TEODOLITO
/ ESTACIÓN TOTAL
TEODOLITO
Instrumento de medición mecánico-óptico universal que
sirve para medir ángulos verticales y, sobre todo, horizontales, ámbito en el
cual tiene una precisión elevada. Con otras herramientas auxiliares puede medir
distancias y desniveles.
Estructura
Es portátil y manual; está hecho con fines
topográficos e ingenieriles, sobre todo en las triangulaciones. Con ayuda de
una mira y mediante la taquimetría, puede medir distancias. Un equipo más
moderno y sofisticado es el teodolito electrónico.
Básicamente, el teodolito actual es un telescopio
montado sobre un trípode y con dos círculos graduados, uno vertical y otro
horizontal, con los que se miden los ángulos con ayuda de lentes.
Ejes
El teodolito tiene 3 ejes principales y dos
secundarios.
-
Ejes Principales
1.
Eje
Vertical de Rotación Instrumental S – S (EVRI)
2.
Eje
Horizontal de Rotación del Anteojo K – K (EHRA)
3.
Eje
Óptico Z – Z (EO)
·
El
eje Vertical de Rotación Instrumental es el eje que sigue la trayectoria del
Cenit-Nadir, también conocido como la línea de la plomada, y que marca la
vertical del lugar.
·
El
eje Óptico es el eje donde se enfoca a los puntos. El eje principal es el eje
donde se miden ángulos horizontales. El eje que sigue la trayectoria de la línea
vidual debe ser perpendicular al eje secundario y éste debe ser perpendicular
al eje vertical.
Los discos son fijos y la aliada es la parte móvil. El
eclímetro también es el disco vertical.
·
El
eje Horizontal de Rotación del Anteojo o eje de muñones es el eje secundario
del teodolito, en el se mueve el visor. En el eje de muñones hay que medir
cuando utilizamos métodos directos, como una cinta de medir, y así obtenemos la
distancia geométrica. Si medimos la altura del jalón obtendremos la distancia geométrica
elevada y si medimos directamente al suelo obtendremos la distancia geométrica semielevada;
las dos se miden a partir del eje de muñones del teodolito.
·
El
plano de colimación es un plano vertical que pasa por el eje de colimación que
está en el centro del visor del aparato; se genera al girar el objetivo.
- Ejes Secundarios
1.
Línea
de Fé
2.
Línea
de Índice
Partes
- Partes principales
·
Niveles: El nivel es un pequeño tubo cerrado que contiene una mezcla de alcohol y
éter; una burbuja de aire, la tangente a la burbuja de aire, será un plano
horizontal. Se puede trabajar con los niveles descorregidos.
·
Precisión: Depende del tipo de Teodolito que se utilice. Existe
desde los antiguos que varían entre el minuto y medio minuto, los modernos que
tienen una precisión de entre 10”, 6”, 1” y hasta 0.1”.
·
Nivel Esférico: Caja cilíndrica tapada por un casquete esférico.
Cuanto menor sea el radio de curvatura menos sensibles serán; sirven para
obtener de forma rápida el plano horizontal. Estos niveles tienen en el centro
un circulo, hay que colocar la burbuja dentro del círculo para hallar un plano
horizontal bastante aproximado. Tienen menor precisión que los niveles tóricos,
su precisión esta en 1’ como máximo, aunque lo normal es 10’ o 12’.
·
Nivel Tórico: Si está descorregido nos impide medir. Hay que calarlo
con los tornillos que lleva el aparato. Para corregir el nivel hay que bajarlo
un ángulo determinado y después estando en el plano horizontal con los
tornillos se nivela el ángulo que hemos determinado.
·
Plomada: Se utiliza para que teodolito esté en el mismo vertical que el punto del
suelo.
·
Plomada de Gravedad: Bastante incomoda en su manejo, se hace poco precisa
sobre todo los días de viento. Era el método utilizado antes de aparecer la
plomada óptica.
·
Plomada Óptica: Es la que llevan hoy en día los teodolitos, por el
ocular vemos el suelo y así ponemos el aparato en el mismo vertical que el
punto buscado.
·
Limbos: Discos graduados que nos permiten determinar ángulos. Están divididos de
0 a 360 grados sexagesimales, o de 0 a 400 grados centesimales. En los limbos
verticales podemos ver diversas graduaciones. Los limbos son discos graduados,
tanto verticales como horizontales. Los teodolitos miden en graduación normal o
graduación anormal (sentido contrario a las agujas del reloj). Se miden ángulos
cenitales, ángulos de pendiente y ángulos nadirales.
·
Nonius: Mecanismo que nos permite aumentar o disminuir la precisión de un limbo.
Dividimos las n-1 divisiones del limbo entre las n divisiones del nonio. La
sensibilidad del nonio es la diferencia entre la magnitud del limbo y la
magnitud del nonio.
·
Micrómetro: Mecanismo óptico que permite hacer la función de los
nonios pero de forma que se ve una serie de graduaciones y un rayo óptico mediante
mecanismos, esto aumenta la precisión.
- Partes Accesorias
·
Trípodes: Se utilizan para trabajar mejor, tienen la misma X e Y
pero diferente Z ya que tiene una altura; el más utilizado es el de meseta. Hay
unos elementos de unión para fijar el trípode al aparato. Los tornillos
nivelantes mueven la plataforma del trípode para conseguir que el eje vertical
sea vertical.
·
Tornillo de Presión: Tornillo marcado en amarillo, se fija el movimiento
particular, que es el de los índices, y se desplaza el disco negro solidario
con el aparato. Se busca el punto y se fija el tornillo de presión. Este
tornillo actúa en forma radial, o sea hacia el eje principal.
·
Tornillo de Coincidencia: Si hay que visar un punto lejano, con el pulso no se
puede, para centrar el punto se utiliza el tornillo de coincidencia. Con este
movimiento se hace coincidir la línea vertical de la cruz filar con la vertical
deseada, y este actúa en forma tangencial. Los otros dos tornillos mueven el índice
y así se pueden medir ángulos o lecturas de azimuts con esa orientación.
Movimientos
del Teodolito
-
Movimiento de la Alidada
Este movimiento de realiza sobre el eje vertical (S-S),
también presente en los instrumentos de todas las generaciones de teodolito.
Permite al operador girar el anteojo horizontalmente, en un rango de 360°.
-
Movimiento del Anteojo
Este movimiento se lo realizo sobre el eje horizontal
(K-K) y permite al operador girar desde el punto de apoyo hasta el Cenit,
aunque estos casos son muy raros ya que mayormente se abarca un rango promedio
de 90°.
TIPOS DE TEODOLITO
-
Teodolito de Vernier
El teodolito de vernier ha permanecido por más de un
siglo, inclusive hasta nuestros días, en que comparte la actividad topográfica
con otros instrumentos, como los teodolitos de micrómetro óptico, cuyo
desarrollo se dio después de la década de los 30 y que prácticamente también ha
dejado de ser vigente a pesar de los grandes avances que representó en su
momento son relación al teodolito de vernier, pues incrementaba su precisión del
centrado con una plomada óptica, su nivelación con niveles tubulares más
sensibles y precisos por las sustancias que se usan ahora y, sobre todo, por su
disposición para la lectura de ángulos gracias a que los círculos se encuentran
grabados en cristal y la interpretación de fracciones se realiza mediante un
microscopio de gran poder, con lo que las aproximaciones son mayores y la
lectura prácticamente digital; el telescopio es corto, tiene gran poder de
aumentos (30X), sus retículas grabadas en vidrio, etc.
Los teodolitos de vernier constituyen goniómetros en
los que los círculos o limbos para mediciones de ángulos horizontales y
verticales, están formados por círculos metálicos graduados con una cinta de
plata donde vienen las marcas de la graduación.
El circulo o limbo horizontal viene graduado de 0° a
360° en sentido horario para mediciones y de 0° a 360° en sentido antihorario
para medición de ángulos. El circulo o limbo vertical posee graduaciones de 0°
a 90° desde el horizonte hasta el cenit, para ángulos de elevación o positivos,
y de 0° a 90° del horizonte hasta el nadir, para ángulos de depresión o
negativos.
En un teodolito de vernier, en una escala L
considerada se desliza la escala V, el índice 0 marca la fracción en el sentido
de crecimiento de la escala L si no se utilizara el vernier, esta lectura sería
estimada; sin embargo, la fracción precisa es aquella que indica la línea del
vernier que coincide con alguna línea del circulo graduado o limbo.
-
Teodolito Mecánico
El
teodolito mecánico es un utensilio más
simple que hace la misma función que el electrónico, pero de
manera analógica, al no tener pantalla es necesario contar con un visor que nos
da el ángulo y las medidas.
El
teodolito óptico mecánico es aquel instrumento imprescindible para la realización
de todo trabajo topográfico. Se trata de una herramienta de medición que
emplean los topógrafos para obtener ángulos horizontales y verticales con máxima
precisión. Del mismo modo y combinándolo
con otros aparatos, se pueden medir distancias en triangulaciones y desniveles.
Características del teodolito óptico mecánico
1. Debido al micrómetro óptico, el
ángulo vertical y ángulo horizontal, se puede leer directamente a un alto nivel
de exactitud 1” o 1cc.
2.
El telescopio del teodolito óptico
puede formar erguido e imágenes inversas.
3. Con una buena resistencia a alta
frecuencia de vibración, el compensador de péndulo X- largo de nuestro
teodolito óptico, compensa automáticamente el índice de error del ciclo
vertical.
-
Teodolito Electrónico
La principal ventaja y
diferencia de los teodolitos electrónicos frente a los mecánicos es la pantalla, gracias a los digitales
podemos ver en la pantalla todos los datos que antes teníamos que calcular de
forma manual.
Este
teodolito está diseñado para tomar medidas de ángulos verticales
y horizontales. Las ventajas residen en su fiabilidad y facilidad de uso, su
pequeño tamaño, su mecanismo de desplazamiento del círculo horizontal, la gran
calidad de imagen directa del telescopio, su moderno
diseño, etc. Le permite realizar trabajos de medición más seguros,
fáciles y con menos error que un instrumento óptico convencional. A través de
sus seis teclas se pueden seleccionar todas
sus funciones básicas.
Los
ángulos vertical y horizontal pueden leerse simultáneamente por el display LCD.
Puede seleccionar la dirección de rotación del ángulo horizontal. Y dispone de
un telescopio corto, brillante de alta resolución.
ESTACIÓN TOTAL
Se denomina estación total a un instrumento electro-óptico utilizado en
topografía, cuyo funcionamiento se apoya en la tecnología electrónica. Consiste
en la incorporación de un distanciómetro y un microprocesador a un teodolito
electrónico.
Algunas de las características que incorpora, y con
las cuales no cuentan los teodolitos, son una pantalla alfanumérica de cristal
líquido (LCD), leds de avisos, iluminación independiente de la luz solar,
calculadora, distanciómetro, trackeador (seguidor de trayectoria) y la
posibilidad de guardar información en formato electrónico, lo cual permite
utilizarla posteriormente en ordenadores personales. Vienen provistas de
diversos programas sencillos que permiten, entre otras capacidades, el cálculo
de coordenadas en campo, replanteo de puntos de manera sencilla y eficaz y
cálculo de azimuts y distancias.
Funcionamiento
Vista como un teodolito, una estación total se compone de las
mismas partes y funciones. El estacionamiento y verticalización son idénticos,
aunque para la estación total se cuenta con niveles
electrónicos que facilitan la tarea. Los tres ejes y sus errores asociados
también están presentes: el de verticalidad, que con la doble compensación ve
reducida su influencia sobre las lecturas horizontales, y los de colimación e
inclinación del eje secundario, con el mismo comportamiento que en un teodolito
clásico, salvo que el primero puede ser corregido por software, mientras que en
el segundo la corrección debe realizarse por métodos mecánicos.
El instrumento realiza la medición de ángulos a partir
de marcas realizadas en discos transparentes. Las lecturas de distancia se
realizan mediante una onda electromagnética portadora con distintas frecuencias
que rebota en un prisma ubicado en el punto a medir y regresa, tomando el
instrumento el desfase entre las ondas. Algunas estaciones totales presentan la capacidad de medir "a
sólido", lo que significa que no es necesario un prisma reflectante.
Este instrumento permite la obtención de coordenadas
de puntos respecto a un sistema local o arbitrario, como también a sistemas
definidos y materializados. Para la obtención de estas coordenadas el
instrumento realiza una serie de lecturas y cálculos sobre ellas y demás datos
suministrados por el operador.
Las lecturas que se obtienen con este instrumento son
las de ángulos verticales, horizontales y distancias. Otra particularidad de
este instrumento es la posibilidad de incorporarle datos como coordenadas de
puntos, códigos, correcciones de presión y temperatura, etc. La precisión de
las medidas es del orden de la diezmilésima de gonio en ángulos y de milímetros
en distancias, pudiendo realizar medidas en puntos situados entre 2 y 5
kilómetros según el aparato y la cantidad de prismas usada.
TIPOS DE ESTACIÓN TOTAL
-
Estación Semitotal
En este aparato se integra el teodolito óptico y el distanciometro,
ofreciendo la misma línea de vista para el teodolito y el distanciometro, se
trabaja más rápido con este equipo, ya que se apunta al centro del prisma, a
diferencia de un teodolito con distanciometro, en donde en algunos casos se
apunta primero el teodolito y luego el distanciometro, o se apunta debajo del
prisma, actualmente resulta más caro comprar el teodolito y el distanciometro
por separado.
En la estación semitotal, como en el teodolito ÓPTICO, las lecturas son
analógicas, por lo que el uso de la libreta electrónica, no representa gran
ventaja, se recomienda mejor una estación total.
Estos equipos siguen siendo muy útiles en control de obra, replanteo y
aplicaciones que no requieren uso de cálculo de coordenadas, solo ángulos y
distancias
-
Estación Total
Es la integración
del teodolito electrónico con un distanciometro.
Las hay con cálculo de coordenadas. - Al contar con
la lectura de ángulos y distancias, al integrar algunos circuitos más, la
estación puede calcular coordenadas.
Las hay con memoria. - con algunos circuitos más,
podemos almacenar la información de las coordenadas en la memoria del aparto,
sin necesidad de apuntarlas en una libreta con lápiz y papel, esto elimina
errores de lápiz y agiliza el trabajo, la memoria puede estar integrada a la estación
total o existe un accesorio llamado libreta electrónica, que permite integrarle
estas funciones a equipos que convencionalmente no tienen memoria cálculo de
coordenadas.
Las hay motorizadas. - Agregando dos
servomotores, podemos hacer que la estación apunte directamente al prisma, sin
ningún operador, esto en teoría representa la ventaja que un levantamiento lo
puede hacer una sola persona.
Las hay sin prisma. - Integran tecnología de
medición láser, que permite hacer mediciones sin necesidad de un prisma, es
decir pueden medir directamente sobre casi cualquier superficie, su alcance está
limitado hasta 300 metros, pero su alcance con prisma puede llegar a los 5,000
metros, es muy útil para lugares de difícil acceso o para mediciones precisas
como alineación de máquinas o control de deformaciones etc.
-
Escáner Lidar
La tecnología LIDAR destaca sobre todo por las
ventajas que puede aportar respacto a otras disciplinas como la topografía o la
fotogrametría.
Una de las cosas que sorprende y llama la atención de
la tecnología LIDAR, es la buena precisión altimétrica que es capaz de obtener.
A pesar de que la precisión exacta no se conoce, los estudios que se han
realizado hasta ahora coinciden en que la precisión que se consigue en altimetría
es mejor que en planimetría.
Es imposible no clasificar como una ventaja la
cantidad de puntos que es capaz de registrar esta tecnología, pues la información
aportada de forma bruta es realmente impresionante, además claro está, del
tiempo que se tarda en que esos puntos estén presentados, en comparación con
otros métodos.
Existe una ventaja fundamental, relacionada con el
registro de múltiples ecos. Esto hace posible que tanto la altura de los
objetos, como el propio suelo que se encuentra bajo ellos, sean registrados en
nuestro producto final. Será muy
importante pues, nos permitirá obtener tanto los puntos necesarios para
determinar nuestro MDT, así como los que podrán definir nuestro MDS.
El láser escáner terrestre es un dispositivo de adquisición
de datos masivos, que nos reporta una nube de puntos generados tridimensional,
a partir de la medición de distancias y ángulos mediante un rayo de luz láser.
Básicamente es una estación topográfica de medición sin
prisma, que realiza observaciones masivas sobre áreas preseleccionadas. Además, cuenta con la incorporación de cámaras
fotográficas, que registras la información del rango visible, lo que aporta una
información infinita del objeto.
-
Dron Lidar
En el caso del sistema LIDAR aerotransportado (ALS) se
realiza el barrido de una superficie determinada emitiendo pulsos regularmente
y registrando los rebotes o ecos que se producen sobre la superficie para
posteriormente generar una nube de puntos de coordenadas tridimensionales X Y
Z.
-
RTK
Bastante
difundida mundialmente, la sigla RTK todavía es poco conocida en Brasil y en
Latinoamérica. El posicionamiento con esta técnica se está incorporando de a
poco a las actividades que involucran análisis de registros hidrográficos, explotación
minera, monitoreo de vehículos y control preciso de maquinaria, entre otras
aplicaciones.
RTK
significa Real Time Kinematic, posicionamiento cinemático en tiempo real, y
alía la tecnología de navegación por satélites a un módem de radio o a un
teléfono GSM para obtener correcciones instantáneas. Algunas aplicaciones de
ingeniería exigen que el procesamiento y el abastecimiento de las coordenadas
se obtengan instantáneamente, sin la necesidad de un postprocesamiento de los
datos.
Técnica RTK
La técnica
de posicionamiento RTK se basa en la solución de la portadora de las señales
transmitidas por los sistemas globales de navegación por satélites GPS, Glonass
y Galileo, este último todavía en fase de implantación. Una estación de
referencia provee correcciones instantáneas para estaciones móviles, lo que
hace que con la precisión obtenida se llegue al nivel centimétrico.
Estación
base retransmite la fase de la portadora que midió, y las unidades móviles
comparan sus propias medidas de la fase con la recibida de la estación de
referencia. Esto permite que las estaciones móviles calculen sus posiciones relativas
con precisión milimétrica, al mismo tiempo en que sus posiciones relativas
absolutas son relacionadas con las coordenadas de la estación base.
Esta técnica
exige la disponibilidad de por lo menos una estación de referencia, con las
coordenadas conocidas y está dotada de un receptor GNSS y un módem de
radiotransmisor. La estación genera y transmite las correcciones diferenciales
para las estaciones, que usan los datos para determinar precisamente sus
posiciones.
El formato
de las correcciones diferenciales es definido por la Radio Technical Comittee
for Maritime Service (RTCM). Los radiotransmisores operan en las fajas de
frecuencia VHF/UHF, y la observación fundamental usada en el RTK es la
medida de la fase de la portadora.
El empleo de
las correcciones diferenciales hace que la influencia de los errores debidos a
la distancia entre la estación base y la móvil se minimice. Esos errores se
deben:
·
Al reloj del satélite
·
A las efemérides
·
A la propagación de la señal en la
atmósfera.
En el caso
del uso del módem de radio, la técnica RTK se restringe a líneas de base cortas
(hasta 10 km), debido al alcance limitado del UHF, y también porque la
determinación de la posición con esta técnica emplea apenas la solución de la
portadora L1, aunque la portadora L2 esté presente para la resolución de las
ambigüedades.
CONCLUSIÓN
A medida que pasan los años los equipos son más
exactos en las medidas, además que se logra tener equipos más pequeños y que
nos permiten realizar una mensura más rápido que con equipos antiguos.
BIBLIOGRAFIA
Alcántara García, 2014, Topografía y Sus Aplicaciones, México, Editorial
Continental
