CAPÍTULO I-CONFIGURACIÓN BÁSICA DE UN INSTRUMENTO TOPOGRÁFICO

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1 CAPÍTULO I-CONFIGURACIÓN BÁSICA DE UN INSTRUMENTO TOPOGRÁFICO AVISO: VER NOTA AL FINAL DEL TEMA PARA LA LOCALIZACIÓN DE LOS CONTENIDOS CORRESPONDIENTES A LA INSTRUMENTACIÓN TOPOGRÁFICA I. 1 GONIÓMETROS Etimología- La palabra goniómetro tiene su origen en una composición de dos palabras de origen griego: "Gonios" = ángulo, "Metros" = medir. Definición- aparato utilizado para medir ángulos formados por dos visuales. Si el ángulo a medir se encuentra en un plano horizontal se le denomina ángulo acimutal. Si está en un plano vertical y el origen de graduación es la línea cenit nadir, se llama ángulo cenital, mientras que si el origen es la línea horizontal del plano vertical que pasa por el punto de vista o puntería se denomina ángulo de altura o altura de Horizonte. Descripción- Aunque los teodolitos difieren entre sí en numerosos detalles de construcción, todos ellos tienen en común las partes esenciales. Un teodolito clásico podemos dividirlo en tres bloques fundamentales que aparecen en la figura 1. Figura 1: Partes de un TEODOLITO Teodolito excéntrico José Antonio Pardiñas García - 3

2 2 EL TEODOLITO El goniómetro más perfeccionado para uso topográfico es el TEODOLITO. El Teodolito ha sido y es el instrumento apropiado para trabajos de alta precisión en los que se necesita la determinación de grandes distancias, como en triangulaciones geodésicas y topográficas, mediante la medición de ángulos con elevada exactitud. Si bien es verdad, que la tecnología de los modernos aparatos electrónicos, ejecuta la medición de grandes distancias con rapidez y precisión y los goniómetros electrónicos van desplazando a los ópticos, no es menos cierto que los viejos instrumentos son la base de todo y su arquitectura y fundamentos se han mantenido a lo largo de la historia. 2.1 ELEMENTOS FUNDAMENTALES Los elementos fundamentales de cada uno de los bloques son los siguientes: Bloque A- está constituído por la alidada horizontal, integrada por el goniómetro horizontal (antiguamente provisto de nonios), los brazos de soporte y el anteojo, y por la alidada vertical formada por el eje horizontal y el anteojo en su movimiento vertical. El conjunto puede girar sobre un eje vertical que se inserta en el bloque B, llamado eje del movimiento particular. Bloque B- donde se encuentra fijo el limbo acimutal. También tiene un eje hueco en el que penetra un eje solidario al bloque A. Será el eje vertical del movimiento particular. Bloque C- está constituído por una plataforma nivelante, en la que se introduce un eje hueco solidario al limbo acimutal (bloque B). Sirve para nivelar el instrumento. El eje referido es el eje vertical del movimiento general. 4 José Antonio Pardiñas García

3 Figura 2: Despiece de un Teodolito 2.2 PARTES DE UN GONIÓMETRO Un anteojo, utilizado para colimar los distintos puntos, llamado por ello, anteojo de colimación, está situado en la alidada y dispone de dos movimientos: Vertical: es móvil con respecto a la alidada y gira en torno a un eje horizontal, llamado eje secundario, constituyendo lo que se conoce como alidada vertical. Horizontal: que es el movimiento propio de la alidada, sobre los ejes verticales. Un círculo graduado fijo acimutal, provisto de un nivel tórico de burbuja, se utiliza para la medición de ángulos horizontales. La alidada, parte móvil que gira sobre el círculo acimutal, contiene además al eclímetro que es el círculo cenital. Base de sustentación denominada plataforma nivelante, lleva tres tornillos nivelantes, con el fin de lograr su horizontalización. El Goniómetro va apoyado en un trípode, que lo soporta y permite su colocación en la vertical del punto base que será vértice de los ángulos horizontales medidos. José Antonio Pardiñas García - 5

4 6 José Antonio Pardiñas García Figura 3: TEODOLITO

5 3 ANTEOJO DE COLIMACIÓN Función- El anteojo nos sirve para colimar los puntos que se pretendan levantar. Se utiliza el anteojo astronómico, bien sea el convencional en aparatos antiguos o el de enfoque interno, que es el utilizado en la actualidad en cualquier goniómetro. Fundamento- El anteojo astronómico se fundamenta en la formación de imágenes a través de lentes. Consta de dos lentes montadas en un tubo, con una distancia variable entre las mismas. Las lentes en cuestión son: Objetivo: dirigida hacia el objeto que ha de visarse. Ocular: por donde mira el observador. Descripción- la montura del anteojo consta de un tubo de latón ensanchado en un extremo en el que va montado el objetivo, formado por varias lentes. En el otro extremo va engranado un segundo tubo que por medio de una cremallera entra más o menos en el primero. Este segundo tubo recibe el nombre de tubo ocular y lleva a su vez enchufado un tercer tubo llamado porta-ocular. P R C B A Armadura del anteojo topográfico. Figura 5: Armadura del anteojo topográfico (Detalles en CD) José Antonio Pardiñas García - 7

6 En el tubo ocular va el retículo, disco de vidrio con dos líneas grabadas llamadas hilos que forman lo que se llama cruz filar, que se enfoca con el ocular. Se denomina enfocar el objeto a la acción de hacer coincidir la imagen dada por el objetivo con el retículo. Este primer anteojo se llamaba de Reichenbach y el punto analático se formaba en el exterior, lo que provocaba la necesidad de añadir una constante de aparato K en la medición de distancias (ver CD ROM). Se le llama colimar un punto, a hacer que su imagen se forme en el centro del retículo. Retículo. Anteojo de enfoque interno: es el más utilizado en la actualidad. Se caracteriza por la presencia de una lente divergente o de enfoque situada entre el objetivo y el ocular. De esta manera se puede eliminar el tubo ocular, cuyo movimiento irregular es causa que inutiliza el anteojo. Figura 4: Retículo 4 EJES Y MOVIMIENTOS 4.1 EJES DEL INSTRUMENTO TOPOGRÁFICO El instrumento topográfico define un sistema de ejes cartesianos sobre el terreno, respecto al que se referencian las mediciones de ángulos y distancias de las operaciones 8 José Antonio Pardiñas García

7 de observación de campo. Estos ejes se materializan en el instrumento de la siguiente forma: Eje principal o vertical: coincide con la vertical al centro del plano de la plataforma de sustentación y permite el movimiento general o de giro del instrumento. Eje horizontal o secundario: perpendicular al anterior y sobre el que bascula el dispositivo de observación. Eje de observación o de colimación: definido por la visual o dirección elegida por el operador. Este eje debe coincidir con el eje óptico del anteojo. El eje principal tiene que ser perpendicular al horizontal y éste al de la visual. El procedimiento más usual para comprobar que se cumplen tales requisitos, es aplicar el principio de inversión, es decir, se invierte la posición del anteojo girándolo verticalmente 200 g y posteriormente otros 200 g en horizontal. Figura 6: Ejes de un instrumento topográfico para taquimetría José Antonio Pardiñas García - 9

8 4.2 LOS MOVIMIENTOS ENTRE LOS DISTINTOS BLOQUES El teodolito tiene tres movimientos independientes, dotado cada uno de ellos de sus correspondientes tornillos de maniobra, dos alrededor de los ejes verticales, que son el movimiento general, el particular de la alidada acimutal y uno alrededor de un eje horizontal o movimiento del eclímetro. Cada movimiento se realiza con la ayuda de los tornillos de presión, que permiten dejar fijos los distintos elementos. Existen además, otros tornillos que permiten realizar los mismos movimientos pero de un modo más lento y limitado, son los tornillos de coincidencia. (1) A B - Movimiento general del instrumento- cuando son solidarios los bloques A y B y éste gira independientemente del C. El eje introducido en la plataforma nivelante es solidario al limbo acimutal; de este modo, una vez encajado en la plataforma, puede girar con su eje, lo que se facilita por medio de tornillos de presión y coincidencia, que se llaman del movimiento general. Son indispensables en los instrumentos repetidores. (1) -Movimiento particular de la alidada acimutal- son solidarios los cuerpos B y C y el A gira independientemente del C. En el eje hueco penetra un segundo eje, solidario de la placa de los nonios (parte superior del dibujo), y se consigue el movimiento relativo C de esta placa, con respecto al limbo, por medio de otro juego de tornillos de presión y coincidencia. Este movimiento relativo constituye el particular de la alidada acimutal. Los Figura 7: Movimientos de un Teodolito tornillos que intervienen son los correspondientes al movimiento particular. (1) - Movimiento del eclímetro o alidada cenital- movimiento del anteojo alrededor de un eje horizontal. Sobre la placa de los nonios va el soporte de un anteojo giratorio alrededor 10 José Antonio Pardiñas García

9 de un eje horizontal, arrastrando en su giro al limbo cenital, permaneciendo fijos los nonios; para facilitar este movimiento llevan los teodolitos un tercer juego de tornillos de presión y coincidencia, que son los del movimiento vertical. i José Antonio Pardiñas García - 11

10 5 TORNILLOS Tipos- Tornillos de presión y de coincidencia: del movimiento general y del particular. Utilidad- Los goniómetros constan siempre de elementos móviles, que giran alrededor de un eje, y de elementos fijos. Los tornillos de presión se utilizan para unir rígidamente ambos tipos de elementos, que, sin embargo, en otras ocasiones, deben tener movimientos independientes, lo que se consigue una vez suelto dicho tornillo, pudiendo girar libremente el elemento móvil correspondiente. Los tornillos de coincidencia (también llamados de movimiento lento) nos permiten imprimirle movimientos suaves y lentos, provocando pequeños desplazamientos de un elemento con respecto al otro, hasta hacerle ocupar la posición deseada. Forma- Tanto unos como otros pueden adoptar una gran variedad de disposiciones; en general, la pieza móvil lleva unas mordazas que se ajustan en el eje o platillo fijo, pudiéndose deslizar sobre él cuando está flojo el tornillo de presión; cuando se aprieta éste quedan solidarias ambas piezas, actuándose entonces sobre el tornillo de coincidencia hasta lograr ésta. Si el tornillo de presión se aplica a un platillo, adopta una forma similar a las representadas en la figura 8: Tornillo de presión actuando sobre un platillo. Figura 8: Tornillo de presión actuando sobre un platillo 12 José Antonio Pardiñas García

11 En ella vemos que la mandíbula inferior de la mordaza, B, lleva una tuerca donde penetra el tornillo, t, que cuando está flojo permite el deslizamiento de la mordaza a lo largo del platillo, pero que cuando se aprieta une rígidamente ambas piezas, por lo que si la mordaza está enlazada con la parte que quiere hacerse solidaria al platillo, habremos conseguido la finalidad perseguida con el tornillo de presión. Una de las mandíbulas lleva soldadas unas clavijas, que penetran en orificios practicados en la otra, y cuya misión consiste en impedir que el tornillo t (ver foto ampliada en la figura 8), arrastre en su giro a la mandíbula inferior. Cuando el tornillo de presión se aplica a un eje, toma una de las formas de la figura 9: B A t t E H P a) b) Tornillo de presión actuando sobre un eje. a) b) Figura 9: Tornillo de presión actuando sobre un eje En la (a) se consigue hacer solidarios el eje E y la pieza P actuando sobre el tornillo de presión, t, que aprieta las mandíbulas A y B sobre el eje; en la (b) se logra el mismo objetivo por la presión de la pieza P sobre el eje E. T José Antonio Pardiñas García - 13

12 E B A M D C Figura 10:Sistema para un tornillo de presión y coincidencia Los tornillos de coincidencia están colocados de tal manera que una vez fija la mordaza, basta actuar en ellos para que produzcan el desplazamiento de una pieza unida al elemento móvil. Son de dos clases: unos enlazan las dos partes, por medio de tornillo y tuerca únicamente, y otros realizan ese enlace añadiendo a dichos elementos un muelle antagonista que completa la acción del tornillo, siendo estos últimos más exactos. En la figura 10, se trata de unir los dos ejes concéntricos A y B; el primero lleva el brazo D, uniéndose éste a la abrazadera E, por intermedio del tornillo C y del 14 José Antonio Pardiñas García

13 muelle antagonista M. Si se aprieta el tornillo T, la pieza E aprisiona el eje B, y por estar aquella ligada al eje A, queda todo el conjunto unido rígidamente; pero puede hacerse girar lentamente el eje A actuando sobre el tornillo C. El tornillo T es el de presión y el C el de ajuste o coincidencia. 6 BASE NIVELANTE Va situada en la parte inferior de los instrumentos topográficos y está constituida por tres brazos horizontales, dispuestos en forma de triángulo equilátero y cada uno atravesado por un tornillo micrométrico vertical. Estos tornillos reciben el nombre de tornillos nivelantes, puesto que por medio de ellos se logra la horizontalidad de la base y consecuentemente, del instrumento soportado por ella y ensamblado en la parte superior de la base. La base se sujeta al trípode por medio de un tornillo hueco de sujeción que se acopla a un orificio roscado justo en su centro. Figura 11: Base nivelante José Antonio Pardiñas García - 15

14 Las plataformas nivelantes pueden ser separables del instrumento topográfico y usarse con otros accesorios (prismas, antenas GPS, plomadas, etc.). Lleva acoplado un nivel esférico para poner a nivel su estructura superior. 16 José Antonio Pardiñas García

15 7 ALIDADA ALIDADA: Palabra de origen árabe que significa regla (al- idada). Se define como regla provista de un dispositivo (pínulas o anteojo) para dirigir visuales y que permite materializar una dirección trazándola sobre una plancheta (clásica) o localizándola en un círculo graduado. En los modernos aparatos reciben este nombre las partes móviles de un teodolito, constituidas por las cajas de los goniómetros acimutal y cenital, los brazos soporte y el anteojo. Figura 12: Alidada de pínulas de visual recíproca o DIOPTRA El primitivo instrumento para alinear fue descrito por Herón el Viejo de Alejandría, matemático y mecánico griego, y le dio el nombre de DIOPTRA. José Antonio Pardiñas García - 17

16 8 DEL TEODOLITO AL TAQUÍMETRO Un taquímetro es un Teodolito que puede medir distancias y pendientes o desniveles, por procedimientos indirectos. Su constitución es similar a la de un teodolito, pero con menos precisión angular en sus versiones clásicas ópticomecánicas. Anteojo estadimétrico Figura 13: Teodolito La evolución desde el anteojo de colimación de los teodolitos al anteojo estadimétrico de los taquímetros es simple: consiste en añadir al retículo de colimación dos líneas paralelas al hilo central horizontal (Hilo axial), equidistantes del mismo a una distancia fija entre ellas. R D EJE OPTICO El retículo así formado se llama retículo estadimétrico y sirve para poder calcular las distancias a partir de los valores que estas líneas señalan en la estadía o mira. Las líneas añadidas se llaman hilos extremos o hilos estadimétricos. Figura 14: Situación del Retículo 18 José Antonio Pardiñas García

17 a b c Figura 15: Retículos En algunos anteojos se intercala un retículo con hilos paralelos al central vertical para poder medir sobre estadías o miras horizontales. También puede haber retículos con dos pares de hilos, funcionando cada par asociado para una constante diastimométrica o estadimétrica diferente. Precisión angular Los taquímetros óptico-mecánicos no suelen tener más precisión angular de 1 minuto centesimal (1 c ) por lectura directa y 50 segundos (50 cc ) por estima. Los modernos taquímetros digitales pueden medir ángulos con precisiones entre 5 cc y 10 cc (0,5 y 1 mgon). NOTA: Todos los contenidos para estudiar la instrumentación para la topografía por clásica están incluídos en el Libro Instrumentación para la Topografía y su Cálculo, dirigido por el Profesor de esta Asignatura y proporcionado como obsequio a las alumnas y alumnos de la misma. i Los modernos aparatos sustituyen los tornillos de presión por sistemas de fricción y los tornillos de coincidencia son sinfín. José Antonio Pardiñas García - 19