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TOPOGRAFÍA APLICADA Autora: Nadia Chacón Mejía

UNIDAD 2 Levantamientos de configuración Los levantamientos de configuración se realizan para determinar el relieve de la superficie terrestre. Un terreno posee elementos artificiales y naturales los cuales para poder representarlos en un plano, se localizan primeramente a través de medidas y para mostrar su altitud se utilizan las curvas de nivel. Todo esto se puede representar por medio de un mapa topográfico, este además de representar la superficie de la Tierra y las curvas de nivel, también incluye otros medios geográficos como suelos, localidades, vegetación, cada uno de ellos con su respectiva simbología. Este tipo de levantamientos se puede realizar por medio de métodos aéreos o de superficie, en algunos casos se emplean los dos métodos. Los métodos aéreos, los cuales se efectúan mediante la fotogrametría como se verá más adelante en el tema 6, se utilizan por lo general para el levantamiento de grandes extensiones de terreno ya que resulta más económico en estos casos y la precisión es mayor; los métodos de superficie a diferencia de los aéreos son utilizados en superficies pequeñas. 1 Para realizar un levantamiento de configuración el primer paso debe ser el control, tanto horizontal como vertical. El control horizontal se obtiene por medio de poligonales, triangulación o trilateración y consiste en establecer dos o más puntos en el terreno, los cuales deben tener distancia y dirección para luego definir las coordenadas. El control vertical se lo realiza mediante la nivelación, el tipo de nivelación que se escoja dependerá del relieve del terreno, estos métodos se efectúan utilizando BM que se ubican dentro o cerca del terreno que se va a levantar. También se puede realizar un control vertical utilizando receptores GPS.

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CURVAS DE NIVEL:

Figura 2.1 Curvas de nivel en el plano y levantadas en superficie. Fuente: Microsoft ® Encarta ® 2008. © 1993-2007 Microsoft Corporation.

Las curvas de nivel son líneas que unen puntos de alturas iguales y sirven para representar el relieve de un terreno. Estas líneas representan el terreno de forma tridimensional en un plano bidimensional. Se determinan por la intersección de un plano horizontal con el terreno.

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Figura 2.2 Intersección de planos horizontales con el terreno. Fuente: TORRES NIETO ALVARO, Topografía, Cuarta edición, pág. 211.

La distancia vertical entre las curvas de nivel se denomina equidistancia, la cual siempre es constante en un mapa pero puede variar entre ellos. La selección de la equidistancia depende del tipo y la escala del mapa, y del relieve del terreno. Tipos de curvas de nivel: Existen dos tipos de curvas de nivel:

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Curvas maestras, y Curvas intercaladas.

Curvas maestras: Son las curvas de nivel que en los mapas se representan con una línea más gruesa que las demás y se ubican cada cinco curvas. Curvas intercaladas: Estas curvas son las que se encuentran entre las curvas maestras y se las representa con líneas de menor grosor.

Figura 2.3 Tipos de curvas de nivel. Fuente: Club excursionista Acivro. Obtenido de la red el 09 de marzo del 2010 a través de http://acivro.blogspot.com/2009/05/cartografia-1-introduccion-un-mapa-es.html

3 Propiedades de las curvas de nivel:         

Las curvas de nivel siempre se cierran, cuando no sucede esto es porque la escala del mapa es muy grande, las curvas se cierran fuera de él. Las curvas que se encuentran encerradas por otras siempre son de mayor cota, salvo el caso de cuencas deprimidas. La distancia entre las curvas de nivel es inversamente proporcional a la pendiente del terreno. Cuando las curvas se encuentran bastante separadas significa que la pendiente es suave. Cuando se encuentran muy unidas la pendiente es muy inclinada. Si las curvas tienen una distancia uniforme entre ellas la pendiente es constante. Las curvas de nivel de cota diferente nunca se tocan ni se cruzan. Las curvas cerradas y concéntricas que van aumentando de elevación representan prominencias. Una curva de nivel siempre va entre una curva de menor y una de mayor elevación, nunca puede encontrarse entre dos curvas de igual elevación entre ellas.

MÉTODOS PARA DETERMINAR CURVAS DE NIVEL: Existen dos métodos para determinar curvas de nivel:

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Método directo Método indirecto

Método directo: También llamado método de puntos de cota definida (cota redonda), se lo realiza utilizando un teodolito. Una vez centrado y nivelado el teodolito se lo orienta y se mide la altura del instrumento, luego se toma la lectura de la estadia hacia adelante. Para obtener la cota de la curva de nivel se resta la lectura tomada en la estadia de la AI (cota del punto donde se encuentra ubicado el teodolito más la altura instrumental), el estadalero elige al tanteo los puntos que cree que darán como resultado la cota redonda hasta conseguir la lectura adecuada. Luego de encontrar al punto que de la cota redonda se mide la distancia y el ángulo para definir su ubicación, este proceso se realiza con todos los puntos. Para trazar las curvas de nivel se unen los puntos localizados que tengan igual elevación. Es conveniente utilizar este método en terrenos planos. Método indirecto: Este método es más rápido que el directo, por lo general es el más utilizado. Consiste en colocar la estadia en puntos que definan el relieve del terreno, es decir, en puntos donde cambie la pendiente. La elevación de estos puntos se la determina por medio de la nivelación trigonométrica utilizando un teodolito o estación total, y para establecer su localización se leen sus ángulos y distancias. Para determinar las curvas de nivel se trazan los puntos en un plano con sus respectivas cotas y luego se interpola entre puntos cercanos. El dibujo de una curva de nivel se realiza uniendo los puntos de igual cota, las cotas que se deben unir son las denominadas cotas redondas. Las cotas redondas se pueden obtener en el terreno a partir del método directo, el cual es muy costoso por lo que no es común realizarlo, si no se han determinado estas cotas y solo se dispone de puntos en los cuales se ha establecido su cota (método indirecto) se debe realizar una interpolación para hallar las cotas redondas. Existen tres métodos para realizar la interpolación:   

Por estimación. Interpolación aritmética. Interpolación gráfica

Interpolación por estimación: Este método se utiliza cuando no se requiere mucha precisión, el dibujante conoce el terreno y tiene la experiencia necesaria para realizar interpolaciones mentalmente.

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TOPOGRAFÍA APLICADA Autora: Nadia Chacón Mejía Interpolación aritmética: Es el de mayor precisión, la interpolación se realiza en forma lineal, por medio de una relación entre la distancia entre los dos puntos, la cota en cada punto y la cota redonda. Se puede establecer la siguiente fórmula para determinar la distancia a la que debe ir ubicada la cota redonda desde la cota menor:

Donde: d = Distancia desde la cota menor D = Distancia entre la cota mayor y la cota menor Cr = Cota redonda Cmenor = Cota menor Cmayor = Cota mayor

Interpolación gráfica: La interpolación gráfica se emplea cuando existen muchos puntos por interpolar, se lo realiza mediante la utilización de un escalímetro y se lo efectúa sobre el plano. Este método se basa en un teorema de geometría:

Figura 2.4 Explicación geométrica de la interpolación grafica. Fuente: Modificado del libro TORRES NIETO ALVARO, Topografía, Cuarta edición, pág. 214.

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TOPOGRAFÍA APLICADA Autora: Nadia Chacón Mejía MÉTODOS BÁSICOS PARA IDENTIFICAR ACCIDENTES TOPOGRÁFICOS EN EL CAMPO: Uno de los propósitos de la topografía es la ubicación de la posición de puntos en el terreno ya sea en planta o en elevación. Los siguientes métodos son los más utilizados para hallar un punto en el campo, si se conoce la posición y dirección de una línea AB y se desea determinar la posición de P:    

Radiación Intersección de distancias Intersección de ángulos Referencias normales

Radiación: Este método es el más utilizado, se mide un ángulo y una distancia adyacente desde un extremo de la línea de referencia.

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Figura 2.5 Radiación. Fuente: Modificado del libro RUSSELL C. BRINKER, Topografía, Novena edición, pág. 350.

Intersección de distancias: Es más conveniente utilizarlo cuando se dispone de instrumentos electrónicos para medición de distancias, aquí se miden dos distancias, cada una de ellas desde los extremos de la línea de referencia.

Figura 2.6 Intersección de distancias. Fuente: Modificado del libro RUSSELL C. BRINKER, Topografía, Novena edición, pág. 350.

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TOPOGRAFÍA APLICADA Autora: Nadia Chacón Mejía Intersección de ángulos: Conocido también como base medida, es adecuado para terrenos de difícil acceso y es mejor cuando se emplea un teodolito. En este método se miden dos ángulos desde los extremos de línea de referencia. Por medio de la ley de senos se puede determinar la distancia desde los extremos hasta el punto P, ya que se conoce dos ángulos y una distancia.

Figura 2.7 Intersección de ángulos. Fuente: Modificado del libro RUSSELL C. BRINKER, Topografía, Novena edición, pág. 350.

Referencias normales: Este método se utiliza con frecuencia en levantamientos de vías, se mide una distancia AC a lo largo de la línea AB y se traza una perpendicular en el punto C.

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Figura 2.8 Referencias normales. Fuente: Modificado del libro RUSSELL C. BRINKER, Topografía, Novena edición, pág. 350.

También existen otros métodos que no son muy utilizados, el uno requiere de las mismas mediciones que se realizan en la radiación pero no es muy adecuado ya que por medio de este se determinan dos posiciones diferentes del mismo punto. Consiste en medir un ángulo desde un extremo de la línea y desde el otro una distancia, a este método se le llama intersección directa.

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Figura 2.9 Intersección directa. Fuente: Modificado del libro RUSSELL C. BRINKER, Topografía, Novena edición, pág. 350.

El otro método es útil cuando se necesita localizar un punto aislado, se ubica el teodolito en el punto P y se miden los ángulos a tres estaciones de control de posición conocida. Se denomina intersección inversa, aunque también se lo conoce como trisección.

8 Figura 2.10 Método para localizar un punto aislado. Fuente: Modificado del libro RUSSELL C. BRINKER, Topografía, Novena edición, pág. 350.

MÉTODOS DE CAMPO PARA LA LOCALIZACIÓN DE DETALLES:     

Radiación con estación total Radiación con estadia Cuadriculado Referencias normales desde una línea eje Sistema de posicionamiento global

Radiación con estación total: Este método es bastante preciso pero la desventaja es que es el más lento de todos, se emplea en terrenos no tan grandes y más o menos planos. Consiste en medir los ángulos y distancias hacia los puntos deseados desde las estaciones de control, con un teodolito o estación total. Es muy eficiente cuando se utiliza una estación total ya que se pueden almacenar los datos de coordenadas y elevación de las estaciones de control y de esta forma los resultados se obtienen con mayor facilidad.

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TOPOGRAFÍA APLICADA Autora: Nadia Chacón Mejía Radiación con estadia: Es igual que la radiación por medio de estación total, la diferencia es que en este método las distancias se miden con la estadia. Es muy preciso para la mayoría de los levantamientos de configuración, Cuadriculado: Este método se realiza de la siguiente manera: Se estaca el área del terreno que se va a levantar formando cuadrados a manera de red y se mide la altitud en cada una de sus esquinas, se utiliza un teodolito o estación total para trazar las líneas perpendiculares, la longitud de los lados depende de la extensión del terreno y de la precisión que se requiera. Una vez determinadas las elevaciones en todas las esquinas, se dibuja en un plano la cuadricula con cada una de sus cotas, y se interpola entre los vértices de los cuadrados para luego trazar las curvas de nivel. Por lo general se utiliza en terrenos planos y pequeños pero más grandes que los terrenos en los que se emplea la radiación. Este método es similar al método de alturas de alturas de puntos conocidos para calcular volúmenes.

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Figura 2.11 Método de cuadrícula. Fuente: Modificado del libro RUSSELL C. BRINKER, Topografía, Novena edición, pág. 353.

Referencias normales desde una línea eje: Este método se utiliza cuando se requiere levantar superficies largas de terreno, como cuando se traza poligonales abiertas para realizar franjas topográficas. Para localizar detalles por medio de este método se traza una línea que pase cerca de todos los puntos que se va a levantar y luego se trazan perpendiculares a esta línea hacia los detalles como edificios, arboles, etc. Las elevaciones se determinan como si fueran secciones transversales, tomando perfiles perpendiculares a la línea eje hacia la derecha y hacia la izquierda.

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SELECCIÓN DEL MÉTODO DE CAMPO: La elección del método a utilizar en un levantamiento de configuración depende de varios aspectos, los cuales se indican a continuación:        

Objetivo Precisión requerida Escala del plano Equidistancia de curvas de nivel Extensión y tipo de área a levantar Costo Equipo y tiempo disponible Experiencia del personal

LEVANTAMIENTOS HIDROGRÁFICOS: Los levantamientos hidrográficos sirven para determinar el relieve del fondo de un rio, embalse, lagos, etc. Este tipo de levantamientos tiene muchas utilidades, entre las más importantes se encuentran:  

Determinación de cantidades y flujos de agua para proyectos de generación de energía y control de inundaciones. Determinación de la dirección de corrientes para la localización de drenajes y trabajos similares.

Para realizar un levantamiento hidrográfico se debe determinar:  

La medición de las profundidades (sondeos), y La posición de los puntos donde se midieron las profundidades.

Los levantamientos hidrográficos son similares a los topográficos por lo que se utilizan procedimientos iguales para realizarlos pero presentan una diferencia, la cual es que los puntos que se van a levantar no se pueden observar, por esta razón se efectúan los sondeos. Los sondeos son la medición de la profundidad desde la superficie del agua hasta el fondo. Instrumentos para la medición de profundidades: Cuando la profundidad no es muy grande se puede utilizar la estadia para realizar los sondeos, aunque existen instrumentos adecuados para este tipo de levantamientos. Para profundidades pequeñas se utiliza un instrumento similar a la estadia llamado “estadia de sondeo”, los sondeos se realizan colocando la estadia en el fondo del agua y tomando la lectura en la superficie.

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TOPOGRAFÍA APLICADA Autora: Nadia Chacón Mejía Cuando las profundidades sobrepasan el tamaño de la estadia, se utiliza las líneas plomeadas, estas consisten en una cuerda graduada en la cual se cuelga un pedazo de plomo, para realizar la medición de la profundidad se coloca el aparato en el agua y se toma la lectura en la superficie cuando el plomo toque el fondo. Para medir profundidades más grandes se emplea las sondas acústicas, estos aparatos se los coloca en la superficie del agua, estos emiten señales acústicas hacia abajo que mide el tiempo hasta llegar al fondo, este tiempo se transforma en una profundidad la cual se indica de forma digital en la pantalla. Algunas sondas tienen una pantalla en donde se puede observar graficamente el perfil del relieve, se los puede utilizar en aguas de cualquier profundidad aunque por lo general se las emplea en profundidades mayores.

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Figura 2.12 Sonda acústica. Fuente: Fondear. Obtenido de la red el 09 de marzo del 2010 a través de http://www.fondear.org/infonautic/Equipo_y_Usos/Electronica_Instrumentacion/Sonda/Sonda.htm

Para determinar la posición de los puntos se utiliza cualquiera de los métodos que se emplean para hallar un punto en el campo. Descripción de un levantamiento hidrográfico: En un levantamiento hidrográfico se debe realizar lo siguiente:   

El área a levantar debe ser completamente sondada por medio de líneas paralelas espaciadas adecuadamente. Se debe investigar los nombres de accidentes topográficos (geográficos) relevantes que se presenten en la zona. Tomar fotografías del área del terreno.

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TOPOGRAFÍA APLICADA Autora: Nadia Chacón Mejía Las mediciones deben ser registradas con claridad de forma que puedan ser comprendidas por cualquier persona, esto es de gran importancia para el procesamiento de datos y la elaboración de los planos.

El primer paso que se realiza en un levantamiento hidrográfico es la planificación de las actividades, los factores que se toman en cuenta son los siguientes:   

El propósito del levantamiento. La escala requerida. Personal y equipo.

También es necesario revisar toda la información disponible de la zona, que pueda afectar el levantamiento, como:    

Mapa topográfico. Fotografías aéreas. Clima. Sondeos realizados anteriormente.

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