Altimetria

La altimetría (también llamada hipsometría) es la rama de la topografía que estudia el conjunto de métodos y procedimientos para determinar y representar la altura o "cota" de cada punto respecto de un plano de referencia. Con la altimetría se consigue representar el relieve del terreno, (planos de curvas de nivel, perfiles, etc.).

En aviación la altimetría se ocupa de determinar la altitud de vuelo de la aeronave h (distancia vertical de la aeronave respecto del nivel del mar). Es un conocimiento de vital importancia para la circulación de las aeronaves en una sección vertical de cualquier aerovía(AWY), puesto que la circulación se distribuye y organiza en niveles de vuelo estrechamente relacionados con la altitud. El instrumento clásico que presenta la altitud al piloto es el altímetro, que obtiene una lectura de altitud partiendo únicamente de la medición de la presión estática que rodea la aeronave.

INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO ALTIMÉTRICO

Definido un punto en la superficie terrestre queda perfectamente determinado no sólo por su posición en planta, sino también por la altitud, distancia del punto a una superficie de referencia, evaluada sobre la normal a dicha superficie que pasa por el punto.

La superficie de referencia con significación física es el geoide, aunque es difícil de determinar. Tras continuas tomas de datos se puede modelizar, estableciendo la superficie de cota cero, presentándose a continuación dos problemas:

- Determinación de dicha superficie.

- Dar cota a puntos de la superficie terrestre respecto a ella.

Para obtener la superficie de cota cero, los países que tienen costa utilizan los mareógrafos que funcionan plasmando, de forma continuada, el nivel instantáneo del mar.

El palpador está constituido por una hoya que comunica el movimiento vertical a un rollo de registro donde queda el dato almacenado. En España, el mareógrafo referencial está en Alicante y en Francia en Marsella.

Para dar cota a los puntos de la superficie terrestre hay varios métodos que condicionan los aparatos topográficos que deben ser utilizados:

- Nivelación trigonométrica: Está analizada con anterioridad. Constituye una faceta importante de las relaciones taquimétricas. Para ello se utilizan el taquímetro y la estación o semiestación (teodolito óptico o electrónico) con distanciómetro.

- Nivelación geométrica: Se utiliza el aparato topográfico denominado nivel, que con un adecuado método es la mejor forma de conseguir buenas posiciones.

- Nivelación barométrica: Emplea la relación física existente entre la altitud y presión atmosférica. No tiene buenas precisiones y en ingeniería apenas se utiliza.

No obstante, aunque la referenciación a un origen altimétrico común es aconsejable y en temas cartográficos, imprescindible, en Ingeniería se puede trabajar con una cota referencial arbitraria en el marco de un trabajo concreto.

En cualquiera de los dos primeros métodos es conveniente conocer las peculiaridades del sistema de altitudes, que pasan por el conocimiento de las superficies equipotenciales y el establecimiento de las alturas ortométricas y dinámicas. En Topografía son despreciables las influencias de ambos condicionantes, que serán analizados en otra asignatura específica que trata sobre Geodesia y Cartografía.

4.3. EL NIVEL

4.3.1. FUNDAMENTO

El nivel es el instrumento topográfico que, correctamente estacionado, es capaz de definir un plano perpendicular a la vertical del lugar y, por lo tanto, con ayuda de dos estadías verticales, permite conocer el desnivel entre dos puntos.

En la nivelación geométrica, la corrección por esfericidad y refracción puede eliminarse, entrando de lleno al estudio de las metodologías topográficas.

Nivel de ingeniero

En las operaciones de nivelación, donde es necesario el calculo de las diferencias verticales o desniveles entre puntos, al nivel tórico se le anexa un telescopio, una base con tornillos nivelantes y un trípode.

Los niveles difieren entre si en apariencia, de acuerdo a la precisión requerida y a los fabricantes del instrumento. En la figura 2.27 se representan los componentes básicos de un nivel.

En la figura 2.28 se muestra el nivel Wild N2 con nivel tórico de doble curvatura. La figura 2.29 a. muestra el nivel de alta precisión PL1 de Sokkia, empleado en nivelaciones de primer orden. Este tipo de nivel posee un prisma de placas plano paralelas y un micrómetro óptico que permiten, con el empleo de una mira INVAR, aumentar la precisión de las lecturas a la mira a 1/ 10 de mm. Un ejemplo de lectura con nivel de placas plano paralelas y micrómetro óptico se muestra en la figura 2.29 b

En todas la operaciones de nivelación es necesario, antes de efectuar las lecturas a la mira, chequear la horizontalidad del eje de colimación.

En algunos niveles, este proceso se realiza ópticamente proyectando la burbuja del nivel tórico sobre el lente de colimación, como se muestra en la figura 2.30, de manera de hacer la verificación al momento de tomar la lectura. En caso de que no se verifique la coincidencia de la burbuja, se usa un tornillo basculante que permite, mediante pequeños movimientos, corregir una eventual inclinación del eje de colimación.

Algunos niveles automáticos mas sofisticados, poseen un compensador óptico mecánico a fin de garantizar la puesta en horizontal del eje de colimación.

Existen también niveles automáticos con compensador de amortiguación magnética. En la figura 2.32 se muestra el nivel automático C40 de Sokkisha y el esquema de funcionamiento del compensador de amortiguación magnética.

El imán del compensador produce un campo magnético cuando el conductor colocado en el campo magnético, se mueve como consecuencia de una falta de horizontalidad del nivel, y se genera una inducción electromagnética que produce una corriente giratoria en el conductor creando una fuerza que compensa el movimiento del conductor.

Recientemente se han introducido en el mercado, niveles electrónicos con los cuales el proceso de nivelación en el campo puede ser realizado por una sola persona. Estos niveles constan básicamente de un emisor de rayos láser con un barrido de 360º y un receptor o detector de rayos, tal y como se muestra en la figura 2.33.

4.2. NIVELACIÓN TRIGONOMÉTRICA

4.2.1. CORRECCIÓN POR ESFERICIDAD Y REFRACCIÓN

4.2.1.1. Corrección por esfericidad

Supuestas esféricas las superficies de nivel se estaciona el aparato topográfico en un punto E de altitud hE, siendo EE’ su eje vertical y EA la visual a un punto A, cuyo desnivel respecto de E se desea calcular.

El desnivel aparente (si la tierra fuese plana) estaría definido por la distancia

_____

AA' , mientras que el desnivel real está definido por la distancia

_____

2 AA , distancia sobre la normal en A entre sus curvas de nivel. Por tanto, la corrección por esfericidad será:

En la figura se verifica:

PERO

4.2.1.2. Corrección por refracción

Al pasar la luz de un medio a otro de distinta densidad sufre una refracción que tiene que ver con estas densidades de los distintos medios. Como la atmósfera no tiene densidad uniforme se van produciendo sucesivas refracciones en las distintas capas, que en condiciones normales son menos densas cuanto más elevadas están (a no ser que se produzca algún proceso de inversión térmica que influya en ellos), obteniéndose una curva como dirección seguida por el rayo.

Dentro del campo de la topografía, dado que las visuales son de escasa pendiente y de longitud corta/media, dicha curva puede asimilarse a un arco de circunferencia, de radio constante mientras no varíen las condiciones atmosféricas.

Para calcular su valor se considera un observador que desde un punto E observa a otro A, del cual la imagen le llegará según el arco de circunferencia AE, de centro O’ y radio R. Para este observador es como si el punto A estuviese situado en A’ en vez de en A, con EA’ la tangente al arco de circunferencia en E.

En los ángulos verticales este fenómeno produce un error [, llamado ángulo de refracción, siendo AA’ el valor lineal de la corrección.

Por tanto, la corrección de refracción valdrá:

Fórmula semejante a la de esfericidad donde el radio de la tierra, R, está sustituido por el de la curva de refracción, R’. La relación entre estos radios será una característica de este último R’, al ser R=cte., por lo que para cada medio se tendrá un coeficiente F de refracción dado por:

Estas relaciones serán consideradas,

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