos de topografía, para luego aplicarlos en cada levantamiento que se realice y que no se presente ningún inconveniente al manipularlos. Los equipos ayudan a trabajar la topografía de una manera más exacta y esta información se verá ampliada a lo largo del presente trabajo. Para poder conocerlas caracteristicas de cada uno de los materiales se mencionará aquellos que en la actualidad son obsoletos, se detallará las características y funciones de cada equipo presente en el gabinete principalmente de los teodolitos(óptico y electrónica), la estación total, el nivel automático, el prisma, los trípodes, la mira topográfica, los jalones, el GPS topográfico, el altímetro, entre otros, para así distinguirlos y usarlos del modo más apropiado en cada situación que se nos presente durante los trabajos de campo, además se indicaran las ventajas de un material respecto a otro, así mismo se implementarán gráficos para facilitar su reconocimiento.

LA ESTUDIANTE.

II.

OBJETIVOS II.1.

OBJETIVO GENERAL 

II.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS   

III.

Reconocer los instrumentos y equipos de mayor utilidad en las prácticas de topografía en campo.

Determinar y diferenciar las principales características de cada equipo. Identificar el equipo más conveniente a utilizar, en cada situación del trabajo. Aprender a nivelar e instalar los equipos de manera precisa para que al tomar los datos, estos sean exactos y se cumpla el objetivo del levantamiento.

FUNDAMENTO TEÓRICO III.1.

HISTORIA DE LA INSTRUMENTACIÓN TOPOGRÁFICA Desde épocas muy remotas el hombre ha deseado medir su entorno, las primeras aplicaciones de la topografía fueron las de marcar los límites de los derechos de propiedad; así fue naciendo la necesidad de creación de instrumentos que faciliten dichas actividades.

 ESQUEMA HISTÓRICO DE LA INSTRUMENTACIÓN TOPOGRÁFICA: - Año 3000 a. de C. Babilonios y egipcios utilizaban cuerdas y -

cadenas para la medición de distancias. Año 560 a. de C. Anaximandro de Mileto, discípulo de Tales, inventa el gnomon o reloj de sol y fue el primero que trazó un

-

mapa del mundo conocido. Año 162 a. de C. Herón el Viejo de Alejandría, describe la Dioptra.

-

De esa misma época es el corobates, aproximación a un nivel, consistente en una regla horizontal, con patas en las cuatro esquinas y un surco en el que se vertía agua en su cara

-

superior. Herón también describe en esta época la medición de

-

distancias a partir de las revoluciones de una rueda. Año 150 a. de C. Ptolomeo describió el cuadrante para observaciones astronómicas. Para ángulos verticales, se

-

utilizaron hasta la Edad Media, las reglas de Ptolomeo. Por esta época, Hiparco inventa el astrolabio, que puede considerarse

el

precursor

del

Teodolito.

(Astrolabio

=

Instrumento que sirve para indicar con exactitud el instante del paso de una estrella por una altura fija, generalmente 60º, -

sobre el horizonte.) Los romanos, que fueron portadores y difusores de los conocimientos griegos por Europa, utilizaron la Groma; se trata de una cruz excéntrica, con plomadas en sus extremos, unida a una barra vertical, que disponía de una especie de alidadas. Vitrubio se refiere a los carros medidores de distancias mediante contadores de vueltas, aunque las medidas de precisión seguían siendo los pasos, por medio de contadores de pasos; además fue él el constructor de la primera escuadra aplicando el fundamento del triángulo

-

rectángulo de Pitágoras. Mucho más tarde, apoyándose en los conocimientos de griegos y romanos, los árabes utilizaban astrolabios divididos en 5 minutos de arco. Será Usbeke Biruni el diseñador (hacia el año 1000 d.C.) de la primera máquina para la graduación de

-

círculos. Hacia el 1300 se conoce, gracias a una descripción de Levi Ben Gerson, lo que posteriormente se llamará la barra de Jacob; se trata de un mecanismo para la medida indirecta de distancias

por

medio

del

movimiento

de

una

barra

perpendicular a otra principal que está graduada, y que -

proporciona así los ángulos paralácticos. La Brújula nos llegará desde China, y desde su nacimiento, pasando por la referencia que de ella hace Alexander Neckman en 1187 y el desarrollo que posteriormente introducen Leonardo Da Vinci y Schmalcalder, se convertirá en

-

la precursora del teodolito. Hasta el surgimiento del goniómetro actual, debemos hacer referencia a dos importantes pasos: el primero será la aplicación que de la brújula a un semicírculo graduado con una alidada fija y otra inmóvil hace Oronzio Fineo en su obra "Geometría Práctica". El siguiente paso será la mejora que introducirá Josua Habernel con el teodolito-brújula datado en

-

1576. Unos años antes, por 1530, el matemático y geógrafo portugués, Pedro Nuñes, ideó un instrumento matemático para

-

medir ángulos pequeños, que llamó nonius o nonio. Año 1609. Galileo construye el primer telescopio que se usaría

-

para observación astronómica. Año 1610. Aaron Rathbone

-

agrimensor. En base al anteojo telescópico de Galileo se desarrolla el telescopio

-

perfeccionado

de

construye

Kepler,

la

cadena

llamado

de

anteojo

astronómico, en 1611. Christian Huygens, colocó un retículo con cruz filar, para poder realizar punterías. Aparece así el anteojo de colimación. Modificó también la lente ocular, mediante una combinación de lentes (ocular de Huygens), para eliminar la aberración

-

cromática. Año 1657. Año 1720. Construcción del primer Teodolito por Jonathan

-

Sisson, con cuatro tornillos nivelantes en su base. En 1730, John Sisson construyó el primer goniómetro que sería

mejorado

por

Jesse

Ramsden

que

introdujo

microscopios y tornillos micrométricos para las lecturas -

angulares. Año 1740. Adans construye la primera escuadra doble. Las planchetas cobran importancia a partir de 1765. La idea básica de la plancheta consiste en fijar una alidada en un tablero y todo el conjunto sobre un trípode. Se estaciona todo el conjunto y se realizan las punterías necesarias. Si se fija un pantógrafo a la alidada, se van señalando simultáneamente sobre el papel colocado en la plancheta, direcciones y

-

distancias y trazando el plano en tiempo real. William Green hace la descripción de su sistema estadimétrico

-

para la medición indirecta de distancias. Año 1778. Por el año 1803 Reichenbach inventó la primera máquina para

-

graduar círculos y limbos angulares, usada en la actualidad. En 1804 creó su teodolito repetidor, con el tornillo de coincidencia

del

movimiento

general.

Su

anteojo

estadimétrico, año 1810, procede del anteojo de Huygens a cuyo retículo se le incorporan dos hilos paralelos al axial horizontal, llamados hilos estadimétricos, para poder realizar mediciones de distancias por el método indirecto, llamado -

estadimétrico. Porro, topógrafo y óptico italiano, introduce una lente convergente en el anteojo de Reichenbach y lo transforma así en

un

anteojo

de

analatismo

central.

Año

1823.

Posteriormente, en el año 1839, le dio el nombre de taquímetro a su instrumento topográfico y nacía asÍ la -

orientación de la Topografía, conocida por taquimetría. Año 1866. Se construye el clisímetro de Sanguet, para medir pendientes, que permitía obtener la distancia horizontal o

-

reducida. La mira parlante la construyó Adrien Bordalouë por el 1830. Entre esa fecha y 1895 se desarrollaron varios tipos de taquímetros autorreductores. (Un taquímetro autorreductor

permite obtener directamente la distancia reducida de las -

lecturas sobre la mira). Año 1886. Sanguet establece las bases de lo que sería el

-

prisma taquimétrico. El primer anteojo analático, lo creó Fennel en el año 1900. Estadía de acero construida por Carl Zeiss, en 1906. En 1908 se fabrica el primer anteojo de enfoque interno, construido por Heinrich Wild, en colaboración con Carl Zeiss. También fabricaría el nivel de coincidencia, el micrómetro

-

óptico de coincidencia y la estadía invar. En 1921, Wild fabrica el prisma taquimétrico para mira vertical. Los limbos de cristal empezaron a fabricarse en serie en el

-

año 1936. Por el año 1946 se consiguió el primer nivel automático, en Rusia y, en 1950, Carl Zeiss fabricó un nivel con compensador

-

mecánico. En el año 1956 se instaló el compensador de verticalidad en

-

los Teodolitos. Año 1936. En Rusia se fabrica un distanciómetro electro-

-

óptico. En 1957

-

microondas, gracias a Wadley. Se le llamó Telurómetro. 1968. Invención de los distanciómetros electro-ópticos de rayo

-

láser. Wild fabrica el modelo de distanciómetro DI-10, que, por su

se

logró

la

distanciometría

electrónica

por

pequeño tamaño, puede acoplarse a un Teodolito, ganando rapidez y precisión en las mediciones topográficas.

III.2.

EQUIPOS TOPOGRÁFICOS

III.2.1. TEODOLITO: La construcción del primer teodolito fue 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 el 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 mas facilidad. Con el paso de los años, los teodolitos se han ido perfeccionando teniendo equipos mucho mas modernos y sofisticados como el teodolito electrónico o los teodolitos conocidos como estaciones totales que son equipos mucho mas precisos que los teodolitos comunes.  TEODOLITO ÓPTICO: El teodolito es un instrumento de medición mecánico-óptico universal que sirve para medir ángulos verticales y, sobre todo, horizontales, ámbito en el cual tiene una precisión elevada. Con otras herramientas auxiliares puede medir distancias y desniveles. Es portátil y manual; con ayuda de una mira y mediante la taquimetría, puede medir distancias. Este equipo debe manejarse con mucho cuidado para evitar golpes y raspaduras en los lentes.

 TEODOLITO ELECTRÓNICO: Es la versión del teodolito óptico, con la incorporación de electrónica para hacer las lecturas del circulo 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. Las principales características que se deben observar para comparar estos equipos hay que tener en cuenta: la precisión, el numero de aumentos en la lente del objetivo y si tiene o no compensador electrónico. Este equipo debe manejarse con mucho cuidado para evitar golpes y raspaduras en los lentes.

III.2.2. NIVEL: Este aparato ayuda a determinar la diferencia de elevación entre dos puntos con la ayuda de un estadal o mira, el nivel más sencillo es el nivel de manguera, es una manguera transparente al que se le introduce agua y se levantan ambos extremos, por simple equilibrio, el agua estará al mismo nivel en ambos extremos. Debido al continuo uso y gran necesidad de los niveles estos instrumentos han venido mejorando con el paso del tiempo. A continuación un breve resumen de su avance. - El nivel de mano es un instrumento también sencillo, la referencia de horizontalidad es una burbuja de vidrio o gota, el clisimetro es una versión mejorada del nivel de mano incorporando un transportador metálico permitiendo hacer mediciones de inclinación y no solo desnivel.

- El nivel fijo es la versión sofisticada del nivel de mano, este en lugar de sostenerse con la mano se coloca sobre un tripie, la óptica tiene más aumentos y la gota es mucho más sensible. Este nivel presentaba una problemática, y es que conforme se opera el aparato hay que estar verificando continuamente y sobre todo cuando se gira, que la gota siga centrada, esto se hace con los 4 tornillos niveladores los cuales se mueven en pares, y siempre manteniendo tensión para que el aparato no se mueva.

- Este problema se resolvió con el nivel basculante, que sigue siendo un nivel fijo, pero que tiene un tornillo para ajustar la gota cada que se hace una medición, simplificando mucho el uso de 4 tornillos nivelantes, uno de los niveles más precisos es un nivel basculante, pero debe mayormente su precisión justamente a su gota y a una placa plano paralela.

-Un gran adelanto se logró cuando se introdujo el compensador automático, dando lugar al nivel automático, es este con el que se cuenta en el gabinete de topografía y se nos fue mostrado durante la práctica por

esto repararé en una descripción más extensa de dicho instrumento. su funcionamiento está basado en un péndulo que por gravedad, en estado estable este siempre estará en forma vertical, y con la ayuda de un prisma, este nos dará la referencia horizontal que estamos buscando. Este nivel tiene una burbuja circular (ojo de buey) que puede no estar completamente centrada, pero el compensador automático hace justamente eso, compensar, este adelanto resultó tan provechoso, que se incorporó en los teodolitos mas precisos y en las estaciones totales, aun cuando su funcionamiento puede variar, el principio sigue siendo el mismo. Por sus ventajas los niveles automáticos son los que mas fácilmente se encuentran en el mercado, dentro de las características que hay que observar al comparar instrumentos es el número de aumentos de la lente que puede ser de 20x hasta 32x, esto representa que tanto aumenta la imagen al ver a través del nivel, si las distancias son cortas (menores a 10 metros) tal vez no resulte algo trascendente, pero al tratar de ver un estadal graduado al milímetro a 100 metros si es importante contar con el nivel con más aumentos, o si se requiere gran precisión incluso en distancias cortas. Se ve de las especificaciones que el número de aumentos está ligado con la precisión del equipo, que se expresa en milímetros por kilómetro nivelado ida y vuelta, así si por ejemplo un nivel tiene una precisión de ± 1.5 mm/km, significa que en una nivelación de un kilómetro ida y vuelta se tiene un error de más menos un milímetro y medio.

III.2.3. WINCHAS O CINTA MÉTRICA: Se utilizan para la medida directa de distancias. Son útiles para medir distancias cortas y en terrenos llanos. En topografía lo que interesa es la distancia

horizontal o reducida entre los puntos que es precisamente la que viene reflejada en el plano.

III.2.4. JALON O VÁSTAGO: Son cilindros metálicos de 2m. de longitud acabados en punta para clavar y pintados en franjas blancas y rojas. Originalmente era una vara larga de madera, de sección cilíndrica, donde se monta un prismática en la parte superior, y rematada por un regatón de acero en la parte inferior, por donde se clava en el terreno. En la actualidad, se fabrican en aluminio, chapa de acero, o fibra de vidrio, en tramos de 1,50 m. o 1,00 m. de largo, enchufables mediante los regatones o roscables entre sí para conformar un jalón de mayor altura y permitir una mejor visibilidad en zonas boscosas o con fuertes desniveles. Los jalones se utilizan para marcar puntos fijos en el levantamiento de planos topográficos, para trazar alineaciones, para determinar las bases y para marcar puntos particulares sobre el terreno. Normalmente, son un medio auxiliar al teodolito, la brújula, el sextante u otros instrumentos de medición electrónicos como la estación total.

III.2.5. MIRA TOPOGRÁFICA: También llamado estadal en Latinoamérica, es una regla graduada cada 10 cm de madera o aluminio y generalmente tiene una longitud de 4metros, nos

permite leer con aproximación al milímetro, se emplea para medir la distancia vertical entre un punto situado sobre el terreno y la línea de mira de un nivel de anteojo.

III.2.6. ESTACIÓN TOTAL: Es un aparato electro-óptico que a menudo utilizaremos en las prácticas de campo de topografía, su funcionamiento se apoya en la tecnología electrónica. 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 acimuts y distancias.

III.2.7. PRISMA: Son instrumentos usados para la medición de distancias. Trabajan en conjunto con el distanciómetro o equipos de estación total.

III.2.8. ALTÍMETRO: Indica la diferencia de altitud entre el punto donde se encuentra localizado y un punto de referencia; habitualmente se utiliza para conocer la altura sobre el nivel del mar de un punto. su funcionamiento está basado en la relación entre presión y altitud, la presión atmosférica desciende con la altitud, aproximadamente, 1 hPa por cada 27 pies (8,2 metros) de altitud. Toman como base de referencia el nivel del mar, pero su funcionamiento está condicionado a los cambios meteorológicos, por lo que un altímetro de cierta calidad debería permitir compensar las variaciones de presión provocadas por el clima. Por otra parte, como el nivel del mar no es uniforme en todo el mundo, la base para medir la presión también puede variar según las latitudes en las que nos encontremos. O dicho en otros términos, si utilizamos el mismo altímetro en distintos países, los resultados pueden variar si no ajustamos la altura base (nivel del mar que sirve de referencia). Por último, como el espesor de la atmósfera varía mucho según la latitud (es mucho mayor en la zona intertropical) la correspondencia entre presión y altitud puede variar.

III.2.9. GPS TOPOGRÁFICO: (Global Positioning System). Estos equipos tienen precisiones desde varios milímetros hasta menos de medio metro. Existen GPS de una banda (L1) y de dos bandas (L1, L2), la diferencia es que para los GPS de una banda se garantiza la precisión milimétrica para distancias menores a 40km entre antenas, en los GPS de dos bandas es de hasta 300km, si bien se pueden realizar mediciones a

distancias mayores, ya no se garantiza la precisión de las lecturas. Los GPS topográficos requieren dos antenas, ya sea que el usuario tenga las dos, o que solo tenga una y compre los datos a una institución como el INEGI o Omnistar (DGPS). Se dice entonces que se esta trabajando en modo diferencial. El GPS no reemplaza a la estación total, en la mayoría de los casos se complementan. Es en levantamientos de gran extensión donde el GPS resulta particularmente práctico.

III.2.10. TRÍPODE: Para manejar cómodamente los instrumentos durante un trabajo, han de situarse a la altura del operador además han de quedar unidos fijamente al terreno. Esto normalmente se consigue con los trípodes. Los trípodes pueden ser de madera o metálicos, de patas telescópicas, terminadas en regatones de hierro para su fijación al terreno, consiguiendo mayor estabilidad. La cabeza del trípode es una plataforma triangular o circular sobre la que se coloca el instrumento. Esta plataforma tiene un gran orificio en el centro por la que pasa el elemento de unión tornillo, que se puede desplazar permitiendo al instrumento ocupar varias posiciones. Todos los trípodes llevan colgada del elemento de unión una plomada que ha de coincidir con la señal marcada en el terreno.

IV.

CONCLUSIONES 

 

V.

La topografía realiza sus actividades principales en el campo y el gabinete. En el campo se efectúan las mediciones y recopilaciones de datos suficientes para dibujar en el plano una figura semejante al terreno que se desea representar. A estas operaciones se les denomina levantamientos topográficos. Profundizamos nuestro conocimiento acerca de las funciones y características de cada equipo presentado. Aprendimos que cada material tiene mayor desempeño en un área determinada, e identificamos el rubro en el que nos facilitará el trabajo al utilizarlo.

RECOMENDACIONES 



La familiarización con los equipos de Topografía es una parte muy importante en esta experiencia ya que es vital una rápida y perfecta instalación de los equipos, esto es para evitar los errores en terreno y para un buen desarrollo del levantamiento. Es muy importante saber que función desempeña cada equipo topográfico, así como también es vital entender que los equipos se deben tratar con especial cuidado.







VI.

No portar calzado abierto durante la instalación de los equipos para evitar accidentes, debido a que la mayoría de los materiales son pesados. Es trascendental tener un conocimiento previo de la instalación de los equipos e instrumentos, para ahorrar tiempo y obtener resultado óptimos y confiables. Es necesario conocer el grado de precisión que requiere el trabajo, para determinar el tipo de instrumento a utilizar.

BIBLIOGRAFÍA  

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

BANNISTER, RAYMOND Y BAKER. Técnicas modernas en topografía. 7° edición. Alfaomega. 2002. BALLESTEROS Tena, Nabor. Topografía. Limusa. Instrumentos_ topográficos_ v2007.pdf / Universidad Politécnica de Madrid. Prácticas_ de_ topografía_ general. Pdf http://topomisena.blogspot.pe/ publicado por : Carolina Monroy Gómez (fecha de consulta: 20-09-2016) http://ocw.upm.es/expresion-grafica-en-la-ingenieria/dibujo-deconstruccion/contenidos/Topografia/dc3_instrumentos_topografic os_v2007, publicado por: Grupo de Ingeniería Gráfica y Simulación Escuela Técnica Superior de IngenierosIndustriales Universidad Politécnica de Madrid (fecha de consulta: 20-092016) http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/lnova/Archivos/FORMATOPDF/CAPITULO-2.pdf (Fecha de consulta: 20-09-2016) publicado por: Leonardo Casanova M.