Topografia: abril 2018

¿ QUÉ ES UN TEODOLITO ?

teodolito

1. nombre masculino

Instrumento topográfico de precisión para medir ángulos de distintos planos

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; está hecho para fines topográficos e ingenieros, sobre todo en las triangulaciones. Con ayuda de una mira y mediante la taquimetría, puede medir distancias.

HISTORIA SOBRE EL TEODOLITO

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 choro bates (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.

CÓMO FUNCIONA

1) Escogemos un lugar desde el cual queramos medir un ángulo ya que el punto en el que coloquemos el instrumento marcará la diferencia.

2) Lo siguiente sería regular la altura del teodolito para que puedas ver a través del visor, este punto es importante por la comodidad más que por un desajuste que pueda surgir. De paso también podrás ubicar mejor el enfoque y el lado.

3) Revisamos el teodolito y veremos que en la parte de abajo hay una plomada, con ella adaptaremos y nivelaremos el teodolito hasta que quede perfecto .

4) Toca revisar el visor, en él verás que destaca una línea roja que sirve para indicar cuál es la línea que se está midiendo, si no está correcto podrás mover el visor de arriba a abajo hasta dar con el punto exacto que necesitas medir.

PARTES DE UN TEODOLITO

  1 - Base o plataforma nivelante
  2 - Tornillos nivelantes
  3 - Círculo vertical graduado. (limbo vertical)
  4 - Círculo horizontal graduado (limbo horizontal)

5 - Micrómetro

6 - Anteojo

7 - Tornillo de enfoque del objetivo

8 - Piñón

9 - Ocular ( con enfoque )

10 - Plomada

11 - Nivel tubular

12 - Nivel esférico

13 - Espejo de iluminación ( No en modelos óptico mecánicos)

14 - En los taquímetros, retículo para medición de distancias y tornillo de enfoque del retículo

PARTES PRINCIPALES

· Niveles: El nivel es un pequeño tubo cerrado que contiene una mezcla de alcohol y éter; una burbuja de aire, la tangente a la burbuja de aire, será un plano horizontal. Se puede trabajar con los niveles descorregidos.

· Precisión: Depende del tipo de Teodolito que se utilice. Existe desde los antiguos que varían entre el minuto y medio minuto, los modernos que tienen una precisión de entre 10”, 6”, 1” y hasta 0.1”.

· Nivel Esférico: Caja cilíndrica tapada por un casquete esférico. Cuanto menor sea el radio de curvatura menos sensibles serán; sirven para obtener de forma rápida el plano horizontal. Estos niveles tienen en el centro un circulo, hay que colocar la burbuja dentro del círculo para hallar un plano horizontal bastante aproximado. Tienen menor precisión que los niveles teóricos, su precisión esta en 1’ como máximo, aunque lo normal es 10’ o 12’.

· Nivel Tórico: Si está descorregido nos impide medir. Hay que calarlo con los tornillos que lleva el aparato. Para corregir el nivel hay que bajarlo un ángulo determinado y después estando en el plano horizontal con los tornillos se nivela el ángulo que hemos determinado.

· Plomada: Se utiliza para que teodolito esté en el mismo vertical que el punto del suelo.

· Plomada de Gravedad: Bastante incómoda en su manejo, se hace poco precisa sobre todo los días de viento. Era el método utilizado antes de aparecer la plomada óptica.

· Plomada Óptica: Es la que llevan hoy en día los teodolitos, por el ocular vemos el suelo y así ponemos el aparato en el mismo vertical que el punto buscado.

· Limbos: Discos graduados que nos permiten determinar ángulos. Están divididos de 0 a 360 grados sexagesimales, o de 0 a 400 grados centesimales. En los limbos verticales podemos ver diversas graduaciones. Los limbos son discos graduados, tanto verticales como horizontales. Los teodolitos miden en graduación normal o graduación anormal (sentido contrario a las agujas del reloj). Se miden ángulos cenitales, ángulos de pendiente y ángulos nadirales.

· Nonius: Mecanismo que nos permite aumentar o disminuir la precisión de un limbo. Dividimos las n-1 divisiones del limbo entre las n divisiones del nonio. La sensibilidad del nonio es la diferencia entre la magnitud del limbo y la magnitud del nonio.

· Micrómetro: Mecanismo óptico que permite hacer la función de los nonios pero de forma que se ve una serie de graduaciones y un rayo óptico mediante mecanismos, esto aumenta la precisión.

PARTES ACCESORIAS

· Trípodes: Se utilizan para trabajar mejor, tienen la misma X e Y pero diferente Z ya que tiene una altura; el más utilizado es el de meseta. Hay unos elementos de unión para fijar el trípode al aparato. Los tornillos nivelantes mueven la plataforma del trípode para conseguir que el eje vertical sea vertical.

· Tornillo de Presión: Tornillo marcado en amarillo, se fija el movimiento particular, que es el de los índices, y se desplaza el disco negro solidario con el aparato. Se busca el punto y se fija el tornillo de presión. Este tornillo actúa en forma radial, o sea hacia el eje principal.

· Tornillo de Coincidencia: Si hay que visar un punto lejano, con el pulso no se puede, para centrar el punto se utiliza el tornillo de coincidencia. Con este movimiento se hace coincidir la línea vertical de la cruz filar con la vertical deseada, y este actúa en forma tangencial. Los otros dos tornillos mueven el índice y así se pueden medir ángulos o lecturas de azimuts con esa orientación.

MOVIMIENTOS DEL TEODOLITO

- Movimiento de la Alidada

Este movimiento de realiza sobre el eje vertical (S-S), también

presente en los instrumentos de todas las generaciones de

teodolito.

Permite al operador girar el anteojo horizontalmente, en un rango

de 360°.

- Movimiento del Anteojo

Este movimiento se lo realizo sobre el eje horizontal (K-K) y

permite al operador girar desde el punto de apoyo hasta el Cenit,

aunque estos casos son muy raros ya que mayormente se abarca un

rango promedio de 90°.

TIPOS DE TEODOLITOS

TEODOLITO ÓPTICO

El teodolito mecánico es un utensilio más simple que hace la misma función que el electrónico pero de manera analógica, al no tener pantalla es necesario contar con un visor que nos da el ángulo y las medidas.
es la evolución de el tránsito mecánico, en este caso, los círculos son de vidrio, y traen una serie de prismas para observar en un ocular adicional. La lectura del ángulo vertical y horizontal la precisión va desde 1 minuto hasta una décima de segundo.

TEODOLITO ELECTRÓNICO

La principal ventaja y diferencia de los teodolitos electrónicos frente a los mecánicos es la pantalla, gracias a los digitales podemos ver en la pantalla todos los datos que antes teníamos que calcular de forma manual.

Son mucho más útiles porque hacen ahorrar tiempo y para todo el que quiera comprar un teodolito compensa mucho más hacerlo digital, lo notarás
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.

ESTACIÓN SEMITOTAL

En este aparato se integra el teodolito óptico y el distancio metro, ofreciendo la misma línea de vista para el teodolito y el distancio metro, se trabaja más rápido con este equipo, ya que se apunta al centro del prisma, a diferencia de un teodolito con distancio metro, en donde en algunos casos se apunta primero el teodolito y luego el distancio metro, o se apunta debajo del prisma, actualmente resulta más caro comprar el teodolito y el distancio metro por separado.
En la estación semitotal, como en el teodolito ÓPTICO, las lecturas son analógicas, por lo que el uso de la libreta electrónica, no representa gran ventaja, se recomienda mejor una estación total.
Estos equipos siguen siendo muy útiles en control de obra, replanteo y aplicaciones que no requieren uso de cálculo de coordenadas, solo ángulos y distancias

ESTACIÓN TOTAL

Es la integración del teodolito electrónico con un distancio metro. Las hay con calculo de coordenadas.- al contar con la lectura de ángulos y distancias, al integrar algunos circuitos mas, la estación puede calcular coordenadas. Las hay con memoria.- con algunos circuitos mas, podemos almacenar la información de las coordenadas en la memoria del aparto, sin necesidad de apuntarlas en una libreta con lápiz y papel, esto elimina errores de lápiz y agiliza el trabajo, la memoria puede estar integrada a la estación total o existe un accesorio llamado libreta electrónica, que permite integrarle estas funciones a equipos que convencionalmente no tienen memoria o calculo de coordenadas.

Las hay motorizadas.- agregando dos servomotores, podemos hacer que la estación apunte directamente al prisma, sin ningún operador, esto en teoría representa la ventaja que un levantamiento lo puede hacer una sola persona. Las hay sin prisma.- integran tecnología de medición láser, que permite hacer mediciones sin necesidad de un prisma, es decir pueden medir directamente sobre casi cualquier superficie, su alcance está limitado hasta 300 metros, pero su alcance con prisma puede llegar a los 5,000 metros, es muy útil para lugares de difícil acceso o para mediciones precisas como alineación de maquinas o control de deformaciones etc.
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, si tiene o no compensador electrónico, alcance de medición de distancia con un prisma y si tiene memoria o no.
Precisión:
es importante a la hora de comparar diferentes equipos, diferenciar entre resolución en pantalla y precisión, pues resulta que la mayoría de las estaciones, despliegan un segundo de resolución en pantalla, pero la precisión certificada puede ser de 3 a 9 segundos, es lo que hace la diferencia entre un modelo y otro de la misma serie, por ejemplo la set 510 es de 5 segundos y la set310 es de 3 segundos.

EJES PRINCIPALES DEL TEODOLITO

Eje Vertical de Rotación Instrumental s - s (EVRI)
Eje Horizontal de Rotación del Anteojo K - K (EHRA)
Eje Óptico Z - Z (EO)

El eje Vertical de Rotación Instrumental 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.

El eje óptico es el eje donde se enfoca a los puntos. El eje principal es el eje donde se miden ángulos horizontales. 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 eje Horizontal de Rotación del Anteojo 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.
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.

ERRORES INSTRUMENTALES

Se toman medidas erróneas (tanto de ángulos como de distancias), debido a la mala calibración de los aparatos o simplemente por el uso de los mismos que se traduce en desgaste paulatino de los componentes. Este grupo de errores son cometidos especialmente cuando no se le hace un mantenimiento adecuado a los equipos luego de cada día de uso, el cual consiste en limpiar los equipos con un paño seco para eliminar suciedad y humedad y colocarlos dentro de su empaque original, el cual viene diseñado para absorber los golpes y movimientos del transporte y así evitar su desajuste.

ERRORES PERSONALES

Los errores de tipo personal están asociados a limitaciones de los sentidos, especialmente de la pérdida de la agudeza visual. Aunque la mayoría de los equipos ópticos permite realizar ciertos ajustes para garantizar una buena visión, si el problema visual es muy agudo, se van a presentar errores por la imposibilidad de leer adecuadamente el instrumento.

ERRORES POR FACTORES ATMOSFERICOS

En este caso se tienen la lluvia, el viento y la más importante la temperatura. Aunque en la actualidad la muchas de las mediciones en topografía se hacen con cintas de PVC o similares, en algunos casos se sigue utilizando la cadenada acero como patrón de medición. Recordar que sin importar el material, la temperatura genera expansiones o contracciones del mismo, generando comprende errores, En la medición de ángulos esta variación de tamaño no afecta mucho, estas mediciones, sobre todo en el caso de la brújula, se ven más afectadas por atracciones locales, tales como depósitos locales de mineral de hierro, cables de alta tensión, etc., los cuales pueden afectar o alterar localmente el campo magnético, dando por tanto valores de azimut diferentes al real

¿QUÉ ES EL LIDAR?

Se puede definir LiDAR (Light Detection And Ranging) como una tecnología que permite medir la distancia entre un sensor y un objeto mediante el empleo de ondas electromagnéticas. Este sensor será considerado activo ya que será el propio láser quien emita las ondas.
Hace ya más de 3 décadas, los aparatos topográficos comenzaron a utilizar ondas electromagnéticas para medir la distancia, donde a partir de un rayo laser y un prisma que reflejaba el rayo, se hallaba la distancia en función de la velocidad de la luz y el número de longitudes de ondas.
El escáner de láser, emite impulsos de alta frecuencia y recoge las reflexiones que se producen en los elementos, permitiendo mediante estas observaciones el cálculo posterior de las coordenadas tridimensionales. Además de medir la distancia que existe entre el escáner emisor y el punto del terreno donde se ha reflejado, se deberá medir la posición y orientación del punto de vista, de manera que se pueda determinar las coordenadas tridimensionales únicas de cada punto de la superficie.
Por eso, todo sistema ALS, irá dotado con un sistema de posicionamiento global (GPS) y un sistema de navegación inercial (IMU) .
Los datos obtenidos serán directamente las coordenadas tridimensionales de los puntos reflejados por el terreno, permitiendo al operador trabajar directamente a partir de los ellos y formar modelos digitales del terreno o de superficie.

LIDAR TOPOGRÁFICA

El LIDAR topográfico se puede utilizar para derivar modelos de superficie para usar en varias aplicaciones como silvicultura, hidrología, geomorfología, planificación urbana, ecología del paisaje, ingeniería costera, evaluaciones de relevamiento topográfico y cálculos volumétricos.

LIDAR BATIMÉTRICO

El LIDAR batimétrico es un tipo de adquisición aerotransportada que penetra en el agua. La mayoría de sistemas LIDAR batimétricos recopilan simultáneamente la profundidad del agua y la elevación, que proporciona un relevamiento topográfico LIDAR aerotransportado de la interfaz tierra-agua. Con un relevamiento topográfico LIDAR batimétrico, la luz infrarroja (sistema láser tradicional) se refleja de vuelta al avión desde la superficie del agua y de la tierra, mientras que el láser verde adicional viaja a través de la columna de agua. Se utilizan análisis de los dos pulsos distintos para establecer las profundidades del agua y las elevaciones de la costa. La información batimétrica es muy importante cerca de las líneas costeras, en puertos y cerca de playas y riberas. La información batimétrica también se utiliza para ubicar objetos en el suelo oceánico.

LIDAR TERRESTRE

Hay dos tipos principales de LIDAR terrestre: móvil y estático. En el caso de la adquisición móvil, el sistema LIDAR se monta en un vehículo en movimiento. En el caso de la adquisición estática, el sistema LIDAR normalmente se monta en un trípode o dispositivo estacionario. Ambos sensores LIDAR consisten de láser seguros para los ojos.

El LIDAR terrestre recopila puntos muy densos y altamente exactos, que permiten la identificación precisa de los objetos. Estas nubes de punto densas se pueden utilizar para administrar instalaciones, realizar relevamientos topográficos de carreteras y vías férreas, e incluso crear modelos de ciudades en 3D para espacios en el exterior y en el interior, para mencionar algunos ejemplos.

MÓVIL

LIDAR móvil es el conjunto de nubes de punto LIDAR desde una plataforma en movimiento. Los sistemas LIDAR móviles pueden incluir cualquier número de sensores LIDAR montados en un vehículo en movimiento. Estos sistemas se pueden montar en vehículos, trenes e incluso en barcos. Los sistemas móviles normalmente consisten de sensor LIDAR, cámaras, GPS (Sistema de posicionamiento global) y un INS (sistema de navegación inerte), al igual que con los sistemas LIDAR aerotransportados.

Los datos LIDAR móviles se pueden utilizar para analizar infraestructura de carreteras y ubicar alambres aerotransportados que se superpongan, postes de luz y rótulos de carretera cerca de carreteras o vías férreas.

ESTÁTICO

LIDAR estático es el conjunto de nubes de punto LIDAR desde una ubicación estática. Normalmente el sensor LIDAR está montado en un trípode y es totalmente portátil, con un rango basado en un láser y sistema de imágenes. Estos sistemas pueden recopilar nubes de punto LIDAR dentro de edificios así como en el exterior. Las aplicaciones comunes para este tipo de LIDAR son la ingeniería, minería, topografía y la arqueología.

¿ QUÉ ES RTK?

POSICIONAMIENTO EN TIEMPO REAL CON GPS RTK

El posicionamiento con esta técnica se está incorporando de a poco a las actividades que involucran análisis de registros hidrográficos, explotación minera, monitoreo de vehículos y control preciso de maquinaria, entre otras aplicaciones.

RTK significa Real Time Kinematic, posicionamiento cinemático en tiempo real, y alía la tecnología de navegación por satélites a un módem de radio o a un teléfono GSM para obtener correcciones instantáneas. Algunas aplicaciones de ingeniería exigen que el procesamiento y el abastecimiento de las coordenadas se obtengan instantáneamente, sin la necesidad de un pos procesamiento de los datos.

TÉCNICA RTK

La técnica de posicionamiento RTK se basa en la solución de la portadora de las señales transmitidas por los sistemas globales de navegación por satélites GPS, Glonass y Galileo, este último todavía en fase de implantación. Una estación de referencia provee correcciones instantáneas para estaciones móviles, lo que hace que con la precisión obtenida se llegue al nivel centimétrico.

Estación base retransmite la fase de la portadora que midió, y las unidades móviles comparan sus propias medidas de la fase con la recibida de la estación de referencia. Esto permite que las estaciones móviles calculen sus posiciones relativas con precisión milimétrica, al mismo tiempo en que sus posiciones relativas absolutas son relacionadas con las coordenadas de la estación base.

Esta técnica exige la disponibilidad de por lo menos una estación de referencia, con las coordenadas conocidas y está dotada de un receptor GNSS y un módem de radiotransmisor. La estación genera y transmite las correcciones diferenciales para las estaciones, que usan los datos para determinar precisamente sus posiciones.

El formato de las correcciones diferenciales es definido por la Radio Technical Comittee for Maritime Service (RTCM). Los radiotransmisores operan en las fajas de frecuencia VHF/UHF, y la observación fundamental usada en el RTK es la medida de la fase de la portadora.

El empleo de las correcciones diferenciales hace que la influencia de los errores debidos a la distancia entre la estación base y la móvil se minimice.

En el caso del uso del módem de radio, la técnica RTK se restringe a líneas de base cortas (hasta 10 km), debido al alcance limitado del UHF, y también porque la determinación de la posición con esta técnica emplea apenas la solución de la portadora L1, aunque la portadora L2 esté presente para la resolución de las ambigüedades.

ESTACIONES VIRTUALES DE REFERENCIA

El método Virtual Reference Station (VRS) expande el uso del RTK para toda el área de una red de estaciones base. La capacidad de realización de los levantamientos y las precisiones disponibles dependen de la densidad y capacidad de la red de estaciones de referencia. Las nuevas tendencias de los levantamientos precisos, serán la implantación de redes de referencia RTK y estaciones de referencia virtuales VRS.

CONCLUSION

El teodolito es un instrumento manual creado para poder hacer el levantamiento topográfico, a medida que va pasando el tiempo este va evolucionando teniendo así:

· E mecánico

· Eléctrico / estación total/semitotal

· Scanner lidar/drone lidar

En el caso del done lidar ya nos brinda la ubicación y levantamiento de todo tipo de terrenos, que antes si quiera podíamos alcanzar como montañas, ríos, etc.

Estos instrumentos son de gran utilidad para la topografía y otras áreas de estudio.

BIBLIOGRAFIA

· http://www.topoequipos.com/dem/que-es/terminologia/que-es-un-teodolito

· https://teodolito.top/

· http://www.gisiberica.com/Teodolitos/ejes%20teololitos.htm

· https://www.ecured.cu/Teodolito