TEMA 6 "NIVELACION"

NIVELACION

1. DEFINICIÓN DE NIVELACIÓN

La nivelación es el procedimiento mediante el cual se determina: el desnivel entre dos (o más), hechos físicos existentes entre sí y la relación entre uno (o más), hechos físicos y un plano de referencia. El primer caso constituye la forma más común de nivelación, se comparan varios puntos o planos entre sí y se determina su desnivel en metros o centímetros. En el segundo caso se establece un nuevo "valor" llamado cota, que relaciona individualmente a cada uno de los hechos físicos que forman parte de la nivelación, con otro que se toma como referencia, por ejemplo, el nivel del mar.

Imagen 1. Puntos de referencia tomados en un terreno, donde se identifica las variaciones que se dan en cuanto alturas.

fuente. Nivelacion Geometrica 1

2. CONCEPTOS BÁSICOS USADOS EN NIVELACIÓN

• Elevación o cota: Distancia vertical medida desde un plano de referencia 
• Banco de marca:es un punto permanente en el terreno de origen natural o artificial cuya elevación es conocida.
• Vista atrás (LE o VA):es una lectura de hilo central efectuada sobre la estadía situada sobre el punto inicial de cota conocida el cual puede ser un BM o un punto de liga 
• Altura de instrumento (HI o AI): Es la elevación de la línea de colimación del telescopio cuando el equipo esta nivelado medido a partir de una superficie de referencia.
• Vista al frente (LF 0 VF): es una lectura de hilo central efectuada sobre la estadía situada sobre el punto siguiente. 
• Lectura intermedia (LI):es una lectura de hilo central sobre la estadía en puntos de detalle cuyas elevaciones deseemos saber.
• Nivelación simple: Es aquella en la cual desde un punto o una sola posición del aparato se puede conocer las cotas o elevaciones de los diferentes puntos que deseamos nivelar 
• Nivelación compuesta: Es una cadena de nivelaciones simples, donde existen dos o más posiciones instrumentales para con ellas llegar al punto deseado
• Nivelación cerrada : Es un sistema de medición indirecta que permite obtener cotas y distancias de puntos característicos, posee la capacidad de poder comprobar los errores en las mediciones dando la posibilidad de compensar dichos errores. 
• Curva de nivel : Curva que representa las diferentes cotas en un plano altimetrico. 
• Levantamiento altimetrico : levantamiento que se realiza en un terreno representado por curvas de nivel en un plano altimetrico. 
• Coordenada Polar : Define un punto con un ángulo horizontal y distancia horizontal. 
• Nivelación Trigonométrica : utiliza taquímetro para determinar cotas del relieve y se apoya en trigonometria. 
• Levantamiento topográfico : Procedimiento realizado en terreno al momento de tomar detalles del relieve, considerando todos los puntos característicos cercas construcciones, postacion electrica. 
• Topografia : Ciencia basada en geometria cuya función las características de un relieve de terreno representado en un plano topográfico. 
• Nivelacion Simple : Nivelación realizada de una posición del nivel topográfico. 
• Nivelacion Compuesta : Se realiza de 2 o mas puntos de nivel topográfico. 
• Lectura atrás: Es la primera lectura en una nivelación con cota conocida. 
• Lectura adelante : ultima lectura tomada por el nivel antes de cambiar de posición.
• Lectura intermedia : Se toman entre las 2 anteriores. 
• Cota : Altura o elevación de un punto. 
• Cota oficial : Cota referida con el nivel del mar (00). 
• Cota referencial : cota arbitraria utilizada en trabajos locales. 
• Coordenadas : método que permite determinar un punto en el espacio.

3. INSTRUMENTOS DE NIVELACION

El objetivo de la nivelación topográfica es: conocer los desniveles entre puntos vecinos a partir de un punto de referencia con cota (altura con respecto a un plano de referencia por debajo la tierra). Conocida o dada en forma arbitraria.
Para ello, se utilizan los siguientes instrumentos:

• Una cinta métrica: Permite conocer las distancias entre puntos vecinos.
• Estadal: Regla plegable bicolor (negro-blanco antes de los 2 metros y rojo-blanco después de los 2 metros) de cuatro metros de altura, en la cual se harán lecturas con fines de determinar las cotas en cada punto.
• Un trípode: La base para el nivel topográfico.
• Nivel topográfico: Con el cual se hacen lecturas de diferente significado (atrás, adelante e intermedia)

Imagen 2. Nivel, trípode, estadal (mira) y cinta métrica son los instrumentos básicos usados en la nivelación.
Fuente. Nivelacion-Topografica

4. NIVEL TOPOGRÁFICO

Llamados también equialtímetros se destinan exclusivamente a la medida del desnivel que existe entre dos puntos, por medio de una visual horizontal. Este instrumento que las visuales que por el se dirijan, estando estacionado de forma horizontal dan origen a distintos tipos de niveles.

Imagen 3. Partes de un nivel
Fuente. Partes de un nivel

4.1 CARACTERÍSTICAS DEL NIVEL

-Pueden ser manuales o automáticos, según se deba colocar horizontalmente el nivel principal en cada lectura, o esto se haga automáticamente al poner el instrumento "en estación". 

-Posee una burbuja para poder nivelar el instrumento.

-Tiene un anteojo con los suficientes aumentos para poder ver las divisiones de la mira o estadal.

-Además, posee de un retículo conformado por 3 pelos (a, b, c), para poder hacer la puntería y tomar las lecturas, así como la posibilidad de un compensador para asegurar su perfecta nivelación y horizontalidad del plano de comparación

5.CLASES DE NIVELACIÓN

Al igual que en la taquimetría, existen varios métodos altimétricos. El más usado para obtener el desnivel entre dos puntos es el denominado “nivelación geométrica o por alturas”, también puede utilizarse la “nivelación trigonométrica o por pendientes” y, por último, la nivelación barométrica. De todas ellas, la más importante es la nivelación geométrica o por alturas y la más imprecisa la barométrica, hoy en día prácticamente en desuso.

5.1 NIVELACIÓN DIRECTA O GEOMÉTRICA (POR ALTURAS)

• Se entiende por tal la determinación del desnivel existente entre dos puntos mediante visuales horizontales hacia miras o reglas graduadas, que se ubican en posición vertical sobre los puntos a nivelar.
• Permite la determinación directa de las alturas de diversos puntos, al medir las distancias verticales con referencia a una superficie de nivel, cuya altura ya nos es conocida de antemano.
• Para realizar este tipo de nivelación se utilizan aparatos ópticos llamados niveles o equialtímetros que dirigen visuales horizontales (con los clisímetros, en cambio, se puede proporcionar a la visual una pendiente determinada) y la precisión de las mediciones efectuadas dependerá, fundamentalmente, de las características del instrumental empleado. De hecho, otros instrumentos topográficos provistos de eclímetro podrían utilizarse también como nivel, haciendo que la altura de horizonte de la visual fuese cero; pero desde el momento en que el anteojo dispone de giro, esta horizontalidad no puede lograrse con la precisión que se consigue con un nivel de anteojo, en que éste descansa en un soporte o bien va unido a él. Los niveles permiten determinar, además, la distancia y los ángulos horizontales o acimutales al ir provistos del limbo correspondiente. Este método se emplea generalmente en terrenos no muy accidentados.
• Existen dos tipos de medición directa o geometrica:

5.2 NIVELACIONES INDIRECTAS

NIVELACIÓN TRIGONOMÉTRICA (POR PENDIENTES)

Mediante este sistema se determinan los desniveles a través de la medición de ángulos verticales o cenitales y las distancias entre los puntos a nivelar (Figura 3). Se puede determinar con una cinta y un clisímetro o bien, con un teodolito, al basar sus resoluciones en un triángulo rectángulo situado en un plano vertical, por lo que se toman medidas de distancias horizontales y ángulos verticales o cenitales. Realizadas las operaciones correspondientes, la diferencia de cota taquimétrica entre ambos puntos A y B del terreno vendrá dada por: 

Dh = Dh1 + Dh2 

Este tipo de nivelación se utiliza principalmente en terrenos con pendientes muy pronunciadas. Se emplean, para ello, aparatos ópticos que permiten medir distancias así como ángulos horizontales y verticales. Estos instrumentos reciben el nombre de teodolitos.

Imagen 4. Modo de realizar una nivelación trigonométrica
Fuente. Nivelacion

NIVELACIÓN BAROMETRICA

Se determina la diferencia de nivel, en este caso, por medio de un barómetro o altímetro, puesto que la diferencia de altura existente entre dos puntos se puede medir aproximadamente de acuerdo con sus posiciones relativas bajo la superficie de la atmósfera, con relación al peso del aire o presión atmosférica gravitante sobre ellos, que se determina por el barómetro. La presión al nivel del mar es de 761 mm. de columna de mercurio. Cada 100 m. de altura la presión atmosférica varía de 0’7 a 1’0 cm. de columna de Hg.
De hecho, dicho método es el más impreciso de todos los expuestos y resulta útil sólo en reconocimientos, por lo que nos limitaremos simplemente a su cita sin ofrecer mayores detalles.

6. ERROR EN NIVELACIÓN

El error de cierre en nivelación depende mayormente de la precisión de los instrumentos utilizados, del numero de estaciones y de puntos de cambio y del cuidado puesto en las lecturas y colocación de la mira.

En una nivelación cerrada, en donde el punto de llegada es el mismo que el de partida, la cota del punto inicial debe ser igual a la cota del punto final, es decir: La suma de los desniveles debe ser igual a cero.

La diferencia entre la cota final y la cota inicial nos proporciona el error de cierre de la nivelación.

EN=Qf-Qi

7. TOLERANCIA DEL ERROR DE CIERRE

La tolerancia del error de cierre depende de la importancia del trabajo, de la precisión de los instrumentos a utilizar y de las normativas vigentes.

Las nivelaciones se pueden clasificar en nivelaciones de primer, segundo y tercer orden, siendo las de tercer orden las mas utilizadas en los trabajos de ingeniería.

La tolerancia de cierre generalmente se lo expresa mediante la siguiente ecuacion:

Tn=m√K

Donde:

Tn= Tolerancia para el error de cierre en mm.

m= Valor dependiente de los instrumentos, metodo y tipo de nivelacion requerida.

K= Longitud total de la nivelación.

Para nivelaciones de tercer orden se recomienda un valor de "m" entre 12 y 15 mm.
8. CONCLUSIÓN PERSONAL
El tema de nivelación es determinante para la aplicación en la topografía, ya que mediante los diferentes tipo de nivelaciones, métodos e instrumentación se podrá tener una valoración precisa de las características físicas de un terreno cualquiera, se determinara sus variaciones en cuanto alturas, determinación de curvas de nivel y diferentes condicionantes fisicas relacionadas con sus niveles.
Diferentes instrumentos son utilizados para el trabajo de campo, desde artefactos manuales utilizados desde la antiguedad hasta los mas sofisticados equipos de medicion de alturas, hoy en día el equipo mas utilizado para este tipo de trabajos es el nivel de ingeniero y la estación total.

REFERENCIAS
Capitulo 6 "Nivelacion"
Nivelacion Topografica
Topografia I
Nivelacion
Nivel de ingeniero
Nivel Topografico
Tipos o métodos de nivelacion