TEMA # 6 NIVELACION
INTRODUCCIÓN
En el siguiente
trabajo encontraremos la definición de Nivelación, los instrumentos de
Nivelación, las condiciones que debe reunir un nivel y ajustes que se pueden
realizar. Clases de Nivelación, nivelación directa, trigonométrica o indirecta,
nivelación Barométrica. También Métodos de Nivelación y por ultimo Errores y
Tolerancias en Nivelación.
1.
DEFINICIÓN DE NIVELACIÓN.
La nivelación es
el procedimiento mediante el cual se determina: el desnivel entre dos (o más),
hechos físicos existentes entre sí y la relación entre uno (o más), hechos
físicos y un plano de referencia. El primer caso constituye la forma más común
de nivelación, se comparan varios puntos o planos entre sí y se determina su
desnivel en metros o centímetros. En el segundo caso se establece un nuevo
"valor" llamado cota, que relaciona individualmente a cada uno de los
hechos físicos que forman parte de la nivelación.
La nivelación en
topografía es un proceso de medición de elevaciones o altitudes de puntos sobre
la superficie de la Tierra. Entendiéndose por elevación o altitud a la
distancia vertical medida desde una superficie de referencia hasta el punto
considerado.
2.
INSTRUMENTOS DE NIVELACIÓN.
Son aquellos
instrumentos que se utilizan para nivelar, los cuales permiten determinar el
grado de horizontalidad de los elementos constructivos.
2.1.
Tipos de niveles
Nivel de burbuja
de aire
Nivel de
manguera
La plomada
El teodolito
2.1.1.
Nivel de burbuja de aire
El nivel de
burbuja de aire es el más usado y está constituido por una cánula o tubo de
cristal en forma ligeramente curvada, llena de líquido que conserva en su
interior una burbuja de aire a la que comúnmente se le llama gota. Esa cánula
descansa en una abertura hecha en el centro de una caja paralelepípedo
rectangular, y es visible por arriba y por los lados.
Cuando el nivel
se sitúa sobre el objeto, la burbuja se detiene; si coincide con el centro
marcado, indica que está horizontal; si se desvía a uno de los lados, indica
que hay que mover el objeto hasta que la burbuja de aire se sitúa en el centro
marcado.
2.1.2.
Nivel de manguera
El nivel de
manguera se basa en el principio de la igualdad de los líquidos en reposo que
estén comunicados, independientemente de su posición. Consiste en una sección
de manguera preferiblemente plástica y transparente, que se llena de agua. Uno
de sus extremos se coloca en el llenado correcto de la Manguera lugar al cual
se quiere trasladar determinada altura a nivel, y en el otro extremo se hace
coincidir la altura del agua con el punto que determinará el nivel que queremos
correr. Esto se hace subiendo o bajando el extremo de la manguera hasta obtener
la coincidencia. En el primer extremo estará determinado el nivel por la
altura del agua, la cual marcamos con un lápiz, una puntilla, etcétera.
Debe cuidarse,
al llenar la manguera, que no le queden burbujas de aire, pues entonces no da
el nivel correcto. No es conveniente llenar la manguera directamente de la pila
sino absorber el agua de un cubo por gravedad.
2.1.3.
Plomada
La plomada es el
instrumento que se utiliza para tomar el nivel vertical (aplomar). Consiste en
un pedazo de metal, preferiblemente hierro, plomo o bronce, de forma
acampanada, denominada kilo o plomo, que cuelga de un cordel grueso, el cual
pasa por la abertura hecha en el centro de una pieza de madera o metal en forma
de carretel llamada nuez. La distancia del eje del plomo o kilo a su borde
exterior, es siempre uno o dos milímetros menor que la distancia del eje de la
nuez a cualquiera de sus dos caras, aproximadamente el espesor de la moneda de
un centavo.
Por ejemplo:
cuando se está levantando un muro, para que el plano de una hilada esté
correcto colocamos la nuez en cualquiera de las piezas que constituyen el muro,
ya sea bloque o ladrillo; el kilo debe quedar colgado a la distancia requerida
(aproximadamente el espesor de una moneda de un centavo) de la cara de la
pieza correspondiente a la hilada de replanteo. Si queda a mayor distancia, se
diría que la pared está despierta, esto es, con desplome hacia afuera.
Si queda sin
separación, entonces la pared estará dormida, esto es, con desplome hacia
dentro. También existen otros tipos de plomadas denominadas plomadas de punto o
centro, las cuales se utilizan para determinar ejes, centros de bases,
etcétera.
2.1.4.
El teodolito
El teodolito es
el instrumento de nivelación más preciso que se usa en construcción, aunque
requiere para su manipulación de personal dotado de conocimientos en materia
de topografía.
3.
CARACTERÍSTICAS
Pueden ser
manuales o automáticos, según se deba calibrar horizontalmente el nivel
principal en cada lectura, o esto se haga automáticamente al poner el
instrumento "en estación".
El nivel óptico
consta de un anteojo similar al del teodolito con un retículo estadimétrico,
para apuntar y un nivel de burbuja muy sensible (o un compensador de gravedad o
magnético en el caso de los niveles automáticos), que permita mantener la
horizontalidad del eje óptico del anteojo, ambos están unidos solidariamente de
manera que cuando el nivel está desnivelado, el eje del anteojo no mantiene una
perfecta horizontalidad, pero al nivelar el nivel también se horizontaliza el
eje óptico.
En los últimos
treinta años se ha producido un cambio tal en estos instrumentos, que por
aquella época, principios de la década del ´80 casi todos los instrumentos que
se utilizaban eran del tipo "manual" pero en este momento es raro
encontrar uno de aquellos instrumentos, incluso son raras la marcas que aun los
fabriquen ya que las técnicas de fabricación se han perfeccionado tanto que los
automáticos son tan precisos y confiables como los manuales, a pesar de la
desconfianza que despertaban en los viejos topógrafos los primeros modelos
automáticos.
Este instrumento
debe tener unas características técnicas especiales para poder realizar su
función, tales como burbuja para poder nivelar el instrumento, anteojo con los
suficientes aumentos para poder ver las divisiones de la mira, y un retículo
con hilos para poder hacer la puntería y tomar las lecturas, así como la
posibilidad de un compensador para asegurar su perfecta nivelación y
horizontalidad del plano de comparación.
4.
TIPOS DE NIVELACIÓN
4.1.
Nivelación indirecta
· GEOMETRICA
· NIVELACIÓN GEOMÉTRICA SIMPLE
La longitud del
tramo a nivelar el lo suficientemente corta como para que la nivelación esté
compuesta por un único eje. Puede a su vez resolverse de dos formas diferentes,
por el punto medio o por el punto extremo.
· NIVELACIÓN GEOMÉTRICA COMPUESTA
La longitud del
tramo a nivelar es demasiado grande para poder hacerlo con un único eje, por lo
tanto se obtendrá el desnivel entre dos puntos A y B como resultado de varias
nivelaciones geométricas simples.
El desnivel
resultante entre los puntos A y B será la suma de todas las lecturas a mira de
espaldas, menos la suma de todas las lecturas de frente. Siempre que sea
posible, y con el objetivo de comprobar los datos, se realizarán itinerarios
cerrados, o en todo caso se intentará que se parta de un punto de cota conocida
y se llegue a otro punto de las mismas características. Los errores de cierre
obtenidos se compensarán posteriormente.
· NIVELACIÓN TRIGONOMÉTRICA
La nivelación
trigonométrica se efectúa con la ayuda de un taquímetro o una estación total,
con ambos instrumentos obtendremos un valor al que denominaremos como “t”, que
será la diferencia de nivel entre el punto al que hagamos puntería (mira o
prisma de reflexión) y el centro óptico del aparato.
Para calcular el
desnivel entre dos puntos A y B, habiendo colocado el instrumento en el punto
A, será necesario conocer la altura a la que hemos colocado el aparato así como
la altura del prisma (o la lectura de mira en su caso).
Este método
tiene la ventaja de que podemos calcular el desnivel existente entre puntos
relativamente alejados, ya que el anteojo puede bascular y no nos vemos
limitados por pendientes muy acusadas.
Aunque no es una
metodología generalmente utilizada, puede mejorarse la precisión mediante el
uso de visuales recíprocas y simultáneas, colocando un instrumento en cada
extremo.
4.2.
Nivelación directa
· SIMPLE
Es aquella
nivelación en la cual, desde una misma estación se determinan los desniveles y
las cotas de uno o varios puntos ya sea alineados o dispersos.
1º paso: se
procede a instalar el instrumento en un lugar despejado. el instrumento se
ubica en un lugar estratégico para visualizar de una misma posición
instrumental todos los puntos a nivelar.
2º paso: se
procede a visualizar el primer punto de referencia a, el cual tendrá una cota
conocida por ejemplo 100, la que corresponderá a la primera lectura atrás.
3º paso: luego
se procede a visar las lecturas intermedias que corresponderán a los puntos
entre a y b, y luego del último punto intermedio se procede a visar la lectura
adelante b.
· COMPUESTA
es una cadena de
nivelaciones simples, donde existen dos o más posiciones instrumentales para
con ellas llegar al punto deseado. esta nivelación es en base a la aplicación
de las fórmulas fundamentales de la nivelación geométrica y no tiene más medios
para combatir los errores que colocar especial cuidado en la operación
propiamente tal.
1º Paso: se debe
instalar el instrumento en la primera posición y a distancias cortas y
equidistantes entre los puntos para evitar posibles errores de refracción y
curvatura.
2º Paso: se
procede a visualizar el primer punto de referencia a, el cual tendrá una cota
conocida 100, la que corresponderá a la primera lectura atrás.
3º Paso: luego
se procede a visar las lecturas intermedias, si es necesario, y desde el último
punto intermedio se procede a visar la lectura adelante.
4º Paso: se
procede a cambiar el instrumento a una segunda posición para visualizar otros
puntos. desde esta nueva posición primero, se procede a visar el último punto
intermedio de la posición anterior, el que corresponderá a una lectura atrás.
luego se procede a visar las lecturas intermedias y luego la lectura adelante
que corresponda.
5º Paso: lo
anterior se realiza hasta nivelar todos los puntos, es necesario registrar las
lecturas en una cartera de nivelación para realizar los cálculos pertinentes.
· NIVELACIÓN CERRADA
son métodos de
nivelación sencilla que nos permiten comprobar nuestros resultados. la
nivelación cerrada propiamente tal es aquella nivelación que habiendo partido
de un punto dado, termina en el mismo punto, después de recorrer todos los
puntos que se quería nivelar. también es una nivelación cerrada la que resulta
al nivelar desde a a b y en seguida desde b a a, por vía de comprobación, en
este caso conviene hacer el cierre del circuito por otro camino.
la comprobación
de la nivelación cerrada, se obtiene verificando si la suma de todas las
lecturas de atrás es igual a la suma de todas las lecturas de adelante.
1º paso: se
procede a instalar el instrumento en una primera posición (1) desde donde se
visualiza el pr que corresponderá a la lectura atrás. y luego se visa el punto
a que corresponderá a la lectura adelante.
2º paso: luego,
se procede a ubicar en diferentes posiciones el instrumento, (1, 2, 3)
visualizando diferentes puntos de cambio con sus respectivas lecturas de atrás
y de adelante hasta visar la última lectura adelante que nos lleve al punto b.
3º paso: desde
el punto b se procede a regresar al punto a por otro camino siendo las
estaciones 1', 2' 3', pasando por otros puntos de cambio, visando las lecturas
de atrás y adelante según corresponda.
4º paso: para la
comprobación se procede a desarrollar la cartera de nivelación, para luego
proceder a sumar todas las lecturas de atrás y todas las lecturas de adelante,
y la diferencia de ambas sumatorias se compara con la diferencia entre la cota
del primer punto a y la cota del último punto que corresponde también a estos
resultados debería ser aproximadamente iguales y tender a cero. en la práctica
se aceptan algunos errores en el cierre conforme a la tolerancia.
4.3.
Nivelación barométrica.
Es un método de
aproximación y de uso frecuente en topografía. Se fundamenta en la variación de
la presión atmosférica con la altura. Los métodos utilizados en este tipo de
nivelación son el de radiación y el de itinerario. Para la práctica de ellos es
necesario la utilización de dos barómetros gemelos que constituirán el equipo
de nivelación. con ellos se trata de reducir al máximo las oscilaciones de la
aguja debido a la influencia de la meteorología.
· RADIACION
Es necesaria la
participación de dos operadores provistos para cada uno del altímetro
correspondiente.
Se situarán en
un punto correspondiente al centro de la zona a levantar y procederán a
contrastar sus aparatos y relojes con el fin de poder efectuar observaciones
simultaneas. Uno de ellos permanecerá fijo en esa posición y el otro se ira
desplazando por todos los puntos que desee nivelar tomando no de las lecturas
sobre el barómetro a intervalos de tiempo fijos y previamente estipulado con el
compañero.
Una vez
finalizada la toma de datos, se reunirán de nuevo y comprobaran los
instrumentos, observando que no se han producido variaciones en ella. Entonces
se procede a corregir las lecturas efectuadas con el altímetro móvil de la
posible oscilación que hubiera experimentado la aguja en el mismo instante
· ITINERARIO
Se comienza por
contrastar los aparatos en el punto de inicio del recorrido, tomando nota de la
diferencia de sus lecturas, después uno de los operadores se desplaza hasta el
punto siguiente, una vez situado sobre el mismo indicara al operador del punto
anterior el momento en el que ha de realizar la lectura sobre el altímetro de
manera que ambos puntos las lecturas se realicen de forma simultánea, después
el operador situado en el punto de atrás se desplaza hasta la posición del
compañero donde confrontaran de nuevo los barómetros, delantero se corregirán
por la oscilación experimentada por el de detrás. La diferencia de lecturas
entre ambos barómetros, una vez corregidas, nos proporcionara la diferencia de
nivel entre ambos puntos.
5.
METODOS DE NIVELACION
5.1.
Nivelación geométrica
Se trata del
método más preciso de nivelación topográfica, el instrumento empleado para la
realización de una nivelación geométrica es el nivel o equialtímetro. El
desnivel se calcula restando las lecturas tomadas a dos miras que se habrán
colocado en los puntos entre los cuales se quiere calcular el desnivel. La cota
del punto incógnita se calculará simplemente sumando el desnivel calculado.
5.2.
Nivelación trigonométrica
La nivelación
trigonométrica se realiza con la ayuda de un instrumental denominado estación
total (antiguamente con un taquímetro). Con la ayuda del mencionado
instrumental obtendremos un valor al que denominaremos como “t”, que será la
diferencia de nivel entre el punto al que hagamos puntería (prisma de
reflexión) y el centro óptico del aparato.
Para calcular el
desnivel entre dos puntos A y B, habiendo estacionado el instrumento en el
punto A, será necesario conocer la altura a la que hemos colocado el aparato,
así como la altura del prisma.
Este método,
menos preciso en general que el de nivelación geométrica, tiene la ventaja de
que nos permite calcular el desnivel existente entre puntos relativamente
alejados, ya que el anteojo puede bascular y no nos vemos limitados por
pendientes muy acusadas.
Aunque no es una
metodología generalmente utilizada, puede mejorarse la precisión mediante el
uso de visuales recíprocas y simultáneas, colocando un instrumento en cada extremo.
5.3.
Nivelación por GNSS
La nivelación
por técnicas GNSS no ofrece gran precisión, además, tiene el inconveniente de
que estamos utilizando dos superficies de referencia, esto es, GNSS realiza sus
mediciones sobre el elipsoide (una aproximación matemática de la superficie
terrestre), sin embargo, cuando hablamos de cotas geométricas, tomadas por
métodos clásicos, siempre nos referimos a cotas sobre el geoide (una superficie
equipotencial).
6.
NIVELACION DIFERENCIAL
Es la más
comúnmente empleada, es un procedimiento topográfico que nos permite determinar
el desnivel entre dos puntos mediante el uso de un nivel óptico y la mira
vertical o estadal.
La nivelación
geométrica mide la diferencia de nivel entre dos puntos a partir de la visual
horizontal lanzada desde el nivel óptico hacia los estadales colocados en
dichos puntos.
7.
NIVELACION RECIPROCA
Esta nivelación
se utiliza cuando se están tomando lecturas de lugares inaccesibles, debiendo
extremar la posición del nivel con respecto a las miras ya que se está situado
muy lejos de una y muy cerca de la otra. Estas lecturas extremas pueden ser
interiormente a las miras o exteriormente a éstas, pero siempre conservando una
línea recta.
9. TOLERANCIAS
9.1. Nivelación de gran precisión
Para establecer
puntos de referencia con gran exactitud en punto apartados y distribuidos.
nivel de precisión, equipado con estadía y ampolleta muy sensible. correcciones
verticales diariamente. visuales hasta 70 mts. mira aplomada con nivel esférico
y con soportes metálicos. lecturas en los tres hilos horizontales, al
milímetro. puntos de apoyo metálicos. nivel protegido del sol. burbuja centrada
cuidadosamente. distancias atrás y adelante balanceadas entre puntos de
referencia, por medio de la estadía o huincha. nivel enterrado en terreno firme
y operar sin viento.
9.2. Nivelación precisa
Para puntos de
referencia principales de un levantamiento extenso o para ligar en cotas las
bocas de un túnel en construcción. visuales hasta 100 mts. lecturas al
milímetro. distancias atrás y adelante medidas a pasos y balanceadas
aproximadamente entre puntos de referencia. se báscula la mira para las
lecturas. se centra cuidadosamente la burbuja para cada visual. puntos de apoyo
metálicos o puntos bien definidos en objetos sólidos. trípode instalado en
suelo firme.
9.3. Nivelación corriente
Empleada en
conexión con la construcción de obras de ingeniería. visuales hasta 150 mts.,
lecturas estimando fracciones de centímetros. distancia atrás y adelante
balanceadas groseramente. puntos de apoyo en objetos sólidos.
9.4. Nivelación aproximada o grosera
se emplea en
reconocimientos rápidos o levantamientos preliminares, visuales hasta 300 mts.
de longitud. lecturas aproximadas de mira al medio decímetro. no se toman
precauciones para igualar las distancias.
BIBLIOGRAFIA
Tecnología y
Práctica de Albañilería. Gustavo Domínguez y Orge Hernández. Editorial Pueblo y
Educación. La Habana, 1980. Páginas 4 a 10.
Educación
Laboral. Editorial Pueblo y Educación. La Habana, 1978.
Geometría Aplicada
Y Nivelación. Arnaldo Bueno Agüero
Nivelación
Topográfica (Métodos Topográficos) from Natalia Garrido-Villén
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