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Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal CONSULTORÍA, ASESORÍA Y CONSTRUCCIÓN Separata del Curso - Taller: TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Versión 1.03 Preparado por: Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal Cajamarca, Junio del 2015 Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 1 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Tercera Edición Se permite la reproducción parcial o total del presente documento, su tratamiento informático, la transmisión por cualquier forma o medio electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, siempre y cuando se mencione la fuente de los titulares del Copyright ©. Todos los gráficos e imágenes con interfaz Leica, han sido extraídos del Manual de Empleo “Leica FlexLine” TS02/TS06/TS09; además, se ha empleado el software “Leica FlexLine TS02/06/09 Simulator” para la enseñanza interactiva del presente documento. Derechos Reservados. Copyright ©. © 2015 AURA Consultoría, Asesoría y Construcción SRL Cajamarca – Perú #AURACONSULTORA © 2015 Desing Engineer Víctor Franz Alcántara Portal Cajamarca – Perú Celular: +51 958741685 Email: ceternium@hotmail.com #Franz.Wolf.Heart mailto:ceternium@hotmail.com Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 2 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL PRÓLOGO Es un verdadero haber concluido el presente documento para su aplicación en la Ingeniería, debido a la alta incidencia que representa la topografía en casi la mayoría de proyectos y su consiguiente busca de exactitud y precisión a lo largo del desarrollo del mismo en el tiempo y espacio. Luego de haber tenido la dicha de compartir muchas experiencias con profesionales ligados a la topografía desde que era estudiante hasta el día de hoy, de los cuales aprendí algunos artificios que ayudan a agilizar el trabajo en campo, sin descuidar la exactitud y precisión que todo proyecto debe tener; y luego de haber realizado muchos levantamientos y replanteos topográficos en diferentes proyectos viales, mineros, energéticos, hidráulicos, etc.; haber errado en algunas oportunidades y buscado la solución más óptima para agilizar un trabajo con las debidas medidas correctivas, les traigo este documento que viene siendo fruto de muchos años de experiencias realizadas en diferentes instituciones públicas y privadas, que vinieron a significar verdaderos retos para mi persona, debido a los tiempos acortados de proyección, ejecución y a las altas demandas de precisión en algunos trabajos en específico. Estando este documento en su segunda edición y habiendo incorporado y/o mejorado algunos puntos más, debo agradecer a mi buen amigo: el Ing. Carlos German Castillo Muñoz y AURA Consultoría, Asesoría y Construcción SRL por continuar confiando en mi persona y seguir siendo parte indispensable del grupo de AURA. Al igual que en las dos primeras ediciones, en el primer capítulo se refuerzan los conceptos básicos de topografía que ayudarán a tener una mejor concepción sobre el manejo de la estación total, tomando bastante énfasis en las referenciaciones por norte magnético, geográfico y referencial, siendo estos puntos indispensables en todo proyecto desde su fase inicial, su ubicación y proyección de estructuras, explanaciones, edificaciones, etc., en un sistema adecuado de coordenadas y su consiguiente replanteo acorde a las demandas de cada proyecto. En el segundo capítulo se hace hincapié de los replanteos en campo, pasando desde el típico replanteo desde el punto de vista de la topografía clásica, las maneras alteras de replantear y las aplicaciones topográficas que algunas estaciones totales nos ofrecen el día de hoy. Así mismo, para el caso de esta edición, se ha reorganizado la temática que se desarrolla en las prácticas de campo, poniéndole mayor importancia al replanteo de obras lineales y de edificaciones en general, siendo estos puntos muy representativos en la mayoría de proyectos que se desarrollan en nuestro país. Esperando que el presente documento sea de su total agrado, me despido, no sin antes agradecerles sus sugerencias y aportes personales para la prosperidad y mejora de las próximas ediciones. Atentamente: Víctor Franz Alcántara Portal Design Engineer Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 3 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL TEMARIO: Tema 01: La Estación Total: Configuración, Mediciones, Radiaciones Simples y Cambios de Estación. Introducción. Nociones topográficas básicas. La estación total, descripción, partes, accesorios, prestaciones, limitaciones y recomendaciones. Inicio, puesta en estación y almacenamiento de datos. Interfaz de usuario. Configuración General y EDM. Posicionamiento de la estación mediante un punto conocido. Referenciación Topográfica por Norte Magnético, Geográfico y Referencial. Referenciación Solar y Astronómica. Medición y codificación de puntos. Levantamientos Simples. Levantamientos Batimétricos. Levantamiento de Puntos Inaccesibles. Cambios de Estación mediante: Estación Libre, Orientación con Ángulo, Orientación con Coordenadas, Arrastre de Cotas y Poligonal Abierta. Tema 02: Replanteos, Cálculo de Volúmenes, Levantamientos Especiales, Errores Comunes y Gestión de Datos. Líneas y Arcos de Referencia. Trazo de Poligonales de Apoyo. Trazo de Mallas de Perforación. Trazo 2D y 3D Replanteo de Obras Lineales (Carreteras, Canales y Diques). Replanteo de Explanaciones. Replanteo de Estructuras (Edificaciones, Líneas de Alta Tensión y Pernos de Anclaje). Distancia entre dos puntos y aplicaciones. Cálculo de Volúmenes. Levantamientos y Replanteos Especiales. Errores más comunes en el manejo de la estación total. Gestión de datos. Tema 03: Primer Día de Práctica de Campo Sobre: Elección del lugar de Prácticas. Metodología de Trabajo. Puesta en estación. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 4 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Configuración General y EDM. Posicionamiento de la Estación Total y Referenciación por Norte Magnético, Geográfico y Referencial. Referenciación Solar y Astronómica. Levantamiento Simple. Levantamiento Batimétrico. Levantamiento de Puntos Inaccesibles. Cambios de estación por: Estación Libre, Orientación por Ángulo, Orientación con Coordenadas, Arrastre de Cotas y Poligonal Abierta. Gestión de datos. Tema 04: Segundo Día de Práctica de Campo Sobre: Líneas y Arcos de Referencia. Trazo de Poligonales de Apoyo. Trazo de Mallas de Perforación. Replanteo de una Carretera (Incluido Bombeos, Peraltes, Sobreanchos y Taludes) Replanteo de un Dique o Botadero o Tajo. Replanteo de Líneas de Alta Tensión. Replanteo de Pernos de Anclaje. Replanteo de Buzones. Levantamiento y Replanteo Especial. Control de Volúmenes. Gestión de Datos. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 5 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL TEMA 01: LA ESTACIÓN TOTAL: CONFIGURACIÓN, MEDICIONES, RADIACIONES SIMPLES Y CAMBIOS DE ESTACIÓN. Ítems: Introducción. Nociones topográficas básicas. La estación total, descripción, partes, accesorios, prestaciones, limitaciones y recomendaciones. Inicio, puesta en estación y almacenamiento de datos. Interfaz de usuario. Configuración General y EDM. Posicionamiento de la estación mediante un punto conocido. Referenciación Topográfica por Norte Magnético, Geográfico y Referencial. Referenciación Solar y Astronómica. Medición y codificación de puntos. Levantamientos Simples. Levantamientos Batimétricos. Levantamiento de Puntos Inaccesibles. Cambios de Estación mediante: Estación Libre, Orientación con Ángulo, Orientación con Coordenadas, Arrastre de Cotas y Poligonal Abierta. Introducción En el mundo actual en el que vivimos, en donde, el crecimiento demográfico es acelerado, la necesidad de contar con instalaciones necesarias que garanticen nuestra supervivencia, comodidad, desarrollo y que nos ayuden a tener un mundo sostenible y sustentable, hacen que sea necesario la delimitación de áreas y fronteras, la ejecución de obras, instalaciones y edificaciones, etc. a lo largo de todo el globo terráqueo y sin importar la índole y/o envergadura de la misma y al margen de la descentralización de los ejes de desarrollo, es de vital importancia que se siga ostentando que las mismas se ejecuten sin pérdidas de tiempo indebidas y dinero, con la precisión y exactitud adecuada. Así, se puede mencionar que una de las ramas que hace posible la proyección, ejecución y supervisión de las obras de desarrollo público o privado, es la topografía y la agrimensura, ramas que han sido desarrolladas a lo largo de la historia de los pueblos, usadas en un inicio para determinación de linderos, pasando luego a la ejecución de grandes monumentos que nos dejaron nuestros antepasados y llegando hasta hoy en día a la proyección de obras públicas y privadas, las mismas que requieren de levantamientos previos, sobre cuya recopilación de datos ha de proyectarse alineamientos, explanaciones y vértices sobre el terreno y plasmados en mapas y planos. De los párrafos antes mencionados, la tarea del Ingeniero es la de recopilar correctamente los datos de campo, de perímetros, linderos, de la morfología del terreno, de los cauces de agua, de las depresiones y hondonadas, de las cimas y simas para el inicio de un proyecto, de las explanaciones ya Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 6 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL existentes para el mejoramiento o la reformulación de un proyecto, de estructuras existentes para la elaboración final de Planos As-Built o inventariado final y proyección de estructuras y/o instalaciones sobre las mismas por si se lo requiera, los mismos que serán recopilados con la ayuda de instrumentos, métodos y técnicas de ubicación, que han ido evolucionando con el pasar de los años. Así es, que se pueden utilizar: Niveles, Teodolitos, Distanciómetros, Estaciones Totales, GPS Navegadores, GPS Diferenciales, Instrumentos de Fotogrametría, Drones, etc. Muchos de ellos han evolucionado y otros no, otros se han fusionado para tener mejor precisión, rapidez y exactitud, y otros se han comercializado y utilizado recientemente; sin embargo muchos de ellos siguen vigentes actualmente y a pesar de la aparición de nuevas tecnologías, siguen innovando en el mercado de la agrimensura, debido a su facilidad de operación, innovaciones, la incursión de nuevas interfaces de presentación de datos, entre otras aplicaciones que hacen que su utilización en concordancia con la relación Beneficio/Costo sea aceptable a óptima. Uno de esos instrumentos utilizados con mucha frecuencia es la Estación Total, equipo topográfico que ha evolucionado desde el Teodolito Mecánico, pasando luego por el Teodolito Electrónico e incorporando la versatilidad de los Distanciómetros y la precisión milimétrica que requieren tanto los trabajos de Ingeniería, resistiendo a casi todas las condiciones climáticas existentes y con una interfaz de funcionamiento y operación sencilla. Nociones Topográficas Básicas Antes de adentrarnos en el objetivo de este curso-taller, mencionaremos algunas definiciones básicas de topografía para tener mejor entendimiento del mismo a lo largo de todo su desarrollo. Levantamiento Topográfico: Los levantamientos topográficos tienen por objetivo recopilar información de la ubicación relativa de determinados puntos y/o áreas en la superficie de la Tierra y consiste en la medición de distancias horizontales y verticales entre uno o varios puntos con respecto a una línea de referencia y sus consiguientes ángulos de desfase horizontal y vertical en referencia a sus orientaciones verdaderas o supuestas (Norte Magnético / Norte Geográfico / Norte Referencial) y también situar puntos sobre el terreno valiéndose de mediciones previas lineales y angulares. Casi todos los datos recopilados en campo pueden ser representados en planos, perfiles longitudinales, transversales, mapas, etc. Finalidad de los Levantamientos Topográficos: Desde que se requirió de levantamientos topográficos encaminados a determinar linderos hace cientos de años de las grandes civilizaciones, hasta la recopilación de datos utilizados para hacer estudios, trazos y ejecución de obras de Ingeniería en la actualidad; pasando por las delimitaciones de Límites Jurisdiccionales (Fronteras) Internacionales de los países, inventariando a sus ríos, costas, penínsulas, canales, localización de yacimientos minerales, asentamientos de mayor densidad poblacional, lagos, etc., dejando hitos de referencia (BMs) distribuidos a lo largo de los Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 7 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL territorios de cada país o de operaciones industriales importantes (Operaciones Mineras, Operaciones Petroleras, Puertos Importantes, etc.) los levantamientos topográficos se aplican para fijar linderos de terrenos, para proyectar la ejecución de obras y para trabajos de gran precisión acorde con las necesidades de los diferentes proyectos públicos y privados. La Tierra como Esferoide: Como se sabe la tierra es un esferoide de revoluciones achatada en los polos unos 43 km aproximadamente en relación al eje Ecuatorial. Desde el punto de vista Topográfico la superficie terrestre se toma como una superficie plana horizontal puesto que la mayoría de levantamientos topográficos se desarrollan en áreas de extensión limitada. Si por el contrario se contaría con extensiones de terreno muy grandes, se deberá considerar la ligera curvatura de la tierra a lo largo de los Meridianos que subtienda los puntos inicial y final del mismo. Levantamiento Plano: Debido a que la deformación de la tierra por su curvatura a partir de una longitud de arco de 18 km sobre su superficie es 15 mm mayor que la cuerda subtendida por el mismo, se debe tener en cuenta la verdadera forma de la tierra y se considerará cuando los levantamientos se refieran a grandes superficies, acorde al nivel de precisión requerido. Levantamientos Geodésicos: Cuanto los levantamientos tienen en cuenta la verdadera forma de la tierra debido a la extensión de la misma, se deben utilizar este tipo de levantamientos; en donde, se puede optar por dos alternativas. La primera alternativa considera la tierra como una esfera perfecta cuando las extensiones de terreno sean de regular envergadura. Sin embargo, cuando la superficie es muy grande deberá adoptarse la verdadera forma esferoidal de la superficie terrestre, que serán levantamientos a cargo de organismos especializados: Institutos Geográficos, Servicios Geodésicos, Comisiones Geográficas, etc. Tipos de Levantamientos: A su vez los levantamientos topográficos se clasifican en: Levantamientos Planimétricos: Mayormente para levantamientos que sirven para determinar y replantear linderos (cálculo de longitudes y orientaciones); división de parcelas y fincas; monumentación y replanteo de vértices de linderos; calcular áreas, distancias y rumbos o direcciones, para luego representarlos gráficamente en planos. Levantamientos Topográficos: A diferencia de los Levantamientos Planimétricos, este tipo de levantamientos tienen por finalidad recopilar datos en las que figure la relieve del terreno (elevacionesy desniveles) y la ubicación de objetos naturales o artificiales y abarcan los siguientes operaciones: Ubicación de ciertos puntos para formar una red fundamental determinando sus respectivas alturas; situación de detalles naturales o no según su finalidad e impacto del proyecto y en donde a la vez un levantamiento topográfico siempre incluye a un levantamiento planimétrico, pero no siempre un levantamiento planimétrico será un levantamiento topográfico. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 8 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Levantamientos Longitudinales: Levantamientos topográficos ordinarios en los cuales prevalece la longitud por sobre el ancho de la superficie y se emplean para el trazo y construcción de vías de transporte, canales, vías férreas, líneas de alta tensión y conducción de líquidos (Combustibles en grandes cantidades como el Petróleo o el Gas Industrial) Levantamientos Hidrográficos: Levantamientos en los cuales al finalidad principal es la de obtención de planos de masas de agua para fines de navegación, embalses, análisis de máximas avenidas, etc. y los cuales se debe determinar las profundidades de agua y la naturaleza del lecho. Levantamientos de Minas Subterráneas y/o Túneles: Con principios similares a los de un levantamiento planimétrico y longitudinal pero con modificaciones en donde influye el carácter de la superficie bajo tierra, las excavaciones, chimeneas, perforaciones, vías de acarreo, instalaciones complementarias y sección transversal de las galerías existentes. Levantamientos Catastrales: Comprende la ejecución de trabajos en los cuales se debe levantar fincas y/o parcelas teniendo en cuenta sus linderos, cultivos, aprovechamiento de recursos, áreas libres y cubiertas, edificaciones, etc. con fines principalmente fiscales. Levantamientos Urbanos: Estos levantamientos son utilizados con la finalidad de hacer un inventario de la situación actual de una ciudad y su futura expansión con ensanches para el trazo y reforma de calles, áreas libres, servicios básicos y demás obras que deberán planificarse previo a la construcción de las edificaciones. La diferencia con un levantamiento normal está en que para este tipo de trabajos se requiere de un mayor grado de precisión en las mediciones, compuesto principalmente por poligonales de apoyo con tantos puntos sea necesarios para tener una mejor proyección de la ciudad a mediano y largo plazo. Levantamientos Fotogramétricos: Son el resultado de la aplicación a los trabajos topográficos de fotografías aéreas que se montan en aviones, helicópteros, drones o desde puntos muy elevados y en donde se utilizan los principios de perspectiva en la proyección de los detalles que figuran en las fotografías sobre mapas a escala para trabajos en los cuales de topografía inaccesible, grandes extensiones llanas, fines militares y como parte de los anteproyectos de muchas obras para instituciones públicas y privadas. Precisión de los Levantamientos Topográficos: En condiciones favorables de tiempo y trabajo, sería óptimo contar con mediciones de gran precisión; sin embargo debido a cuestiones de contorno del mismo (Tiempo, presupuesto, tipo de levantamiento, escala de los planos, fin del trabajo e instrumentación utilizada) se debe optar por considerar la acumulación de errores al milímetro, pudiendo aproximarse al centímetro, pero en raros casos al cuarto de metro, al medio metro o al metro, según los requerimientos del proyecto. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 9 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL La Estación Total, Descripción, Partes, Accesorios, Prestaciones, Limitaciones y Recomendaciones. La estación total como ya se mencionó anteriormente, viene de la fusión de un distanciómetro, un teodolito electrónico y un microprocesador, cuya función principal es la de agilizar las mediciones que antes se realizaban con un teodolito convencional, pero ahora incorpora aplicaciones y programas nos dan una mayor precisión y exactitud de las medidas, haciendo que el manejo o la aparición de errores acumulativos se disminuya considerablemente. Descripción: La evolución de la estación total no solo ha quedado en la simple fusión de los componentes existentes ya mencionados, si no, que al marguen de mejorar las longitudes de alcance, reducir los errores, tener mejores aplicaciones, trabajar en condiciones extremas y mejorar la operatividad de la misma, va dando pasos agigantados a la vanguardia de los GPS Diferenciales, con la aparición de las Estaciones Totales Robóticas, que van sustituyendo la necesidad de un operador, que a la vez da mayores rendimientos en la cantidad de puntos que se puede recopilar en campo al incorporar un receptor-rastreador que guía a la estación total robótica según el movimiento del operador del típico prisma-receptor. Haciendo referencia al párrafo anterior, es que se puede mencionar que las estaciones totales se dividen en dos grandes grupos (Estaciones Totales Estacionarias y Estaciones Totales Robóticas) y que a su vez se sub-dividen en equipos en específico para trabajar en determinadas áreas tales como: Estaciones Totales para Construcción y Edificaciones; Estaciones Totales para Aplicaciones Topográficas y de Construcción; Estaciones Totales para Topografía e Ingeniería; Estaciones Totales para Ingeniería y Auscultación y Estaciones Totales Industriales. En las siguientes imágenes se muestran diferentes Estaciones Totales Estacionarias. Leica FlexLine TS06plus Topcon Serie OS Sokkia Serie FX Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 10 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Así mismo, a continuación se muestran algunas Estaciones Totales Robóticas. Leica Viva TS15 Topcon Hibrido Serie DS Al margen de la incorporación de sistemas híbridos últimamente (Combinación de sistemas de posicionamiento GNSS y las mediciones robóticas) que se están implementando y ajustándonos a la realidad de mediano alcance en nuestro país, nos ajustaremos en que en nuestro país, la marca más usada de estación total es la Leica, seguida de las marcas: Topcon, Trimble, Sokkia, South, Pentax, Kolida, etc. Así mismo, los precios varían acorde a la marca, modelo y a la serie de la misma, pudiendo tener o no funciones aplicativas acorde con la licencia obtenida. Siendo la estación total Leica, una de las más comercializadas en nuestro país, tenderemos a enfocar el presente documento a su utilización, caracterizando un . Sokkia SRX5 modelo en específico, la Estación Total Estacionaria Leica …… FlexLine TS06plus, teniendo el resto de estaciones totales casi las mismas funciones y conceptos de aplicación, con diferentes configuraciones, pero con la misma empleabilidad y fin. Por su lado, las estaciones totales robóticas agilizan el trabajo en campo, más su configuración, aplicabilidad y empleabilidad tienen casi los mismos conceptos topográficos básicos de una estación total estacionaria. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 11 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Partes: Las partes de una estación total varían acorde a la marca, modelo y serie, pero se caracterizan por tener elementos en común (Lente óptico de medición, tornillos micrométricos horizontal y vertical, base nivelante, plomada óptica o laser, puerto para transferencia de datos, etc.) A continuación mostramos las principales partes de una Estación Total Leica de la serie FlexLine Plus. Accesorios: Complementariamente la estación total necesita de accesorios que le ayuden a cumplir con todas sus funciones básicas, siendo los más relevantes: Trípode, Prismas y sus respectivos Bastones, Mini-Prismas y Bastones para Mini-Prismas, Soportespara Medidores de Altura, Cables para Transferencia de Datos, Dispositivos de Almacenamiento (USB, Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 12 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Memorias SD y/o Micro SD, Memorias Internas), Cargadores, Baterías, etc. (Algunos se muestran en la imagen inferior). Así mismo, se emplean winchas, brújulas, plomadas, protectores, etc. para tener una correcta recopilación y replanteo de datos en campo. Prestaciones, Limitaciones y Recomendaciones: La estación total por ser un instrumento eléctrico y óptico, tiene muchas prestaciones y limitaciones que pueden variar según el fabricante, el modelo y la serie, sin embargo, se puede mencionar las siguientes características1. Rango de trabajos en referencia al clima (Desde -35 °C, hasta 50 °C) Distancia máxima de medición con prisma (2 000 m a 5 000 m) Distancia máxima de medición sin prisma (80 m – 1 000 m)2 No se pueden realizar mediciones en presencia abundante de neblina. Las bajas temperaturas afectan la velocidad del procesamiento de datos. Los fuertes vientos desestabilizan el equipo a pesar de la presencia del compensador horizontal de dos hilos, es así que se puede optar por trabajar la orientación mediante nortes referenciales. El emplear dos o más prismas agrupados para tener distancias mayores (Mayores a las recomendadas en el segundo ítem) de medición no garantiza la precisión y/o la lectura correcta del punto. Dependiendo de la marca, modelo y serie, la mayoría son resistentes a la presencia de lluvias moderadas a fuertes. El calor excesivo en el ambiente descalibra el nivel circular. 1 Estas características son referenciales. 2 Este valor varía acorde a la superficie de reflexión, en donde, a mayor luminosidad, suavidad de la misma y poco e inexistente movimiento se tiene valores más exactos y en superficies oscuras, porosas o en movimiento se tienen datos pocos confiables o simplemente no se puede realizar la lectura. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 13 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Si se va a utilizar la luz láser de apoyo para realizar mediciones, es recomendable que tanto el operador del prisma, como el operador de la estación total usen Lentes de Sol Antireflex. La utilización de las baterías hasta el agotamiento, pueden causar pérdida de datos. Se recomienda realizar una calibración periódica del equipo de 06 a 12 meses, siempre y cuando se haya tenido condiciones de operación favorables. También se debe calibrar el equipo si ha sufrido golpes, debido a una mala manipulación del mismo. Todos y cada uno de los ítems antes mencionados, se pueden tener en cuenta para realizar una buena recopilación de datos de campo, siendo o no arbitrario la utilización de medidas preventivas para su correcto funcionamiento. Inicio, puesta en estación y almacenamiento de datos. Antes de comenzar con cualquier trabajo de topografía, se debe tener en cuenta que la ubicación de la estación debe ser un lugar seguro, que le dé al operador una correcta ergonomía, en una zona estable, adecuada, visible3 y que permita abarcar la mayor cantidad de puntos posibles si es que se tratase de una radiación y a una distancia estratégica para trabajos puntuales (Replanteo de estructuras que requieran de gran precisión). Inicio: Luego de haber elegido la ubicación de la estación y dependiendo del método a utilizar para estacionarse (Punto fijo marcado en el terreno o punto arbitrario para el caso de cambios de estación), se debe tener en cuenta que se alcanzarán adecuados rendimientos siempre y cuando el operador cuente con las condiciones favorables de manejo y teniendo el equipo en óptimas condiciones. Puesta en Estación: Desde acá comenzaremos la utilizar la estación total propiamente dicha y los pasos a seguir para tener una correcta puesta en estación son los siguientes: Aflojar los precintos de seguridad del trípode y los tornillos de las patas. Elevar las tres patas del trípode aún paralelas y juntas hasta la altura de la frente. Ajustar los tornillos de las patas, luego extender el trípode y ubicarlo manteniendo la formación de un tronco de pirámide con ángulos que no sobrepasen los 80° ni tampoco que sean menores de 60° (Ver recomendación en la figura del costado), teniendo especial cuidando en que la superficie en donde se asentará el equipo topográfico quede lo más horizontal posible, 3 Visible para que los primeros puedan ubicarlo con facilidad. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 14 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL de no ser así, ajustar las nuevas alturas de las patas; para el caso de estacionamiento en la ladera, colocar dos patas hacia abajo y una hacia arriba. Clavar y/o fijar las patas al suelo lo suficiente para garantizar la estabilidad del trípode y del equipo topográfico; a partir de aquí empieza la puesta en estación propiamente dicha y casi siempre deberá seguir los siguientes pasos (Ver Figuras de referencia) 1. De ser necesario, se volverá a extender las patas del trípode hasta la altura necesaria, teniendo especial cuidado en que el mismo quede sobre la marca en el terreno y centrado. 2. Ajustar la base nivelante y el instrumento sobre el trípode. 3. Encender el instrumento. Si la corrección de inclinación está configurada como 1 o 2 ejes, la plomada láser se activará automáticamente y aparecerá la pantalla Nivel/Plomada. De lo contrario, pulsar FNC desde cualquier aplicación y seleccionar Nivel/Plomada. 4. Mover las patas del trípode (1) y utilizar los tornillos de nivelación de la base nivelante (6) para centrar la plomada (4) sobre el punto en el terreno. 5. Ajustar las patas del trípode (5) para calar el nivel esférico (7). 6. Utilizando el nivel electrónico, girar los tornillos de la base nivelante (6) para nivelar con precisión el instrumento. 7. Centrar el instrumento con precisión sobre el punto en el terreno, girando la base nivelante sobre la plataforma del trípode (2). 8. Repetir los pasos (6) y (7) hasta centrar exactamente, para finalmente dar OK. Gestión de Datos: La gestión de datos debería entenderse no sólo como los procesos necesarios para administrar la data que resulte de los levantamientos topográficos, si no, Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 15 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL también como las acciones necesarias para comenzar un trabajo, indistintamente de su configuración y cuyos pasos se describen a continuación. Ubicarse en el menú principal del equipo. Identificar la aplicación para creación de trabajos (Gestión). Al ingresar aquí, crear un nuevo trabajo con el nombre del proyecto, operador y si se pudiese hacer un breve comentario sobre el trabajo a realizar. Click en OK > OK para aceptar los valores. Interfaz de usuario. La interfaz del usuario se refiere a la configuración externa de la estación total, incluyendo la pantalla u con sus botones y/o teclas de acceso. Dicha configuración cambia acorde a la marca, modelo y serie de estación, sin embargo, casi todas se distinguen por tener las siguientes partes: Teclado: La configuración del teclado se visualiza a continuación: Teclas: Las teclas tienen las siguientes funciones: Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 16 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Teclas Laterales: Presentan las siguientes funciones: Pantalla: La pantalla por lo general mostrará la siguiente información: Configuración General y EDM. Se deberá configurar el equipo acorde a las necesidades de cada operador y las condiciones decontorno (Temperatura, presión atmosférica, cota de referencia, prismas a utilizar, etc.)4, así tenemos: Configuración General: Aquí encontraremos las configuraciones de operación y sus pasos son los siguientes: Seleccionar Config del Menú Principal > General del Menú Configuraciones. Ahora según el modelo de estación nos desplegaremos a través de las pantallas de configuración disponibles, las mismas que pueden contar con los siguientes ítems. 4 Las configuraciones varían ligeramente acorde al tipo, modelo y serie de estación, pudiendo tener o no parte de las configuraciones y parámetros mostrados en este manual. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 17 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 18 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 19 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 20 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 21 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Adicionalmente podemos mencionar el tipo de correcciones del compensador y la colimación horizontal. Configuración EDM: La configuración EDM (Electronic Distance Measurement) definen condiciones de contorno ya antes mencionados. La configuración para los modos EDM Sin Prisma y Prisma tiene diferentes configuraciones de medición. Los pasos para acceder a los mismos son los siguientes: Seleccionar Config del Menú Principal > EDM del Menú Configuraciones. Según el modelo de estación nos desplegaremos a través de las pantallas de configuración, las mismas que pueden contar con los siguientes ítems. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 22 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 23 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Parámetros Atmosféricos (PPM): Aquí se nos dará la facilidad de introducir parámetros atmosféricos, ya que las condiciones atmosféricas predominantes afectan directamente a la medición de distancia. Para tener en cuenta esas condiciones ambientales, se aplica a las mediciones de distancia una corrección atmosférica. La corrección de la refracción se toma en cuenta en el cálculo de los desniveles y en la distancia horizontal. Al elegir PPM=0, se aplicarán los valores de atmósfera estándar de Leica de 1013.25 mbar, 12°C y 60% de humedad relativa. Escala de Proyecto: Esta pantalla permite introducir la escala de proyección. Las coordenadas se corrigen con el parámetro PPM. Introducción de PPM Individual: Esta pantalla permite la introducción de factores de escala individuales. Las mediciones de coordenadas y distancia se corrigen con el parámetro PPM. Señal de Distanciómetro: En esta pantalla se efectúa una prueba de la fortaleza de la señal del distanciómetro (fortaleza de reflexión) en pasos de 1%. Permite punterías óptimas a objetos lejanos y poco visibles. La fortaleza de la reflexión se indica con una barra de porcentaje y con un pitido. Cuanto más rápido sea el pitido, mayor fortaleza tendrá la reflexión. Posicionamiento de la estación mediante un punto conocido. Generalmente cuando se inicia un trabajo desde cero, se requiere posicionar la estación total acorde a la ubicación de un punto conocido y cuyas coordenadas pueden estar establecidas por medio de BMs, Puntos de Control, Vértices de Triangulación, obtenidas por medio de un GPS Navegador, Un Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 24 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL GPS Diferencial, Puntos dejados por algún trabajo previo, alguna aplicación para un celular de última generación, etc. Siempre y cuando se cuente con la información antes mencionada, se podrá tener una ubicación aproximada a exacta del punto de estación en caso contrario nos podremos ubicar en cierta medida con una mediana exactitud empleando elementos astronómicos que serán explicados más adelante. En el peor de los casos y no se tenga una buena visualización del cielo o simplemente no seamos capaces de calcular nuestra posición con los métodos antes descritos, se optará por ubicar a la estación total con coordenadas ficticias, diferentes la una de otra (Número de dígitos de X ≠ Número de dígitos de Y) y con una relativa elevación sobre el nivel del mar que influirá en las mediciones y correcciones por condiciones atmosféricas. Teniendo en cuenta lo antes mencionado, procederemos a dar los pasos para posicionar5 la estación total con respecto a un punto conocido. Encender el equipo, previamente haberlo puesto en estación. Accedemos a la pantalla Principal > Levantar > F4 hasta hallar ESTAC o ESTATION > F1, dependiendo de la marca y procedemos a ingresar las coordenadas del punto conocido. Finalmente OK con F4 para tener el instrumento estacionado. Referenciación Topográfica por Norte Magnético, Geográfico y Referencial. Se debe tener en cuenta que luego de tener ubicada y posicionada la estación total sobre un punto conocido, esta debe estar referenciada con respecto al Norte Real (Norte Geográfico) ya que este no varía y siempre tenderá a ubicarse en una misma dirección. Como se sabe el norte se encuentra en diferentes lugares, dependiendo de si estamos viendo un plano, si estás mirando una brújula, ubicándonos la trayectoria de la sombra que proyecta el sol un plano horizontal, etc. Dependiendo de la ubicación, esto puede representar una pequeña o grande diferencia. La razón de esto es que una brújula o la trayectoria del sol ni siquiera apuntan al Polo Norte. Además, cuando la brújula apunta hacia el norte apuntará a un lugar este año, pero el que viene va a apuntar a una nueva ubicación. Esto significa que mientras el Polo Norte geográfico es constante, una brújula no te llevará allí si la sigues directamente sin necesidad de cambiar algunos ajustes. 5 El posicionamiento de la estación total mediante un punto conocido (Punto de estación), no representa que este se encuentre bien referenciado con respecto a un sistema de coordenadas, para ello se tendrán que aplicar técnicas de referenciación. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 25 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Referenciación por Norte Magnético: El Polo Norte Magnético se encuentra en constante movimiento. Es el punto donde el campo magnético de la Tierra apunta verticalmente hacia abajo. Los Polos Norte y Sur magnéticos son en sí los extremos del campo magnético alrededor de la Tierra. En el núcleo externo de la Tierra, hay elementos magnéticos flotando alrededor de roca fundida, los cuales son responsables de producir el campo magnético de la Tierra. Esta roca fundida no se alinea con el eje de la Tierra al unísono; por lo tanto, el Polo Norte magnético no está alineado con el Polo Norte geográfico. A ello también se suma que el polo norte magnético se encuentra en constante cambio e inversión en los últimos años, debido a ciclos porque la tierra pasa y a la gran actividad solar, en donde los máximos y mínimos solares y sus intervalos de 11 años de periodos de retorno, hacen que no se mantenga constante la inclinación del Norte Magnético. Sin embargo, por muchos años la navegación, los levantamientos topográficos y la confección de mapas y planos, siguieron parámetros básicos de ubicación, mediante el uso de la brújula. Así, podemos mencionar un método aproximado de ubicarnos y referenciarnos a partir del norte magnético y cuyos pasos se describen a continuación: Luego de haber posicionado la estación total, ubicamos la brújula justo debajo de la misma y hacemos coincidir el centro de su eje con el centro de la plomada laser sobre una superficie horizontal. Ajustamos nuestra vista a la altura de la brújula lo más posible que se pueda y desde ahí con la ayuda de otra persona, subtendemos un cordel que siga la misma dirección del norte al cual apunta la brújula, pidiendo al ayudante mover de izquierda o derecha el extremo del cordel hasta proyectar la misma dirección del norte magnético, tal como se muestra en la figura: Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 26 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Una vez identificado el norte magnético con el cordel, volvemos a la estación total, activamos el puntero laser (Con la opción personalizada 2) y procedemos a visualizar por el lente al extremo del mismo, hasta encontrarlo y haciendo uso de abrazaderas de regulación óptica nos cercioramos de que la intersección de los hilos diametrales horizontal y vertical estén justo al final del cordel. Luego, sin mover el instrumento accedemos al Menú Principal > Levantar > Nos desplegamos con la tecla F4 hasta encontrar Hz=0 y/o Set HZ, luego en la ventana Set Ángulo Horizontal, digitamos 0.000 o simplemente F1 (Hz=0) para fijar la lectura de ángulos a partir de un incremento de 0° 0’ 0”. Finalmente, sin haber movido la visualización final del cordel procedemos a aceptar las opciones con OK (F4), así tendremos ubicado y referenciado la estación total con respecto al norte magnético.6 Referenciación por Norte Geográfico: El Polo Norte geográfico (también llamado Polo Norte Terrestre) es el eje sobre el que gira la Tierra, y su ubicación la podemos explicar de la siguiente forma: Si tomaras un poste y lo enterraras en la Tierra en la parte superior, pasándolo hasta el otro extremo, representaría el eje de la Tierra. La parte superior sería el Polo Norte geográfico, donde el eje de rotación coincide con la superficie de la Tierra. El Polo Norte geográfico está en la mitad del Océano Ártico, cubierto con hielo intermitente y en donde la masa de tierra más cercana es la isla de Groenlandia. De manera similar a la referenciación por norte magnético, la referenciación por norte geográfico sigue casi los mismos pasos, con la diferencia que podremos utilizar un GPS para hallar una Coordenada Y2 conocida, igual que la Coordenada Y1 de la estación y cuyos pasos son los siguientes: Anotar las coordenadas de la estación (X1, Y1, Z1) halladas por alguno de los métodos antes mencionados. Con la ayuda de un GPS alejarnos una distancia mayor a 80.00 m, pero menor a la longitud máxima de medida de la estación total, y tratar de encontrar las coordenadas (X2, Y2, Z2), en donde Y1 = Y2 en un lugar seguro y adecuado, que tenga una buena visibilidad, que no represente peligro alguno para el operador del prisma y que tampoco demande mucho esfuerzo llegar al mismo (Ver figura de la siguiente página) Una vez ubicado el segundo punto, procedemos a monumentarlo por si se desea y con la ayuda de un prisma y/o una base nivelante lo visamos desde la estación total con buena precisión. Finalmente repetimos los últimos 02 pasos de la referenciación por norte magnético. 6 La forma de referenciación por norte magnético es aproximada y así como todos los métodos para referenciarse astronómicamente vienen a tener un valor considerablemente representativo, pudiéndose corregir el azimut que subtienda el norte magnético hallado por este método con respecto al norte geográfico por medio de otros métodos que se explicarán en clases. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 27 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Referenciación por Norte Referencial: La referenciación por norte referencial, más allá de ser un método de orientación es un método para la correcta recopilación de datos, garantizando exactitud y precisión en los levantamientos topográficos y su fundamento se basa en los ángulos horizontales que subtiende el Norte Magnético / Geográfico, con respecto alguna estructura lineal vertical fija7, que no se mueva con el tiempo y que garanticen su permanencia a lo largo de la ejecución de un proyecto, el mismo que será vuelto a plasmar en otras ocasiones por si se desee estacionar en el mismo punto. Su aplicación más va orientado al replanteo y a contrarrestar las condiciones desfavorables que se puede encontrar en campo, tales como: Desnivelación del equipo, movimiento y/o caída del mismo por fuertes vientos; así como, también, se puede utilizar para volver a orientar un punto de trabajo desde una estación total antes ya ubicada en el mismo punto. El método de trabajo es el siguiente. Estacionar y referenciar el punto de radiación según los diferentes métodos existentes. Identificar un punto de control que servirá como norte referencial. Visar el punto de control y anotar el desfase vertical (Hz) que aparece en la ventana de levantamiento (Ver figura del costado) tal como 110° 01 °30” Ahora, quizás por cuestiones de mal tiempo, replanteo y/o simplemente para verificar la correcta orientación de la estación total, procedemos a 7 Dichas estructuras pueden ser naturales (Grandes desfiladeros, ejes de árboles alejados, vértices verticales de grandes rocas, etc.), hechas por el hombre (Esquinas de casas y/o edificios, ejes de postes y/o torres de alta tensión, antenas de radio, telefonía y cualquier edificación en general que cuente con vértices verticales) y monumentadas por nosotros mismos (Marcas en rocas, postes, casas, edificios, etc.) Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 28 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL ejemplificar y plasmar el ángulo Hz; para ello vamos al Menú Principal > Levantar > vamos a ESTAC y configuramos los valores de la estación e ingresamos la nueva altura del instrumento. Luego, de manera similar a la orientación por norte geográfico y/o magnético, procedemos a ingresar al sub-menú Hz=0 o Set Hz y digitamos el valor del ángulo anotado anteriormente tal como se muestra en la figura del costado, para finalmente dar OK, así teniendo nuestra estación correctamente ubicada y orientada para seguir trabajando sin perder la exactitud y precisión debida. Referenciación Solar y Astronómica Muchas veces debido a la complejidad de las zonas en donde se realizarán los levantamientos topográficos, la falta de presupuesto y de equipos o simplemente por cuestiones de simple orientación es necesario hallar el norte mediante el uso de herramientas alternas como son la Astronomía. Si bien es cierto, conocer la teoría, las operaciones trigonométricas y astronómicas que con frecuencia se utilizan en este campo son a veces un poco complejas, deberemos conocer al menos algunos fundamentos de astronomía aplicados a las observaciones de esta clase. Las observaciones de esta clase tienen un grado medio de precisión. Se sabe también, que por medio de ciertas observaciones astronómicas se puede determinar la posición absoluta de cualquier punto o la dirección absoluta y la situación de una línea recta cualquiera sobre la superficie terrestre; sin embargo, se debe mencionar que debido a la complejidad del tema y a las múltiples mediciones que se debe realizar a partir del acimut de un cuerpo celeste con respecto a sus observaciones angulares, este tema tendría que tratarse como un solo capítulo y el cual no es suficiente para los objetivos del presente documento. Ahora, teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, solo procederemos a utilizar principios básicos de astronomía para poder ubicar el norte geográfico. Referenciación Solar: Para referenciarel norte geográfico aproximadamente se pueden utilizar dos métodos que permitan la recopilación de datos suficiente que nos indiquen la dirección del mismo. El punto elegido para la proyección de la sombra deberá ser el que luego se emplee para ubicar la estación total. Método de la sombra: Este método realiza mediciones de la sombra que proyecta el sol sobre un objeto vertical fijo y se ejecuta de la siguiente manera: Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 29 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL 1. Se puede usar la sombra de un objeto fijo que lo podemos plantar o al menos poner lo más vertical posible sobre el punto de estación. Casi cualquier objeto va a funcionar, pero mientras más alto sea el objeto, más fácil va a ser poder ver el movimiento de su sombra, y mientras más angosta sea la punta del objeto, más exacta va a ser la lectura. 2. Marcar la punta de la sombra con un objeto pequeño, como un guijarro, o una tiza distintiva en el suelo. Hacer la marca tan pequeña como se pueda para señalar la punta de la sombra, pero habrá que asegurarnos de que se pueda identificar después. 3. Luego habrá que espera un lapso de entre 10 a 15 minutos (Verificar en todo momento que el palo vertical no se mueva o se encuentre fijo casi siempre), en los cuales la punta de la sombra se va a mover de oeste a este en forma de una línea curva, tal como se muestra en la figura del costado izquierdo. 4. Se marca la nueva posición de la punta de la sombra con otra marca u objeto pequeño. Solo se va a mover una distancia relativamente corta y en proporción a la longitud de la vara / objeto vertical que se esté usando, tal como se muestra en la figura del costado derecho. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 30 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL 5. Dibujar una línea recta en el suelo entre las dos marcas. Esta es un alinea aproximada de este – oeste. 6. Teniendo definida esta línea procedemos a extenderla con la ayuda de una tiza o un cordel. 7. Ahora, procedemos a estacionar el equipo y trazamos una línea perpendicular hacia adelante y tomando como centro al punto que une la línea encontrada con la plomada láser con la ayuda de una wincha de mano formando un triángulo rectángulo notable (3, 4 y 5 recomendable). 8. Ahora este nuevo punto encontrado proyectará una línea que nos dará el norte geográfico y lo proyectamos también con la ayuda de una tiza o un cordel. 9. Finalmente procedemos a orientar la estación tal cual lo hicimos para el caso de la referenciación por norte magnético. Método de la sombra con exactitud incrementada: Al igual que el método anterior, su funcionabilidad se basa en seguir la proyección del sol sobre una vara fija, pero a intervalos de tiempo más largos; así tenemos: 1. De Igual forma se colocará una vara de forma perpendicular al nivel del suelo y se marcará la primera punta de la sombra como arriba. Para este método se tomará la primera lectura en la mañana, por lo menos una hora o algo así antes del mediodía. 2. Se deberá encontrar un objeto o un trozo de cordel, hilo, etc.; dicho objeto y/o cordel deberá tener exactamente la misma longitud que la sombra proyectada (Ver figura del costado izquierdo) Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 31 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL 3. Se deberá continuar tomando medidas de la sombra cada 10 a 20 minutos. Esta sombra se va a encoger antes del mediodía y a alargarse después del mediodía. 4. Se medirá el largo de la sombra cuando la sombra crezca. Se deberá usar un cordel o el objeto que se usó para medir el largo de la sombra inicial. Cuando la sombra crezca exactamente del mismo tamaño que el cordel (y por lo tanto de la misma medida que la primer medida), marca el punto (Ver figura del costado izquierdo) 5. Luego, se deberá dibujar una línea que conecte la primera y la segunda marca como arriba. Una vez más, Esta es la línea de Este - Oeste, luego repetimos los pasos del 6 al 9 del método anterior. Los dos métodos antes mencionados, se complementan perfectamente con la aplicación de un norte referencial. Referenciación Astronómica: De manera similar a la referenciación solar, la referenciación astronómica se basa por lo general en seguir la trayectoria de una estrella conocida, acorde al hemisferio (Sur o Norte)8 o si estamos ubicados en el área de influencia de la línea ecuatorial. Como nuestro país, está ubicado en el Hemisferio Sur, seguimos los siguientes pasos: 1. Primero, habrá que encontrar la constelación de la cruz del sur en el hemisferio sur, la Estrella del Norte no es visible, y no hay una sola estrella que indique el norte o el sur, pero se puede usar la Cruz del Sur y las estrellas índices como guía. La constelación de la Cruz del Sur se forma por cinco estrellas, y las cuatro estrellas más brillantes forman una cruz que está inclinada hacia uno de los lados (Ver figura de la página siguiente) 8 La estrella Polaris para el Hemisferio Norte. La estrella Cruz del Sur para el Hemisferio Sur. Ubicando la Constelación de Orión para el Ecuador Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 32 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL 2. Se procede a identificar las dos estrellas que forman el eje más largo de la cruz. Estas estrellas forman una línea que “Indica” a un punto imaginario en el cielo que está sobre el Polo Sur. Se sigue la línea imaginaria que se forma entre las estrellas cinco veces la distancia hacia abajo. 3. Se deberá dibujar una línea imaginaria desde este punto hasta el suelo, e intentar identificar una característica para guiarse. Ya que este es el norte verdadero, El Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 33 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL norte verdadero está directamente en oposición a este. (Detrás de la ubicación de la estación ya que se visualiza este punto). 4. Siendo este método bastante aproximado se debe saber que la ubicación relativa que se obtenga a partir de la estación total también será aproximada, pudiendo alternar y combinar esta metodología con otras formas de referenciación antes descritas para obtener mejores resultados Medición y Codificación de Puntos La medición de puntos tiene como base la recopilación de datos para la confección de planos, replanteos, cálculo de volúmenes, pendientes, desniveles, entre otras cosas; por ende, su recopilación obedecerá a un levantamiento topográfico habitual, con las consideraciones adecuadas de tener un número determinado de puntos que sean representativos en el terreno, que no impliquen dificultad alguna para su toma, que tampoco comprometan la salud y vida de los primeros. Representando la medición de puntos un proceso normal e indistinto al tipo de topografía o trabajo a realizar, siempre tendrá el mismo proceso. Así, como ejemplo, supongamos que deseamos realizar el levantamiento de una serie de parcelas en la costa norte de nuestro país y cuyos puntos a leer primero serán los puntos de linderos (Ver figura de la página siempre); entonces, luego de haber hecho la puesta en estación del equipo, procedemos a arrancar un trabajo desde cero, creando un nuevo proyecto, para ello vamos al Menú Principal > Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 34 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Gestión > Trabajo > Nuevo y configuramos los valores y opciones que se muestran en la imagen de la parte inferior derecha de la página anterior > OK > OK > ESC. Luego nos estacionamos y referenciamos según el método que se crea conveniente, además, configuremos los parámetrosEDM de la zona y procedemos a realizar las lecturas de los puntos. Tal como se muestra en la figura, los puntos serán visados en el orden que se crea conveniente, pero se debe saber que la codificación que la estación total es automática, así que no habrá necesidad de enumerarlos, más si de describirlos. Así, imaginemos que vamos hacer la lectura del punto 129 tal como se muestra en la figura, visamos el punto, habiendo previamente entrado en la sección Levantar. Luego, centramos los hilos diametrales horizontal y vertical con el centro del prisma haciendo uso de los tornillos micrométricos de la estación total y nos deslizamos hasta el ítem Coment., para ahí poner la descripción del punto (LI: Lindero Interno)10 y machucamos el botón lateral TRIG-1 para realizar la lectura tal como es muestra el antes y después de las operaciones en las siguientes imágenes: 9 El número actual supone que se han hecho 11 lecturas anteriores, en donde los números incrementan en orden ascendente conforme avancemos con el levantamiento, siempre y cuando este se mantenga en el mismo archivo de puntos. 10 Se recomienda que la codificación de los puntos siempre sea clara, concisa y abreviada para poder tener mejores rendimientos de trabajo; siendo arbitrario su uso o no. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 35 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Ahora, al deslizarnos con la tecla de página para ver las demás opciones podemos observar las siguientes configuraciones: Habiendo leído11 el punto número 12, la estación total por defecto corre el valor del Punto (Pto.) al siguiente punto (13), en donde: Alt. P. : Altura del prisma. Coment. : Descripción del punto. Hz : Ángulo Horizontal. V : Ángulo Vertical. : Distancia Geométrica. : Desnivel. : Distancia Horizontal. X : Coordenada en X del punto. Y : Coordenada en Y del punto. Z : Altura del punto. Levantamientos Simples. Llamase un levantamiento simple a las acciones necesarias para la toma de datos topográficos a partir de una sola estación (ubicada y correctamente referenciada), usándose en la gran mayoría uno o más prismas y en condiciones desfavorables las lecturas sin prisma. Todo levantamiento topográfico simple con la estación total, también es una radiación simple, por ende se pueden aplicar los mismos conceptos que se tenían anteriormente para las radiaciones simples con teodolito. Estos trabajos a la vez deben ser capaces de cubrir con la cantidad adecuada de puntos el relieve existente en la zona de un determinado proyecto, así mismo, debe hacerse un inventario de las estructuras anexas (existencia de edificaciones, puentes, postes, buzones, torres, muros de contención, etc.) y sin llegar a requerir de un cambio de estación que complique y alargue los planos de recopilación de datos de campo. 11 La lectura de un punto implica las acciones necesarias para recopilar información suficiente sobre su ubicación, así podemos leer un punto sin almacenarlo (Opción DIST) y leer el punto y además almacenarlo (Opción REC o Tecla Lateral TRIG-1) Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 36 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Por lo general los proyectos que se harán con un levantamiento simple pueden ser: Levantamientos de pequeña y mediana escala de terrenos y fincas en la costa. Levantamientos de estructuras puntuales (áreas para explanaciones de reservorios, colegios, postas, cementerios, muros de contención, etc.) Levantamientos de la mayoría de vías y canales en tramos rectos. Levantamientos sectorizados de determinadas calles en una zona urbana. Levantamientos en los cuales la ubicación estratégica de la estación total, permita tener una cantidad máxima de puntos visados. La colocación de puntos de apoyo para consiguientes poligonales también pueden considerarse como levantamientos simples, debido a que solo se leerá desde una sola ubicación, pudiendo luego alternar la información para una próxima etapa en el proyecto. Levantamientos para parcelación de lotes en zonas planas sin problemas de visualización. Levantamientos y demás trabajos en los cuales solo se necesite de una estación y las condiciones de contorno de la zona nos lo permita. Levantamientos Batimétricos La batimetría y el inventariado de relieve de superficies sub-acuáticas, ya sea del fondo del mar, cursos de agua, lagos, embalses, etc., es decir la proyección cartográfica del fondo como si se tratase de un lecho seco. Los levantamientos batimétricos también podrían ser denominados como levantamientos hidrográficos y al margen del inventariado del relieve de la superficie sub-acuática, son aplicados a masas de agua con diferentes fines como: Determinación de la profundidad de canales de navegación. Calculo de excavaciones bajo agua. Ubicación de afloramientos rocosos o bancos de arena y/o arcilla para proyectos portuarios o similares. Áreas sujetas a inundaciones y avenidas. Para el caso de los ríos estos trabajos se hacen además para determinar la corriente, la potencia hidráulica, la navegabilidad, el abastecimiento de aguas y la ubicación de posibles embalses. Al realizar un levantamiento batimétrico no solo hay que hacer el inventario del relieve sub- acuático y de la costa de los cuerpos de agua, si no, también, habrá que situar todas las irregularidades de la orilla, detalles de terreno, vegetación, existencia de edificaciones y estructuras. Convencionalmente la batimetría tuvo sus orígenes en el pueblo Egipcio, quienes con el uso de piedras atadas a cuerdas, examinaban la profundidad del fondo y han ido evolucionando hasta la fecha, donde haciendo uso del GPS y técnicas sónicas utilizadas a la vez, se hallan las coordenadas al instante. La batimetría ha ido evolucionando mucho en Topografía, hasta la aparición de GPS, la batimetría se dividía, como todos los trabajos, en la obtención de la planimetría por una parte y la altimetría por la otra, lo que podemos denominar, Topografía clásica. En ésta, primero, se realizaban una serie de Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 37 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL trabajos topográficos para poder representar la línea de costa y en la segunda fase, se realizaba el levantamiento sub-acuático. Al margen de la batimetría aplicada desde la topografía clásica, existen otros métodos que cabe destacar: Batimetría fotogramétrica: Limitado a aguas muy poco profundas, donde se obtiene un error muy pequeño. Batimetría por procedimientos fotográficos: Consiste en estudiar la variación del espectro visible, con fotografías en diversas condiciones desde aeroplanos. Se limita a aguas poco profundas también. Batimetría mediante Láser: Se trata de un sonar que funciona con láser, permitiendo determinar profundidades entre 2 y 30 metros, con errores de un 1 metro como máximo. Batimetría mediante Teledetección: Con el uso de ésta, se han determinados resultados bastante satisfactorios en mares poco profundos, haciendo uso de satélites como GEOSAT, LANDSAT MMS, SPOT o RADARSAT. Como el presente documento está orientado al manejo de la estación total, se deberá tener en cuenta que los conceptos a utilizar serán los mismos que los que se han desarrollado por años mediante la topografía clásica y se presta para aguas tranquilas y poco profundas Teniendo en cuenta los párrafos antes mencionados, un levantamiento batimétrico podría tener los siguientes pasos: Escoger un lugar adecuado para la visualización de la orilla, sus estructuras anexas y la vegetación existente y en donde, en lo posible se abarquen las dos márgenes para el caso de los ríos y se tenga la mayorvisibilidad entre ambas orillas tal como se muestra en la figura del costado derecho. Estacionarse, ubicarse y referenciarse. Dependiendo del caudal y el tipo de curso de agua, se podría utilizar cables de apoyo anclados a ambas orillas del río (si este no es muy ancho) o también utilizar estructuras de cruce (Puentes, anclajes de pases para barcas, etc.) que luego se anclarán aun bote pesado de fondo plano si fuera posible. Si la corriente, el caudal se prestan y no se tiene mucha profundidad, el equipo se podrá desplazar transversalmente o Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 38 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL longitudinalmente para la toma de datos deslizando el prisma a diferentes alturas (Ver figura del costado inferior izquierdo de la página anterior) Si el curso de agua es un poco más profundo de la altura máxima de un prisma (5.00 m)12 nos podremos agenciar de plomadas lo bastante pesadas y versátiles unidas a una cuerda y/o cordel que tenga marcas en toda su longitud y que vendrá a representar nueva altura del prisma a configurar en la estación total. Por lo general, lo marcaremos cada metro y contaremos tantas marcas como la plomada toque fondo (h1), a ello, con la ayuda del prisma a determinada altura (h2) haremos que la punta del mismo haga contacto con la última marca contada e introducimos la nueva altura del prisma en la estación h (h=h1+h2) y leemos el punto. Finalmente repetiremos el mismo proceso, tantas veces sea necesario y el flujo de agua nos lo permita. Levantamiento de Puntos Inaccesibles. Los levantamientos de puntos inaccesibles se pueden interpretar de dos formas: A los puntos ubicados fuera del alcance de los prismeros por razones de seguridad, lugares inaccesibles o simplemente a los lugares escarpados y muy accidentados. Para este caso la solución podría ser una lectura sin prisma13 sólo cambiando el modo P por NP para una estación configurada en Ingles o IR por RL para la estación configurada en español de la aplicación Levantar de la estación total. A los puntos en donde no es posible visualizar el prisma de forma directa. Para este caso, la mayoría de estaciones totales tienen programas de apoyo que incluyen desplazamientos longitudinales, transversales y desfases de cota lineales y cilíndricos que son capaces de calcular la ubicación de las coordenadas del punto que no se puede leer. Así, tenemos las siguientes condiciones y configuraciones: 12 Si bien es cierto que hay prismas que llegan a tener una altura de hasta 5.00 m los cuales representan una gran ayuda para levantamientos superficiales y en condiciones climáticas óptimas; sin embargo para el caso de los levantamientos batimétricos será poco confiable, incómodo y hasta peligroso debido a que por ser un instrumento de gran esbeltez este tenderá a deformarse a mayor profundidad debido al flujo constante de agua. 13 La lectura sin prisma, implica que la altura del mismo es de: 0.00 m, para lecturas directas sobre el terreno y una altura de: hn m, si es que se conociera la altura de la estructura existente en donde se está tomando la medida. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 39 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Ahora para acceder a realizar cualquier tipo de medición de un punto desconocido, vamos a FNC > Desplazamiento, la cual desplegará la ventana DESPLZ y en donde podremos añadir los valores del desplazamiento con respecto al punto inaccesible (Ver Figura del costado). En donde: RESET, restablece los valores del desplazamiento a 0; CILIND para introducir desplazamientos cilíndricos, Grabar y reset, pone a cero los valores de desplazamiento después de registrar el punto y Permanente, aplica los valores de desplazamiento a todas las mediciones posteriores. Finalmente OK para calcular los valores corregidos y regresar a la aplicación desde la cual se accedió a la función Desplazamiento. Los ángulos y distancias corregidos14 se presentan en pantalla inmediatamente después de efectuar una medición de distancia válida. Cambios de Estación mediante: Estación Libre, Orientación por Ángulos, Orientación con Coordenadas, Arrastre de Cotas y Poligonal Abierta. Cuando nos encontramos con la necesidad de hacer uso de una segunda estación para poder continuar con un levantamiento topográfico que no se ha podido realizar desde una sola radiación, tendremos que saber los métodos para poder desplazarnos hasta la otra estación, pero arrastrando la ubicación y orientación de la primera estación. Así, podemos mencionar que existen varios métodos que cumplen este fin y más allá de ser usados únicamente para este propósito, pueden ser usados para calcular una estación desde cero, siempre y cuando los parámetros necesarios que se necesitan para realizar este tipo de acciones se encuentren accesibles. Estación Libre: Siendo este tipo de estacionamiento una de las más usadas, enfatizaremos su aplicación a lo largo del desarrollo del presente documento, debido a que no solo se puede utilizar para cambiar de estación, si no, para partir un trabajo desde cero, siempre y cuando se tenga la información fidedigna de al menos 02 puntos de control. La concepción para su aplicación se muestra en la imagen del costado superior, en donde los puntos conocidos deben distar de distancias considerables entre sí y ángulos de deflexión ni 14 La exactitud de estas mediciones dependerá del grado aproximado de desplazamiento que se realice y por ende los valores de los mismos también son relativamente representativos. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 40 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL muy agudos, ni muy obtusos15; ya que esto conlleva a grandes desviaciones de error en el cálculo de la nueva estación. En el caso de que estos puntos ya estén monumentados, tocará ajustarse a las condiciones de contorno que ofrezca su utilización. Para el caso de que nosotros tengamos que ubicar estos puntos de control a partir de una estación previa (Puntos de Cambio para una nueva estación)16 se tratará en lo posible de los mismos cumplan con los requisitos antes mencionados respecto a las distancias y ángulos ideales; así, podemos observar a continuación dos ejemplos: El primero para cambiar de estación en un área urbana, en donde el PC_01 y PC_02 nos permitirán cambiar hacia la E_02, pero a la vez el PC_01 con la ayuda del PC_03 nos ayudarán como puntos de apoyo para cambiar a la E_03. Como se observa se pueden poner varios puntos de cambio a partir de una sola estación (E_01) y a la vez estos pueden ser de apoyo para dejar cambiar a una o más estaciones. Se recomienda poner la mayor cantidad de puntos de cambio que sea posible para obtener un arrastre de errores mínimo a lo largo de todo levantamiento con estación total. 15 Un buen cálculo de una nueva estación supone que los puntos conocidos traten de formar ángulos de 60° con respecto a las dos estaciones. 16 Los Puntos de Cambio o simplemente PCs deberán ubicarse en lugares fijos, visibles desde ambas estaciones y también pueden ser utilizados para un posterior cambio de estación como puntos de apoyo (Ver Figuras de la parte superior) Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 41 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Ahora, si bien es cierto que los ángulos que sub-tienden las rectas que unen los PCs con las Estaciones no son perfectas (Ángulo de 60°), los mismos aseguran la correcta ubicación de una nueva estación. Para el segundo caso en una zona rural un poco accidentada, se puede tener más libertad para ubicar los puntos de cambio tal como semuestran en la figura siguiente. En donde, las líneas azules representan los PCs puestos a partir de la E_01 que sirven para ubicar a la E_02 y apoya con un punto a la E_03. Las líneas rojas, representan las mediciones realizadas desde la E_02 para encontrar su ubicación y orientación; a la vez desde la E_02 ubicaremos dos PCs más para apoyar al PC_04 puesto desde la E_01 para poder estacionar la E_03 con la trayectoria de las líneas blancas. Finalmente ubicaremos y orientaremos la E_03 a partir de los PCs que unen las líneas amarillas dejados por la E_01 y la E_02. Con todas estas recomendaciones procederemos a dar los pasos para hacer el cálculo de las nuevas estaciones; así tenemos: Ir al Menú Principal > Estacionar > Empezar17, ahora en la ventana Intro Datos Estación!; buscamos la opción Inversa y configuramos el nuevo valor de la estación (E_02) si es que la primera estación hubiera sido E_01 y colocamos la nueva altura del instrumento, tal como se muestra en la imagen. 17 Antes de ejecutar este paso podemos alternamente configurar los límites de precisión que se desea para el cálculo de la estación. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 42 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL OK para saltar a la pantalla de introducción de objetivos; en la cual podremos entrar valores manuales del punto a ubicar o buscar algún punto que ya haya sido medido anteriormente. Así, imaginemos que el punto a medir sea el PC_01, entonces luego de buscarlo en la pantalla Lista o ingresar su codificación tendremos la siguiente pantalla. Luego visamos el punto (PC_01) y lo medimos (Se debe tener en cuenta que es muy importante que el prismeros se encuentre correctamente ubicado y alineado verticalmente para realizar una correcta lectura o también se podrían utilizar bases nivelantes para tener una mayor precisión), acción que traerá consigo la siguiente ventana del costado; en donde por tratarse recién de nuestra primera medida, seleccionamos F1 para medir más puntos. Ahora, introducimos el valor del PC_02, luego lo medimos con el botón lateral y nuevamente nos accederá a la pantalla RESULTADO del ítem anterior, pudiendo calcular ya el nuevo estacionamiento (F4 para calcular estacionamiento) si es que se tiene la precisión deseada o agregando un punto más por si se los tuviese. Si las mediciones se realizaron bien y se prestaron todas las condiciones para una buena interpolación, se presentarán las coordenadas calculadas de la estación. Se calculan las coordenadas de posición X, Y, Z del punto de estación actual, así como la altura del instrumento. Finalmente OK > Estacionar para terminar la operación. Luego podremos volver a ejecutar un levantamiento simple o un replanteo. Dicha acción debe ser complementada con la ubicación de un norte referencial. Orientación con Ángulo, Orientación con Coordenadas, Arrastre de Cotas: Como son métodos poco utilizados, sólo nos limitaremos a mencionar la forma de aplicación, sus limitaciones, el proceso para su ejecución y en donde cada método requiere de entrada de datos diferentes y de un número determinado de puntos visados. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 43 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL El proceso se describe a continuación: Ir al Menú Principal > Prog > Estacionar > Definir los Limites de precisión si es que se requiere ajustarlos > OK > Empezar para iniciar la aplicación. Acorde al método elegido, tendremos que introducir las coordenadas de la estación buscándola en una lista de puntos ya leídos (Entre ellos la estación) o introducir el valor manualmente con NuevEst. Ahora, para todos los métodos (excepto el de Orientación con ángulo), pulsaremos en OK para acceder a la pantalla Intro. pto objetivo. Para el método Orientación con ángulo, al pulsar OK se accede a la pantalla DEF PTO DE ENLACE. Intro pto Objetivo: Introducir el ID del punto visado. Pulsar OK para buscar el punto en la memoria interna. Seleccionar el punto de interés o introducir nuevas coordenadas y continuar con la pantalla Visar punto. Al Definir punto de enlace (únicamente para el Método: Ori. con Ángulo), deberemos introducir el ID de pto y la altura del punto visado. Medir luego el ángulo Hz y si lo deseamos, repetir la medición en la posición II del anteojo. Pulsar ESTAC para definir la nueva orientación. El estacionamiento se habrá completado. Al Visar punto, las pantallas restantes quedarán disponibles para todos los métodos, excepto Ori. con Ángulo. En la pantalla Visar punto: 2 / I : Indica que el segundo punto se midió en la posición I del anteojo. 2 / I II : Indica que el segundo punto se midió en las posiciones I y II del anteojo. Visar el punto y seleccionar ALL, o DIST y GRABA para medir hacia el punto visado. Los Resultados de la precisión se muestran en una pantalla parecida a la imagen. Si un punto se visa varias veces en la misma posición del anteojo, para el cálculo sólo se considera la última medición válida. Para el cálculo de la posición de la estación es posible medir nuevamente los puntos visados, incluirlos o excluirlos de los cálculos. Design Engineer. Víctor Franz Alcántara Portal 44 TOPOGRAFÍA CON ESTACIÓN TOTAL Finalmente F4 para Calcular el resultado. En esta pantalla se presenta las coordenadas calculadas de la estación. Los resultados finales dependen del Método seleccionado en Intro Datos Estación. A continuación se pueden fijar en el sistema las coordenadas de la estación, la orientación y así poder regresar a cualquiera de las aplicaciones para comenzar a trabajar. Estación por Poligonal Abierta (Método Alternativo): Debido a que muchas estaciones totales no cuentan con los programas antes definidos (Especialmente la Orientación por coordenadas) habrá que encontrar un método alternativo para poder ubicarse en otra estación. Este método, tiene su fundamento a partir de los ángulos que tienden a describir los contra- azimuts (IHz) de una segunda estación (E_02) con respecto a una primera estación (E_01). Dicho método es utilizado cuando no es posible ubicarnos mediante ninguno de los métodos antes mencionados (Principalmente cuando se tienen que levantar obras lineales para ser parte de levantamientos longitudinales) y no hay espacio suficiente para desarrollar PCs (Caso del método de estación libre) a lo largo de área de estudio o simplemente las condiciones de contorno no nos permiten (Mal Clima, falta de congruencia al formar un juego de ángulos perfectos entre PCs y Estación, falta de espacio para desarrollarlos o simplemente si no se cuenta con ninguna ayuda de alguna aplicación para realizar un estacionamiento) Como ya se describió anteriormente el método consiste en subtender el ángulo del contra- azimut descrito entre una primera estación con respecto a una segunda estación y soltarlo en esta misma. Las operaciones para lograr este proceso se describen a continuación: Identificar el lugar en donde se hará el siguiente estacionamiento (A diferencia del método de estación libre no es necesario que dichas estaciones se vean entre sí) Marcar o monumentar el lugar de estación elegido. Tomar la lectura del nuevo punto y anotar toda la información referente al mismo (Pto, Descripción, Hz, V, Distancia Horizontal, Distancia Inclinada, Desnivel, X, Y, Z), Si es posible sería recomendable utilizar una base nivelante Guardar el equipo y desplazarse a la nueva posición de la estación. En la nueva estación, estacionarnos con las coordenadas del punto visado (X, Y, Z) Ahora, dentro de los datos que se han leído tenemos el ángulo Hz y dependiendo si este
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