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NIVELACION GEOMETRICA O DIFERENCIAL (COMPUESTA)

EDGAR FERNEY OLARTE CARRANZA

EDITH LURDES LUGO ORTEGA

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES INGENIERIA CIVIL BOGOTÁ D.C 2019-I

Objetivos 

General

o Comprender que es una nivelación geométrica o diferencial compuesta, para que se utiliza y la manera en que se pueden desarrollar los trabajos con ella.



Específicos

o Realizar un ejercicio de acuerdo a lo que se entiende por nivelación compuesta o Conceptualizar los métodos por los cuales se pueden disminuir los errores cometidos en el itinerario de una nivelación compuesta.

¿Qué es una nivelación? La nivelación, es el conjunto de métodos u operaciones que tienen por objeto determinar las altitudes de los diversos puntos del terreno referidos a un mismo plano horizontal de referencia dada o imaginaria la cual es conocida como superficie o plano de comparación. Las nivelaciones se pueden clasificar de la siguiente manera: 

Nivelación geométrica o diferencia o Simple o Compuesta

 

Nivelación trigonométrica Nivelación barométrica

Directas

Indirectas

La nivelación se considera directa pues su resultado se determina de manera rápida en el lugar donde se esté realizando el trabajo a diferencia con la nivelación de tipo indirecta que para obtener unos resultados se necesita realizar unos cálculos, es decir se debe realizar un postproceso a la información tomada en campo. ¿Para qué se utiliza una nivelación? La nivelación se utiliza para poder determinar las diferentes altitudes de la tierra de acuerdo un plano establecido que puede ser el nivel medio del mar (n.m.m) o un plano de referencia arbitrario. La nivelación es una operación fundamental para el ingeniero, tanto para poder realizar un proyecto como para lograr replantear el mismo. Las aplicaciones más comunes de la nivelación son:    

En proyectos de vías, que deben ser construidas con pendientes establecidas o determinadas. Calcular volúmenes de excavaciones, al igual que poder situar obras de acuerdo a elevaciones planteadas (terraceo) Investigar características de drenaje de superficies. Hacer control y monitoreo de obras con corrimientos.

Nota: para el desarrollo de este texto se abordara el tema nivelación geométrica o diferencial compuesta. ¿Qué es una nivelación geométrica o diferencial? La nivelación geométrica o diferencial consiste en determinar distancias verticales de manera directa entre dos puntos que generalmente son denominados BMs (Bancos de nivel). Este tipo de nivelación se divide en dos las cuales se conceptualizaran a continuación:



Nivelación geométrica o diferencial simple Consiste en determinar el desnivel de dos puntos que están visibles para una sola armada del equipo de nivelación, es decir que para determinar las cotas o la diferencia de nivel de los dos puntos A y B solo es necesario realizarlo desde un solo puntos armado establecido por el operador del equipo.

Figura 1: Nivelación simple. Fuente: Introducción a la altimetría.



Nivelación geométrica o diferencial compuesta

Una nivelación compuesta es la composición de una serie de nivelaciones simples amarradas entre sí, donde el terreno es demasiado accidentado y sus distancias al igual son largas. Este tipo de nivelación se realiza cuando desde una sola armada no se puede hacer la lectura de los puntos a los que necesita determinarle la altura. Para la unión de estas nivelaciones simples es necesario materializar puntos a lo largo de la nivelación que se denominaran (Cambios).

Figura 2: Nivelación geométrica o diferencial. Fuente: Introducción a la altimetría.

Errores permisibles según el tipo de nivelación

ORDEN DE CLASIFICACION ERROR DE CIERRE PERMISIBLE Primer orden, Clase I Primero orden, Clase II Segundo orden, Clase I Segundo orden, Clase II Terder Orden Diseño de Cosntrucciones

Donde √ (Committee, Federal Geodetic Control, 1990)

Tabla 1: Errores permisibles para el ajuste y control vertical de una nivelación. Fuente: El autor.

Procedimientos para realizar una nivelación compuesta 

Trabajo de campo o Se ubica el nivel en un sitio desde donde se pueda tomar la lectura de mira ubicada en el BM, se realiza la lectura respectiva vista más (V+). La altura instrumental será la cota del BM + la lectura de vista atrás (V+). o Desde ahí se leen o toman los puntos o detalles que se puedan visualizar, estas lecturas se denominan vistas intermedias (VI). Las cotas de cada punto se calculan con la altura instrumental menos la vista intermedia correspondiente.

o Se materializa un punto de cambio (C1) al cual se le toma la lectura de mira, vista adelante o vista menos (V-). La cota del cambio será igual a la altura instrumental menos la vista adelante (V-). o Se traslada el equipo a un lugar adecuado desde donde se pueda realizar la vista atrás al C1 y se pueda avanzar en la nivelación; se toma la lectura al C1 vista más (V+). La nueva altura instrumental será la cota del cambio + la lectura de (V+). o Se toman lecturas, vistas intermedias (VI), a los puntos por nivelar que se puedan visualizar desde esta posición. La cota de cada punto será la nueva altura instrumental menos la vista intermedia (VI). o De ser necesario se materializa otro u otros cambios repitiendo el procedimiento escrito para el cambio 1 (C1), hasta finalizar la nivelación llegando a un BM. Fórmulas de cálculo Altura instrumental = Cota BM + (V+) Cota para los cambios = altura instrumental – (V-) Cota para los puntos = altura instrumental – (VI) Chequeo o error de cierre de la nivelación La diferencia de altura entre los puntos 𝐴 y 𝐵 es igual a la sumatoria de la lecturas atrás ∑ (V+), menos la sumatoria de la lecturas adelante ∑ (V−). Modelo de cartera

Figura 3: Modelo de cartera de campo. Fuente: Introducción a la altimetría.



Trabajo de oficina o Ajuste de nivelación

Luego de realizar el respectivo levantamiento en ofician se procede a realizar los ajustes de nivelación, estos ajustes los que hacen es distribuir el error obtenido y calcula el valor de las cotas de los puntos que intervienen en la nivelación, para este caso los cambios. Para poder ajustar una nivelación debemos conocer el error de cierre y verificar este error cumpla con las especificaciones de acuerdo al tipo de nivelación. Para el ajuste de las nivelaciones existen tres métodos:  Método de distancias  Método de numero de cambios  Método de numero de desniveles La nivelación compuesta se puede realizar para diferentes trabajos como: o Nivelación geométrica o diferencial para la obtención de un perfil. Se realiza un itinerario a lo largo de la línea que se quiere levantar para obtener el perfil del terreno buscando sus líneas de quiebre, es muy común que estos proyectos estén con un abscisado por lo general cada 10 metros, estos puntos serán los llamados (Cambios) y los demás puntos serán determinados según la forma del terreno, esto se hace con el fin de poder dibujar un perfil bien detallado con todos sus características topográficas.

Figura 4: Nivelación para la obtención d un perfil. Fuente: Introducción a la altimetría.

o Nivelación geométrica o diferencial para una poligonal de apoyo

Para realizar la nivelación de los puntos de una red topográfica es necesario llevar un itinerario por todos los puntos de la poligonal, lo que también la convertirá también en una red de nivelación.

Figura 5: Nivelación de una poligonal cerrada. Fuente: Nivelación.

Para que haya una mejor precisión en este tipo de trabajos que como se sabe las poligonales deben de ser lo más precisas posibles y evitar los errores al máximo se utilizan tres métodos para que esto se reduzca como lo son: 

Nivelación y contra nivelación Esta nivelación es la ejecución de nivelaciones una de ida y otra de regreso, se debe tener en cuenta que los puntos de inicio y regreso deberán ser los mismos.

Figura 6: Nivelación y contra nivelación. Fuente: Introducción a la altimetría.



Nivelación con doble punto de cambio Este método consiste en realizar las dos nivelación de manera simultánea, es decir que por cada armada del instrumento se deben posicionar dos puntos de cambio, esta nivelación tienen en común la primera y la ultima lectura.

Figura 7: Doble punto de cambio. Fuente: Introducción a la altimetría.



Nivelación con doble altura instrumental Este método de nivelaciones quedan totalmente independientes, en este método se va comprobando las diferencias de lecturas entre los cambios consecutivos, ninguna lectura tendrán que ser comunes.

Figura 8: Doble altura instrumental. Fuente: Introducción a la altimetría.

Diferencias entre nivelación compuesta y nivelación simple   

NIVELACIÓN SIMPLE Se determina las alturas desde un solo punto de armado. Terrenos relativamente planos y distancias cortas. Se disminuye los errores en la toma de datos.

  

NIVELACIÓN COMPUESTA Se necesitan más de dos puntos de armado para determinar la altura entre dos puntos. Terrenos muy accidentados o de distancias largas. Los errores son más fáciles de cometer, por lo que se utilizan métodos para tratar de disminuir estos errores. (Nivelación y contra nivelación, doble punto de cambio y doble altura instrumental).

Tabla 1: Diferencias entre nivelación simple y compuesta. Fuente: El autor.

Ejercicio propuesto En el siguiente ejercicio se realizó una nivelación para la obtención de un perfil longitudinal, la nivelación se hizo tomando todos los puntos de quiebre a lo largo de la línea. CARTERA DE CAMPO – NIVELACION COMPUESTA

CARTERA DE CAMPO – NIVELACION COMPUESTA

CHEQUEO DE NIVELACIÓN

Conclusión y crítica constructiva La altimetría es una herramienta básica para demostrar el relieve de una superficie, haciendo que esta parezca en la vida real de la manera más exacta posible para esto se emplean diferentes métodos de ajuste haciendo que los trabajos obtengan mejor calidad y los datos entregados sean de gran ayuda para futuros trabajos que se realicen en determinado proyecto. Pero se debe tener en cuenta que para que un trabajo de estos sea totalmente confiable se debe contar con otros recursos que también son de gran importancia como lo es que el equipo de medición este en buenas condiciones, es decir que cumpla con las especificaciones para la realización de la actividad, para esto es muy común que se realice un chequeo de equipo antes de iniciar el trabajo para que más adelante no se tengan errores que no podrán ser corregidos por la magnitud del mismo. En pocas palabras para que un trabajo de nivelación este entre los estándares permitidos y pueda ser entregado un resultado concreto hay que tener en cuenta todos los detalles que puedan influir en el trabajo.

Referencias bibliográficas Jiménez Clèves, G., Garzón Barrero, J. & Londoño Pinilla, D.F. (2017). Introducción a la altimetría. Armenia: Editorial ELIZCOM SAS. Navarro Hudiel, S. J. (2008). Manual de topografía - Altimetría. Recuperado de: file:///C:/Users/TecnoMakro/Documents/ESING/PDF-(INGENIERIA%20CIVIL)/modulo-iintroduccion-a-altimetria1.pdf Becerra Pajuelo, A.F. (2010). Nivelación. Recuperado de: file:///C:/Users/TecnoMakro/Documents/ESING/PDF-(INGENIERIA%20CIVIL)/Nivelacion.pdf

Botia Flechas, C. J. Vargas Vargas, W. E., Rincón Villalba, M. A. (2011). Altimetría. Bogotá: Editorial UD.