TEODOLITO
1.
INTRODUCCION
En el siguiente informe
se dará conocimiento de un instrumento muy utilizado en la topografía e
ingeniería para la medición de ángulos verticales y horizontales con una
grandísima precisión.
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| Imagen 1. Ramsden y el primer teodolito fuente. Historia del teodolito |
2.
HISTORIA DEL TEODOLITO
El primer teodolito fue
construido en 1787 por el óptico y mecánico Ramsden. Los antiguos instrumentos,
eran demasiado pesados y la lectura de sus limbos (círculos graduados para
medir ángulos en grados, minutos y segundos) muy complicada, larga, y fatigosa.
Eran construidos en bronce, acero, u otros metales.
Luego en 1920, el
ingeniero suizo Enrique Wild, logró construir en los talleres ópticos de la
casa Carl Zeiss (Alemania), círculos graduados sobre cristal para así lograr
menor peso, tamaño, mayor precisión, logrando tomar las lecturas con más
facilidad.
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| Imagen 2. Año 1920, Evolucion del teodolito Fuente. Historia del teodolito |
3. DEFINICIÓN DE TEODOLITO
El teodolito es
un instrumento de medición mecánico-óptico que se utiliza para obtener ángulos
verticales y, en el mayor de los casos, horizontales, ámbito en el cual tiene
una precisión elevada. Con otras herramientas auxiliares puede medir distancias
y desniveles. 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, y otro instrumento más
sofisticado es otro tipo de teodolito más conocido como estación total.
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. El teodolito también es una herramienta
muy sencilla de transportar es por eso que es una herramienta que tiene muchas garantías
y ventajas en su utilización es su precisión en el campo lo que la hace
importante y necesaria para la construcción.
4.
¿COMO FUNCIONA UN TEODOLITO?
Un teodolito es un
artilugio complejo pero básico por así decirlo, se trata de un trípode que
tiene un telescopio acoplado encima con dos círculos que están graduados y uno
va colocado en vertical y el otro en horizontal.
Gracias a estos
círculos y a las lentes se pueden medir los ángulos.
A pesar de que hayamos
mencionado que es un instrumento simple la realidad es que es una pieza muy
útil en el sector de la construcción porque su precisión es difícil de
encontrar en otros materiales.
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| Imagen 3. Como funciona un teodolito Fuente. Teodolito |
5.
PARTES PRINCIPALES DE UN TEDOLITO
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. Existen 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 sensible serán; sirven para obtener de forma rápida el plano horizontal.
Estos niveles tienen en el centro un círculo, hay que colocar la burbuja dentro
del círculo para hallar un plano horizontal bastante aproximado. Tienen menor
precisión que los niveles tóricos, su precisión está 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. Se puede trabajar
descorregido, pero hay que cambiar la constante que nos da el fabricante. Para
trabajar descorregido necesitamos un plano paralelo. Para medir hacia el norte
geográfico (medimos acimutes, si no tenemos orientaciones) utilizamos el
movimiento general y el movimiento particular. Sirven para orientar el aparato
y si conocemos el acimutal sabremos las direcciones medidas respecto al norte.
Plomada:
Se utiliza para que el teodolito esté en la misma vertical que el punto del
suelo.
Plomada
de gravedad: Bastante incomodidad en su manejo, se
hace poco precisa sobre todo los días de viento. Era el método utilizado antes
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 la misma 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 (limbos cenitales). Los limbos son
discos graduados, tanto verticales como horizontales. Los teodolitos miden en
graduación normal (sentido dextrógiro) o graduación anormal (sentido levógiro o
contrario a las agujas del reloj). Se miden ángulos cenitales (distancia
cenital), ángulos de pendiente (altura de horizonte) 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.
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| Imagen 4. Partes Principales de un teodolito Fuente. Partes de un teodolito |
5.1 PARTES ACCESORIOS
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; la plataforma nivelante tiene tres
tornillos para conseguir que el eje vertical sea vertical.
Tornillo de presión (movimiento general): 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 ratial, o sea hacia el eje principal.
Tornillo de coincidencia (movimiento
particular o lento): 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 acimutales con esa orientación
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| Imagen 5. Partes accesorios de un teodolito Fuente. Accesorios de un teodolito |
6. INSTRUCCIONES DE USO DEL TEODOLITO
- Coloca un clavo de topógrafo en el suelo en el punto donde deseas colocar el teodolito. Los ángulos se miden desde este punto al igual que las distancias.
- Coloca las patas del trípode, teniendo cuidado de ajustar la altura donde la vista instrumento esté a un nivel visual que sea cómodo. Asegúrate de comprobar que el agujero en el centro de la placa de montaje esté ubicado sobre el clavo. Inserta cada pata en el suelo pisando el soporte en la parte inferior de cada una.
- Ajusta la posición de las patas de modo que la placa de montaje de la parte superior del trípode quede lo mejor posible al nivel del ojo.
- Saca el teodolito de la caja. La mayoría de los teodolitos tienen un asa sólida en la parte superior. Este es el mejor lugar por donde levantar el instrumento. Con suavidad, colócalo sobre la placa de montaje y el tornillo en la rueda de montaje por debajo del instrumento.
- Nivela el teodolito ajustando las patas del trípode, utilizando el nivel de ojo de buey. Afina el ajuste con los botones de nivelación en el instrumento.
- Ajusta la vista pequeña llamada la plomada vertical, en la parte inferior del teodolito. Esta vista te permite asegurar que el instrumento está centrado directamente sobre el clavo. Prepara la plomada vertical ajustando los botones en la parte inferior del teodolito.
- Mira a través del telescopio principal y apunta la mira en el punto a medir. Gira los mandos de bloqueo para mantener el teodolito en posición sobre el punto exacto. Observa los ángulos horizontales y verticales en el ámbito de visualización del lado del instrumento.
7.
CLASES DE TEODOLITOS
a) Concéntricos: Llevan
el anteojo en el centro del eje horizontal.
b) Excéntricos: Llevan
el anteojo en un extremo del eje secundario.
En cada uno de los dos
grupos hay las siguientes clases de teodolitos:
a) Repetidores: Los
que tienen tornillo de coincidencia de movimiento general para el
giro lento.
b) Reiteradores: Los
que no tienen tornillo de coincidencia de movimiento general.
c)
Teodolito – brújula: Como dice su nombre, tiene
incorporado una brújula de características especiales, este tiene una brújula
imantada con la misma dirección al círculo horizontal. Sobre el diámetro 0
a 180 grados de gran precisión.
d) Teodolito electrónico: Es la versión del teodolito óptico, con la incorporación de electrónica
para hacer las lecturas del círculo vertical y horizontal, desplegando los
ángulos en una pantalla eliminando errores de apreciación, es más simple en su
uso, y por requerir menos piezas es más simple su fabricación y en algunos
casos su calibración.
8.
EVOLUCION DEL TEODOLITO
a)
Teodolito 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.
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.
b) Teodolito optico
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
- Debido al micrómetro óptico, el ángulo vertical y ángulo horizontal, se puede leer directamente a un alto nivel de exactitud 1” o 1cc.
- El telescopio del teodolito óptico puede formar erguido e imágenes inversas.
- 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
Es la versión del teodolito óptico, con la incorporación de
electrónica para hacer las lecturas del circulo vertical y horizontal,
desplegando los ángulos en una pantalla eliminando errores de apreciación, es
más simple en su uso, y por requerir menos piezas es más simple su fabricación
y en algunos casos su calibración..
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.
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| Imagen 7. Teodolito electronico y sus partes Fuente. Teodolito electronico |
d) Estación Semitotal
Instrumento
topográfico resultado de la combinación de un goniómetro optomecánico y de un
distanciómetro electroóptico, en desuso en la actualidad, ya que esta
combinación es el resultado de acoplar un distanciómetro a un teodolito.
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.
d) Estación total
Las estaciones totales no son más que un teodolito
electro-óptico capaz de medir ángulos, distancias y niveles de forma sencilla
evitando el uso de más de un material.
Antes se requerían más
instrumentos para realizar este tipo de mediciones pero ya no, hace tiempo que
la estación total suple a todas las herramientas y hace el trabajo sucio por
nosotros.
Tipos
de estaciones totales
Podemos
diferenciar tres tipos de estaciones totales a la hora de dividirlas
entre si, generalmente se diferencian en su tecnología ¿Quieres verlas?
Convencional
También conocida
como estación electrónica tiene una pantalla electrónica pero esto no
quiere decir que lo haga todo sola ya que se necesitan los prismas reflectantes
para usarla.
Uno de sus puntos
débiles es quizá que no resiste bien la lluvia por lo que las inclemencias del
tiempo la hacen débil.
Con
GPS
Sin duda el GPS nos ha
cambiado a todos la vida; desde drones hasta cualquier otro invento que se basa
en esta tecnología nos permite que los controlemos sin estar presentes.
En el caso de la
estación total no es diferente, podemos controlar nuestro instrumento sin estar
presentes en el mismo sitio.
¿La contrapartida? La
cobertura…no funcionan bien en sitios interiores, bosques con muchos árboles.
Robótica
Estas son quizá las más
completas porque permiten medir a gran distancia y con una gran
precisión a la vez que captan imágenes, sin duda hoy en día son las mejores.
Otro punto importante
es que no pesan nada y son súper resistentes, cosa importante en obras y demás
jaleos…
e) Escáner LIDAR
Se puede definir LIDAR
(Light Detection And Ranging) como una tecnología que permite medir la
distancia entre un sensor y un objeto mediante el empleo de ondas
electromagnéticas. Este sensor será considerado activo ya que será el propio
láser quien emita las ondas.
Hace ya más de 3 décadas, los aparatos topográficos comenzaron a utilizar ondas electromagnéticas para medir la distancia, donde a partir de un rayo laser y un prisma que reflejaba el rayo, se hallaba la distancia en función de la velocidad de la luz y el número de longitudes de ondas. Así se fundamenta al LIDAR.
El escáner de láser, emite impulsos de alta frecuencia y recoge las reflexiones que se producen en los elementos, permitiendo mediante estas observaciones el cálculo posterior de las coordenadas tridimensionales. Además de medir la distancia que existe entre el escáner emisor y el punto del terreno donde se ha reflejado, se deberá medir la posición y orientación del punto de vista, de manera que se pueda determinar las coordenadas tridimensionales únicas de cada punto de la superficie.
Hace ya más de 3 décadas, los aparatos topográficos comenzaron a utilizar ondas electromagnéticas para medir la distancia, donde a partir de un rayo laser y un prisma que reflejaba el rayo, se hallaba la distancia en función de la velocidad de la luz y el número de longitudes de ondas. Así se fundamenta al LIDAR.
El escáner de láser, emite impulsos de alta frecuencia y recoge las reflexiones que se producen en los elementos, permitiendo mediante estas observaciones el cálculo posterior de las coordenadas tridimensionales. Además de medir la distancia que existe entre el escáner emisor y el punto del terreno donde se ha reflejado, se deberá medir la posición y orientación del punto de vista, de manera que se pueda determinar las coordenadas tridimensionales únicas de cada punto de la superficie.
f) 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.
Conclusiones
El
teodolito es un instrumento de alta precisión utilizado en la topografía e
ingeniería, permitirá el calculo de distancias, ángulos verticales y
horizontales, brindando datos mas exactos que cualquier otro instrumento. A
través del tiempo su funcionamiento y composición morfológica fue modificada en
un sentído de dar mayor exactitud a la funcionalidad del instrumento.
Bibliografia
https://techlandia.com/leer-escala-vernier-teodolito-como_112840/ (Como leer una escala vernier en el teodolito)
https://glosarios.servidor-alicante.com/topografia-geodesia-gps/teodolito-electronico (Teodolito mecánico)
https://glosarios.servidor-alicante.com/topografia-geodesia-gps/estacion-semitotal (Estación semitotal)
https://teodolito.top/estacion-total/ (Estacion total)
http://detopografia.blogspot.com/2012/10/que-es-el-lidar.html (Que es el LIDAR)
https://teodolito.top/ (Teodolito)
https://www.ecured.cu/Teodolito (Teodolito)
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