capítulo i-configuración básica de un instrumento topográfico 1

Configuración básica de un instrumento topográfico
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 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
Configuración básica de un instrumento topográfico
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
Figura 3: TEODOLITO
6 – José Antonio Pardiñas García
Configuración básica de un instrumento topográfico
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
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
Figura 4: Retículo
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.
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
Configuración básica de un instrumento topográfico
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 200g y posteriormente otros 200g en horizontal.
Figura 6: Ejes de un instrumento topográfico para taquimetría
José Antonio Pardiñas García - 9
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)
- Movimiento general del instrumento- cuando son
solidarios
los
bloques
A
y
B
y
éste
gira
independientemente del C. El eje introducido en la
A
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.
B
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
Configuración básica de un instrumento topográfico
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
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
Configuración básica de un instrumento topográfico
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
E
H
t
P
a)
b)
b)
Tornillo de presión actuando sobre un eje.
a)
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
E
B
A
D
M
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
Configuración básica de un instrumento topográfico
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
Figura 11: Base nivelante
base se sujeta al trípode por medio de un tornillo
hueco de sujeción que se acopla a un orificio roscado
justo en su centro.
José Antonio Pardiñas García - 15
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
Configuración básica de un instrumento topográfico
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
dirección
y
que
permite
trazándola
sobre
materializar
una
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
Figura 12: Alidada de pínulas de visual
recíproca o DIOPTRA
acimutal y cenital, los brazos soporte y el anteojo.
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
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
La evolución desde el anteojo de colimación de los
Figura 13: Teodolito
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.
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.
R
Las líneas añadidas se llaman hilos extremos o
D
EJE OPTICO
Figura 14: Situación del Retículo
18 – José Antonio Pardiñas García
hilos estadimétricos.
Configuración básica de un instrumento topográfico
a
c
b
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 (50cc) por estima. Los modernos taquímetros digitales
pueden medir ángulos con precisiones entre 5cc” y 10cc (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