Nivelación geométrica o por alturas
Instrumentación, metodologías y técnicas para obtener la altitud con nivelación geométrica.
Recuerda que lo métodos y errores descritos a continuación son aplicables también a los otros instrumentos de nivelación geométrica como los niveles electrónicos y láser.
Contenido:
Verificación de un nivel e influencia de un mal calibrado ►
Tipos de instrumentos
● Ópticos
Las lecturas sobre la mira se realizan por medios ópticos. El anteojo consta de una serie de lentes que permiten el enfoque a partir de una distancia mínima entre el nivel y la mira, permitiendo fusionar en el ojo del operador la imagen del objetivo y las líneas del retículo.
En la actualidad son los equipos más utilizados en obra tanto de edificación como de obra civil. Su uso es sencillo y pueden ser los instrumentos más precisos para determinar el desnivel entre dos puntos si se utilizan con el método adecuado.
La precisión de estos equipos está en función de las características ópticas y del método utilizado. Por ejemplo la tolerancia para un nivel óptico con compensador automático y realizando niveladas sencillas, se suele cifrar en 7 mm/kilómetro de nivelación.
Descripción de un nivel automático:
El equipo de nivelación está formado por nivel, trípode, mira de doble milímetro, nivel esférico de la mira y base de apoyo para giro de la mira.
Para trabajos que requieran precisiones inferiores al milímetro será necesario una metodología más compleja y tediosa, condiciones atmosféricas concretas, mira invar (mira realizada con una aleación de acero y níquel cuyo coeficiente de variación longitudinal por dilatación es muy bajo), un trípode para la mira y un nivel óptico con micrómetro de mecanismo de coincidencia mediante el accionamiento de una lente de caras plano paralelas.
Opcionalmente se puede usar un flexómetro o cualquier otro patrón de medida lineal situado de forma vertical en lugar de la mira. El flexómetro tiene la ventaja de que se puede apoyar mejor en paramentos verticales, pero el inconveniente que no hay forma de asegurar que está posicionado verticalmente y además la distancia máxima para poder leer sobre él es más corta que con la mira de
Estadías verticales.
Estadía de doble milímetro.
Proceso de trabajo:
- Posicionar el nivel para trabajar
- Apuntar hacia un lugar despejado o poner un folio a unos
- Apuntar hacia el objetivo (la mira) con el visor colimador
- Enfocar el objetivo, hasta ver fundidas en una única imagen nítida el objetivo y el retículo.
- Centrar la mira mirando por el ocular. Si es necesario girar ligeramente el nivel con el tornillo de movimiento horizontal.
Lectura sobre la mira:
La mira es una regla metálica graduada que se apoya verticalmente en el punto a medir. Sus lecturas proporcionan la distancia desde el suelo al plano horizontal creado por el nivel. Los desniveles entre dos puntos se obtienen a través de la diferencia de lecturas de mira entre los dos puntos.
Medida de distancias:
Se realiza mediante el empleo de la cruz filar del retículo del nivel. Dicho retículo junto con unas características ópticas y una estadía (mira graduada con características especiales), permiten a través de la lectura de ángulos verticales y lecturas sobre la estadía determinar la distancia entre el instrumento y la estadía.
D = Distancia entre los puntos
k = Constante diastimométrica (normalmente es 100)
S = Diferencia entre lectura del hilo superior menos el hilo inferior
hs = Lectura hilo superior
hi = Lectura hilo inferior
● Digitales
El funcionamiento es igual al de nivel óptico con la diferencia que la lectura se realiza sobre una mira graduada con códigos de barras. El nivel tiene memorizado un patrón idéntico y un software específico que lo compara con el tramo de mira visible por el anteojo, y así, permite obtener desniveles, distancia a la mira y realizar pequeños cálculos.
Que permita la lectura automática no significa que no haya que enfocar correctamente el objetivo (mira graduada) antes de hacer la lectura.
Las partes principales son: base nivelante, tornillos de nivelación, anteojo, compensador automático, nivel esférico, tornillo sin fin de movimiento horizontal de coincidencia, teclado y pantalla de datos.
El aparato tiene registro de datos, lo que evita tanto errores de lectura como de trascripción de datos.
Los accesorios que necesita este equipo son: trípode, mira con código de barras, nivel esférico de la mira, cable de volcado de datos a PC, software de comunicación nivel-PC.
El proceso de trabajo es igual que para los niveles ópticos, con la única diferencia que la lectura sobre la mira se realiza y se registra accionando un botón. Además, el software cargado en el nivel permite realizar pequeñas operaciones, como el cálculo de desniveles, de Z a partir de las anteriores o la distancia a la mira.
Debido a la bajada de los precios, se están imponiendo en las obras.
● Láser
Son de uso generalizado, incluso por personal no cualificado. El desconocimiento de los operarios del método de trabajo correcto hace, no sólo que no se les saque el máximo partido, sino que además se produzcan errores en las observaciones.
Su funcionamiento se basa en la materialización de un plano horizontal por medio de un rayo láser que gira respecto a al eje vertical. En algunos modelos, el haz láser puede describir un plano vertical o con una cierta inclinación o pendiente, en cuyo caso se utilizan para marcar planos y no para pasar niveles.
Estos aparatos pueden ser autonivelantes. Una vez asentado sobre el trípode y si está dentro de un margen del 5% de inclinación, el aparato es capaz de posicionarse a nivel en pocos segundos. Esta circunstancia hace prescindibles los tornillos de nivelación.
Otra característica importante es que el operario no está en el aparato sino con la mira, y por tanto, el equipo de trabajo lo puede formar una sola persona. La medición sobre la mira se realiza visualizando el láser proyectado sobre la mira. Si hay mucha luz será necesario utilizar unas gafas especiales para poder apreciarlo. No obstante, para realizar la lectura con mayor precisión (puesto que el láser tiene un grosor que puede crear incertidumbre en la lectura) se utiliza un sensor que, mediante una señal sonora o con una pantalla, indica cuando coincide una marca de dicho sensor con el láser, realizando la lectura sobre la mira en ese momento.
Los accesorios que necesita este equipo son: nivel, trípode, mira, nivel esférico de la mira, gafas y sensor.
El método de trabajo es sencillo:
- Posicionar el nivel para trabajar
- Encenderlo y confirmar que se ha autonivelado
- Encender el sensor y realizar las lecturas sobre la mira
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Metodología de observación
● Método del punto medio
Si ‘A’ y ‘B’ son los dos puntos cuyo desnivel quiere determinarse, se sitúa el nivel en ‘E’, de tal modo que sean iguales las distancias desde este punto a los anteriores.
En ‘A’ y ‘B’ se sitúan dos miras sobre las que se dirigen visuales horizontales, leyéndose las correspondientes alturas, ‘mA’ y mB’.
De la figura se deduce que el desnivel de ‘B’ respecto de ‘A’, será:
Al primer punto ‘A’ se le denomina mira de espalda ‘me’ y al punto ‘B’ mira de frente ‘mf’.
Si el instrumento tiene un error residual de corrección ‘e’ las visuales no serán exactamente horizontales, pero su influencia ‘t’ en las alturas de mira leídas será igual, dada la equidistancia de ‘E’ respecto de ‘A’ y ‘B’.
Este método permite eliminar los errores sistemáticos que afectan al instrumento, será por tanto el método más preciso de todos.
Estos instrumentos montan en su mayoría un mecanismo que compensa la falta de verticalidad del eje principal y por lo tanto la falta de horizontalidad de la visual. Dicho mecanismo simplificándolo consiste en una lente colgada de caras plano paralelas que es afectada por la gravedad.
En algunos niveles de línea, hay que liberar dicha lente (el compensador) una vez posicionado, de lo contrario, estaríamos cometiendo un error accidental de gran influencia.
● Método del punto extremo
Será el método empleado para verificar un nivel. Este método pondrá de manifiesto el posible error residual ‘e’ del instrumento. En este caso, el error no se compensa debido a que las miras no se encuentran a la misma distancia y el error ‘e’ influye de diferente manera.
Si se dispone de un nivel corregido, este método de observación es perfectamente aplicable en obra, aunque será siempre recomendable trabajar del modo más próximo al método de punto medio.
En este tipo de instrumentos la estadía vertical debe estar perfectamente verticalizada.
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Itinerarios de nivelación
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Para ver cómo se hace el cálculo y ajuste de los itinerarios de nivelación obteniendo el resultado más óptimo, accedemos al apartado, | Itinerario | I. Representando la realidad | 5. El apoyo de la geomática | Cálculos y ajustes ►.
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