Métodos Altimétricos en Topografía

Los métodos altimétricos son técnicas utilizadas en topografía para determinar las diferencias de altura entre distintos puntos del terreno.

Nivelación Geométrica (o por alturas)

Este método se basa en la comparación directa de alturas a través de una línea horizontal visual establecida mediante un instrumento de nivel, como un nivel automático, un nivel de burbuja partida o un nivel digital. El procedimiento consiste en colocar un estadal (o mira vertical graduada) sobre el punto cuyo desnivel se desea conocer, y realizar lecturas desde el nivel en dos puntos consecutivos: el punto de respaldo (punto con cota conocida) y el punto de avance (punto por determinar). Restando ambas lecturas, se obtiene la diferencia de alturas. Esta técnica puede realizarse de forma compuesta, encadenando varias estaciones para cubrir distancias mayores, siempre asegurando la horizontalidad de la línea de visión. Existen varios tipos de niveles utilizados para esta tarea, incluyendo:

• Niveles automáticos pendulares, que estabilizan automáticamente el eje visual.
• Niveles de burbuja partida, más tradicionales pero menos prácticos.
• Niveles digitales y láser, que mejoran la precisión y eficiencia de las lecturas, algunos de los cuales son de segunda generación con capacidades electrónicas avanzadas.

Nivelación Trigonométrica (o por pendientes)

En este método, la diferencia de altura entre dos puntos se determina a partir de la medición de un ángulo vertical y una distancia inclinada, generalmente utilizando una estación total. Este método es especialmente útil en terrenos accidentados o cuando no es práctico instalar un nivel convencional. Sin embargo, requiere aplicar correcciones por esfericidad de la Tierra y refracción atmosférica, ya que ambos fenómenos pueden distorsionar la línea de visión en distancias largas. Por ejemplo, a 2.000 metros de distancia, la corrección conjunta por esfericidad y refracción puede llegar a 0.264 m, y a 4.000 metros puede superar el metro (1.055 m). Algunas estaciones totales modernas ya incluyen automáticamente estas correcciones al realizar los cálculos.

Método de Intersección en Topografía

El método de intersección en topografía es una técnica fundamental para la obtención de coordenadas de puntos desconocidos a partir de vértices con coordenadas ya determinadas. Su aplicación principal radica en la densificación de redes topográficas existentes, permitiendo establecer nuevos puntos con coordenadas precisas para trabajos específicos donde las distancias entre puntos de orden superior son demasiado grandes. También se utiliza para verificar la exactitud de las redes o en los trabajos preliminares de enlace a un sistema de coordenadas. Los métodos de intersección se basan en el apoyo en puntos de control conocidos para determinar la posición de puntos nuevos. Esto es crucial en topografía para establecer una densidad de puntos adecuada, ya que la distancia entre los vértices de tercer orden suele ser excesiva para tareas detalladas. Las intersecciones se clasifican según diferentes criterios:

Clasificación de las Intersecciones

• Según los datos previos del punto de estación:

  • Directa: La estación se realiza sobre un punto con coordenadas conocidas.
  • Inversa: Se determinan las coordenadas de la estación a partir de puntos conocidos.
  • Mixta: Combina aspectos de las intersecciones directa e inversa.

• Según el número de observaciones:

  • Simple: Se realizan un número mínimo de observaciones para determinar el punto.
  • Múltiple: Se realizan observaciones redundantes para aumentar la precisión y verificar resultados.

• Según el modelo de observación:

  • Angular: Se basan únicamente en mediciones de ángulos.
  • Angular más distancias: Combinan mediciones angulares y de distancias.

Intersección Angular

Este tipo de intersección se enfoca en el cálculo de coordenadas utilizando exclusivamente mediciones angulares, típicamente desde dos o más puntos conocidos hacia un punto desconocido.

Metodología General de Observación:

Implica la preparación del terreno, la elección de los puntos de estación y visados, la materialización de los vértices y la planificación de las observaciones. Esto incluye la ocupación de los puntos conocidos con el instrumental topográfico y la realización de las lecturas angulares hacia el punto desconocido.

Intersección Directa Simple

El método de intersección se basa en principios geométricos simples, principalmente la triangulación. Si se conocen las coordenadas de dos puntos (P1 y P2) y se miden los ángulos desde estos puntos hacia un tercer punto desconocido (P3), se puede formar un triángulo y, mediante relaciones trigonométricas, calcular las coordenadas de P3.

Para determinar las coordenadas (XP, YP) de un nuevo punto P mediante intersección, se requiere al menos dos vértices de apoyo conocidos, V1(X1, Y1) y V2(X2, Y2). Se miden los ángulos (α1, α2) desde estos vértices hacia el punto desconocido P. El cálculo se realiza resolviendo un sistema de ecuaciones trigonométricas o utilizando fórmulas específicas derivadas de la geometría del triángulo formado.

Método Itinerario o Poligonal

El método itinerario o poligonal es una técnica topográfica fundamental utilizada cuando el área de trabajo es demasiado extensa para ser cubierta desde una única estación. Consiste en establecer una secuencia de estaciones (vértices) que forman un recorrido o «itinerario», desde las cuales se realizan las observaciones necesarias para el levantamiento o replanteo de la zona de influencia de cada estación. Este método se aplica cuando la extensión del trabajo impide realizar todas las observaciones desde un solo punto. Permite la conectividad y el control sobre un área amplia, estableciendo una red de puntos intermedios que sirven de base para trabajos posteriores o para la densificación de una red existente.

Tipos según los puntos de inicio y final

• Itinerario Encuadrado: Es aquel que parte de un punto de coordenadas conocidas y finaliza en otro punto también de coordenadas conocidas. Este tipo es el más robusto, ya que permite controlar el error de cierre tanto angular como lineal, facilitando la compensación de errores.
• Itinerario Cerrado: Se caracteriza por partir de un punto (de coordenadas conocidas o no) y regresar al mismo punto de inicio. Al igual que el encuadrado, permite un control del error de cierre, aunque solo respecto al punto de partida.
• Itinerario Abierto o Colgado: Inicia en un punto (conocido o no) y finaliza en un punto cuyas coordenadas son desconocidas. Este tipo de itinerario es el menos robusto y el más susceptible a la acumulación de errores, ya que no ofrece un control de cierre para la verificación de la precisión. Su uso se limita a situaciones donde no es posible enlazar con otro punto conocido al final del recorrido.

Tipos según el sistema de observación

• Itinerarios Orientados: Son aquellos en los que se mantiene la orientación (acimut) en todas las estaciones de la poligonal. Esto se logra conociendo el acimut de una dirección inicial y transportando esa orientación a lo largo de todas las estaciones, generalmente mediante la medición de ángulos internos o externos y acimutes de las líneas. Esto asegura que todas las observaciones están referenciadas al mismo sistema de coordenadas.
• Itinerarios No Orientados: En este tipo, no se conserva la orientación en cada estación de forma explícita. Se miden los ángulos y las distancias, y la orientación general del itinerario se establece a posteriori o se basa en un acimut inicial de referencia.

Metodología del Itinerario

La metodología implica la medición de:

• Ángulos: Generalmente ángulos horizontales (internos o externos) en cada vértice de la poligonal.
• Distancias: Las distancias entre los vértices consecutivos de la poligonal.

A partir de estas mediciones, y conociendo las coordenadas del punto de inicio y el acimut de la primera línea (en el caso de itinerarios orientados o encuadrados), se pueden calcular las coordenadas de los puntos intermedios. Los itinerarios encuadrados y cerrados permiten calcular y distribuir los errores de cierre angular y lineal para ajustar las coordenadas finales.

Método de Radiación en Topografía

El método de radiación es una técnica topográfica fundamental que implica estacionar un equipo en un punto de coordenadas conocidas (estación) y medir las coordenadas instrumentales (polares: azimut, distancia y ángulo cenital) de todos los puntos de interés. Es crucial registrar el origen de las lecturas azimutales en el cuaderno de campo para futuras referencias. Para cada punto observado, se registran el azimut, la distancia, el ángulo cenital, la altura del aparato (i) y la altura del prisma (m). En estadimetría, la altura del prisma se calcula como m=(Hs+Hi)/2. Posteriormente, las coordenadas rectangulares (XP, YP) de los puntos se obtienen a partir de las coordenadas instrumentales utilizando las siguientes expresiones:

XP = XE + ΔxE_P, donde ΔxE_P = Dr * senθE_P
YP = YE + ΔyE_P, donde ΔyE_P = Dr * cosθE_P

Este método es el más sencillo de los métodos topográficos y se utiliza cuando todos los puntos del levantamiento son visibles desde un único punto de estación. También se emplea como parte del método poligonal o itinerario, desde cada una de las bases de la poligonal.

Metodología de Observación

• Materialización y Reseña de Puntos de Estación:

  El punto de estación debe ser adecuadamente materializado en el terreno, ya que los trabajos pueden prolongarse o requerir trabajos complementarios futuros. Se debe crear un documento de reseña que incluya las coordenadas del punto, el tipo de señal, la ubicación detallada con referencias fijas y cualquier información gráfica o descriptiva relevante. Un ejemplo de reseña es la de un vértice geodésico, siendo el formato similar para una estación.

• Orientación de la Estación:

  Orientar el instrumento implica establecer el origen del aparato de manera que una dirección específica ocupe una posición determinada. Esto puede hacerse refiriendo a una lectura de acimut conocida desde el punto de origen. La orientación puede ser arbitraria o realizarse a una referencia origen. La elección de orientar o no el equipo no afecta los resultados finales, sino que depende de las preferencias del operador o de las necesidades del proyecto, como replanteos o comprobaciones simultáneas.

• Datos de Campo:

  Los datos adquiridos incluyen lecturas acimutales a la referencia y a los puntos radiados, lecturas cenitales, distancias, altura del instrumento y altura de la señal. También se recomienda una breve descripción de cada punto radiado.

• Croquización y Nomenclatura:

  Es imprescindible elaborar un croquis de campo que refleje la posición relativa de todos los puntos a medida que se adquieren los datos. Los puntos radiados se numeran correlativamente, asegurando que la numeración en el croquis coincida con la registrada en el estadillo o libreta electrónica.

Recomendaciones para Croquis de Campo Topográfico

• Realizar un reconocimiento previo de la zona.
• Incluir la máxima información posible, usando anotaciones y abreviaturas en lugar de cartelas.
• No usar el dorso del papel.
• Ser escueto, conciso y entendible por cualquier usuario.
• Trazos limpios, claros y sin superposiciones; no es necesario usar regla.
• Revisar la proporcionalidad del dibujo.
• Incluir información altimétrica y nombres de calles adyacentes si procede.
• Indicar fecha y autor.
• Adjuntar información cartográfica y fotográfica complementaria.

Replanteos en Agronomía

El replanteo es la operación de materializar en el terreno los puntos definidos geométricamente en un proyecto (coordenadas X, Y, Z). Se considera la operación inversa al levantamiento topográfico, ya que consiste en llevar el plano al campo. El proceso se divide en planimetría (X, Y) y altimetría (Z), realizándose primero el posicionamiento en planta y luego la determinación de la cota respecto a la cota de proyecto o cota roja.

Definiciones Clave en Replanteo

Planta de un proyecto:

Representación horizontal del proyecto. Puede referirse a:

• Sistema absoluto: Coordenadas UTM o WGS84 referidas a la red geodésica.
• Sistema relativo: Coordenadas locales sin conexión a la red geodésica.

Rasante del proyecto:

Cota proyectada de los elementos (puntuales, lineales, superficiales).

Cota absoluta:

Referida al nivel medio del mar (red de nivelación).

Cota relativa:

Referida a una cota arbitraria, como la “cota 0” en arquitectura.

Cota roja:

Diferencia entre la rasante y el terreno. Puede ser:

• Positiva: rasante mayor que el terreno.
• Negativa: rasante menor que el terreno.

Se usa para indicar cuánto debe subir o bajar un punto. Se marca en estacas, tochos de ferralla (bordillos), o clavos de acero (estructuras), según el tipo de obra.

Métodos de Replanteo

• Por coordenadas polares desde una base: Se calcula el azimut y distancia reducida desde una base a cada punto. Algunas estaciones totales hacen estos cálculos automáticamente.
• Por GPS: Se introduce en el receptor GPS la coordenada del punto a replantear, y el dispositivo guía al operario hasta ese punto.
• Por bisección angular: Basado en la intersección de dos visuales desde coordenadas conocidas. No se miden distancias, solo ángulos. Similar a una intersección directa, pero en este caso se posiciona el punto en vez de obtener sus coordenadas.

Replanteos Específicos

• Instalaciones agrícolas y agropecuarias: Requieren alta precisión. Se recomienda instrumental con apreciación angular ≤ 5 segundos centesimales.
• Jardinería ornamental: No requiere tanta precisión. Es suficiente con instrumentos de 20 segundos centesimales.
• Abancalamientos y movimiento de tierras: También se puede trabajar con 20 segundos centesimales tanto en planta como en alzado.
• Replanteo en alzado: Se obtiene la cota del terreno y se compara con la del proyecto para definir la cota roja. En trabajos precisos (estructuras, pendientes < 1%, capas de firme), se recomienda el uso de nivel o equialtímetro.

Agricultura 4.0 y Tecnologías Avanzadas

La Agricultura 4.0 aplica tecnologías avanzadas (IA, IoT, SIG, etc.) a la producción agrícola para enfrentar retos como el cambio climático, la demanda de alimentos y el uso eficiente de recursos. Mejora la sostenibilidad y la eficiencia mediante automatización, análisis de datos y conectividad.

Sistemas de Posicionamiento Global (GPS y GNSS)

Los Sistemas de Posicionamiento Global (GPS y GNSS) permiten ubicar cualquier objeto sobre la Tierra con una precisión que puede llegar a centímetros usando GPS diferencial, aunque normalmente es de pocos metros. El sistema se divide en tres segmentos:

Segmentos del Sistema GNSS

• Segmento Espacial: Consta de constelaciones de satélites como GPS (EE.UU.), GLONASS (Rusia), y próximamente GALILEO (Europa) y COMPASS (China).
• Segmento de Control: Formado por 5 estaciones terrestres distribuidas en longitud, encargadas de calcular las efemérides y el estado de los relojes de los satélites, para luego transmitir esa información.
• Segmento Usuario: Compuesto por los receptores GPS y los usuarios. Los receptores convierten las señales en datos de posición (X, Y, Z) y tiempo. Se necesitan al menos 4 satélites para calcular estas coordenadas. Se usa en navegación, geodesia, control de placas tectónicas, entre otros.

Funcionamiento del Receptor GPS

1. Detecta un satélite y calcula una esfera virtual con centro en el satélite y radio igual a la distancia al receptor.
2. Al detectar un segundo satélite, se genera una segunda esfera. La intersección de ambas crea un anillo que reduce la posible ubicación a dos puntos.
3. Con un tercer satélite se define una tercera esfera, y la intersección de las tres permite ubicar el receptor, eligiendo el punto que está sobre la Tierra.
4. A partir de ahí, el receptor muestra las coordenadas de latitud y longitud.
5. Para calcular la altura sobre el nivel del mar, se necesita un cuarto satélite y una cuarta esfera virtual.

Si no se logra medir correctamente las distancias a los satélites, las esferas no se interceptan y el receptor no puede determinar la posición ni la altitud.

Mediciones, Segregaciones y Parcelaciones en el Medio Rural

Movimiento de Tierras

Se entiende por movimiento de tierras al conjunto de actuaciones a realizarse en un terreno para la ejecución de una obra. Dicho conjunto de actuaciones puede realizarse en forma manual o en forma mecánica.

Desbroce

Es habitual que antes de comenzar el movimiento de tierras, se realice una actuación a nivel de la superficie del terreno, limpiando arbustos, plantas, árboles, broza, malezas y basura que pudiera hallarse en el terreno; a esta operación se la llama desbroce.

Cuando ya se encuentra el terreno limpio y libre, se efectúa el replanteo y se comienza con la excavación.