TEMA 8 "TEODOLITOS, MEDIDAS DE ANGULOS CON TEODOLITOS"

MEDIDAS DE ÁNGULOS CON TEODOLITOS

1. INTRODUCCION.-

El teodolito es un 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.
Es portátil y manual; está hecho para fines topográficos e ingenieros, 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, 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.

Imagen 1. "Uno de los primeros teodolitos de la historia en el museo de Madrid"
Fuente. Teodolito

2. CLASES DE TEODOLITOS

1) Concéntricos: Llevan el anteojo en el centro del eje horizontal.

2) 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.

3. 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

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

c) Teodolito electrónico

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.

Imagen 2. 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.

e) 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…

f) 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.

g) 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.

4. 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.

Imagen 3. Partes Principales de un teodolito
Fuente. Partes de un teodolito

5. MODO 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.

6. CONDICIONES QUE SE DEBE REUNIR PARA UN BUEN ESTUDIO CON TEODOLITO
Se requieren varios tipos de instrumentos para realizar un buen estudio.
El teodolito es el instrumento básico para establecer líneas y ángulos a grandes distancias. El teodolito original era un instrumento puramente óptico; hoy en día, sin embargo, la mayor parte de los teodolitos vienen acompañados de un elemento adicional electrónico para medir distancias. A los fines de este manual bastará con un instrumento puramente óptico.
El trípode se utiliza exclusivamente para asentar el teodolito o el nivel.

7. MEDIDAS DE ÁNGULO HORIZONTAL SIMPLE
En topografía el ángulo formado por dos líneas rectas trazadas sobre el suelo se mide horizontalmente y se llama ángulo horizontal. Las líneas trazadas sobre el suelo se pueden reemplazar con dos líneas visuales AB y AC. Estas líneas visuales parten del ojo del observador que constituye el vértice A del ángulo BAC, y se dirigen hacia puntos fijos del terreno tales como una piedra, un árbol, un hormiguero, un poste telefónico o la esquina de un edificio.
7.1. POR REPETICIÓN Y REITERACIÓN
METODO POR REITERACION
La medida de un ángulo por reiteración puede ejecutarse con un teodolito repetidor o con un reiterado. El método se basa en medir varias veces un ángulo horizontal por diferencia de direcciones y en diversos sectores equidistantes en el limbo, para evitar, principalmente errores de graduación. En una misma reiteración se pueden medir varios ángulos colaterales. El ángulo de reiteración es 200º dividido por el número de reiteraciones.
Este método elimina errores instrumentales promediando valores. La exactitud de los resultados aumenta con el número de reiteraciones.
METODO DE REPETICION
Para poder aplicar este método se necesita un teodolito repetidor, es decir, un instrumento que permite repetir la medida del ángulo horizontal acumulando lecturas sucesivas sobre dicho limbo. El valor acumulado se divide por el número de repeticiones. Estos instrumentos, que se usan para este sistema de medición, tiene un eje vertical de rotación que permite girar el instrumento arrastrando el limbo horizontal, lo que se denomina movimiento general, y un eje vertical de la alidada o anteojo que permite girar el instrumento manteniendo fijo el limbo horizontal, con lo que se produce un movimiento relativo del anteojo respecto del limbo. Ambos sistemas de rotación están dotados de sendos tornillos de presión y de coincidencia o tangencia.

8. MEDIDAS DE UN ÁNGULO VERTICAL
Un ángulo vertical es el ángulo formado por dos rectas situadas en el plano vertical*, o sea entre un punto bajo y dos puntos más elevados. Dado que estos ángulos están situados en el plano vertical, las líneas rectas que constituyen sus lados generalmente son líneas visuales. El ángulo vertical BAC puede estar formado, por ejemplo, por la visual AB que comienza en la estación A, en la orilla del río, y se dirige hacia una instalación de bombeo ubicada en un sitio más elevado, y la visual AC que partiendo de la estación A mira hacia un tanque de almacenamiento de agua que está mucho más alto.

9. ERRORES QUE AFECTAN LAS MEDIDAS ANGULARES.
ERROR: Diferencia entre el valor verdadero que se pretende hallar y el que se ha encontrado.
En el campo de la topografía como en muchos campos en los que la medición se efectúa se pueden encontrar errores provenientes de diferentes factores, los cuales no se pueden pasar por alto y se deben manejar dentro de un margen puesto que ninguna medición se hará 100% exacta y es de esta manera que encontramos los diferentes tipos de errores, .


VERIFICACIÓN DEL INSTRUMENTO. MEDIDORES DE ANGULOS
Error de colimación vertical: también llamado error de eclímetro. Se da cuando hay una posición errónea del origen de los ángulos verticales o también cuando la componente vertical del retículo está mal colocada.
Error de colimación horizontal: es la falta de perpendicularidad entre el eje secundario o de muñones y el eje de colimación u observación.
Error de muñones: se da cuando no son perpendiculares el eje principal o vertical y el eje secundario o de muñones.

10. CONCLUSION PERSONAL
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.

REFERENCIAS
-http://www.topoequipos.com/dem/que-es/terminologia/que-es-un-teodolito  (¿Qué es un teodolito?)

-https://es.scribd.com/search?content_type=tops&page=1&query=teodolito%20vernier (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)