ALTIMETRÍA, CURVAS DE NIVEL

ALTIMETRÍA, CURVAS DE NIVEL Y VOLÚMENES

ALTIMETRÍA

Altimetría o hipsometría, como también se la denomina, es la rama de la topografía que se ocupa de estudiar el conjunto de procedimientos y de métodos que existen para poder determinar y representar la altura o cota de cada punto respecto de un plano de referencia. Por ejemplo, gracias a la altimetría es posible representar el relieve del terreno, tal es el caso de planos de curvas de nivel, perfiles, entre otros.

Existen dos tipos de altímetros: el altímetro barométrico, que es el más común y su funcionamiento se encuentra basado en la relación entre presión y altitud, entonces, la presión atmosférica desciende con la altitud; toma como referencia el nivel del mar y su funcionamiento está condicionado a los cambios climáticos.
Y el altímetro radioeléctrico es un pequeño radar que mide la distancia entre dos vehículos aéreos con respecto al suelo; se usa principalmente en bomba y misiles.

FUENTE: https://www.definicionabc.com/ciencia/altimetria.php

Altimetría. Es la parte de la topografía que se encarga a medir las alturas, estudia los métodos y técnicas para la representación del relieve del terreno así como para determinar y representar la altura; también llamada "cota", de cada uno de los puntos, respecto de un plano de referencia.

Uso

Realiza la medición de las diferencias de nivel o de elevación entre los diferentes puntos del terreno, las cuales representan las distancias verticales medidas a partir de un plano horizontal de referencia. La determinación de las alturas o distancias verticales también se puede hacer a partir de las mediciones de las pendientes o grado de inclinación del terreno y de la distancia inclinada entre cada dos puntos. Como resultado se obtiene el esquema vertical.

Objeto de la Altimetría

La altimetría tiene por objeto representar la verdadera forma del terreno, es decir, no sólo su extensión, límites y obras que lo ocupan, sino también la forma se su relieve, haciendo para ello las operaciones necesarias. Este aspecto tiene mucha importancia para las aplicaciones de operaciones en el terreno, o sea, son aspectos de fundamental importancia dentro del contenido de la topografía para el ingeniero de la rama agropecuaria.

Nota: En planimetría no se consideraba la forma real del terreno, ya que solo se consideraba la proyección de la superficie sobre el plano horizontal.

Conceptos fundamentales

SUPERFICIE DE NIVEL: Los levantamientos planimétricos para extensiones relativamente pequeñas se puede considerar la Tierra como plana. De esta manera, la posición plana en dos dimensiones queda fácilmente representada sin un error apreciable. Pero los puntos situados sobre el terreno tienen diversas elevaciones o alturas y es necesario además de su localización mapear un sistema que facilite su determinación y representación de sus posiciones altimétrica con relación a una superficie horizontal sino concéntrica a la tierra. A la superficie concéntrica a la tierra que se toma como referencia para la determinación altimétrica se les denomina superficie de nivel, y se define como aquella superficie continua, situada en cualquier posición, pero perpendicular a la gravedad resultando, por lo tanto, una superficie equipotencial. Dentro de los límites propios de la topografía, las superficies de nivel pueden ser consideradas esféricas, y, por consiguiente, equivalentes y paralelas, pero por tal consideración no puede ser aceptada en geodesia, ya que son más elípticas y tienden aproximarse más en los polos que en el ecuador.

LÍNEA DE NIVEL: Es toda línea perteneciente a una superficie de nivel y por consiguiente, normal a la dirección de la fuerza de gravedad en cada uno de los puntos.

NIVEL MEDIO DEL MAR: La superficie de los mares en clama tiene que ser siempre perpendicular a la gravedad y, por tanto, es por definición una superficie de nivel. Esta condición posibilita que adoptando dicha superficie de nivel como superficie de cota 0 por todos los países, las elevaciones de la corteza terrestre pueden ser comparadas ente sí, cualquiera que sea el lugar en que se encuentren localizados. La altura del nivel medio del mar se mide con instrumentos llamados mareógrafos, instalados en aguas razonablemente tranquilas, en las proximidades de la costa. Para los trabajos geodésicos y topográficos, la determinación del nivel medio del mar la realizan instituciones especializadas de cada país y los mismos aparecen indicados en los mapas topográficos nacionales.

SUPERFICIE DE REFERENCIA ARBITRARIA: Cuando se va a realizar un trabajo altimétrico en que se requiere conocer el desnivel relativo entre puntos característicos puede tomarse una superficie de comparación arbitraria, asignándole a un punto bien definido sobre el terreno o establecido con ese fin. Esto debe hacerse cuidando que la altura asignada al punto que vayan a levantarse queden por encima de la superficie de referencia, de manera que sus elevaciones sean positivas.

COTAS ALTIMÉTRICAS: Son las elevaciones de los puntos con respecto a una superficie que se toma como referencia. Las superficies de referencia pueden ser el nivel del mar u otra superficie arbitraria, por eso es necesario distinguirla denominándose cotas altimétricas relativas a las elevaciones de los puntos sobre una superficie de comparación elegida arbitrariamente y cotas altimétricas absolutas o altitudes a las que se encuentran referidas al nivel medio del mar. En los trabajos técnicos se emplean más comúnmente la denominación de cotas absolutas, y en los trabajos y documentos de carácter científicos la denominación de altitudes.

PUNTOS DE COTA FIJA (PCF): Son aquellos puntos cuyas altitudes han sido determinadas y ajustadas, sirviendo estos valores como superficies de nivel de referencia para los diversos trabajos topográficos y su control. Estos puntos se encuentran distribuidos por todo el territorio nacional, en mayor o menor número, en dependencia del grado de desarrollo e importancia técnica-económica de cada zona, constituyendo lo que se denomina redes de apoyo y control altimétrico.

PLANO HORIZONTAL: Es el plano normal a la dirección de la fuerza de gravedad en ese punto, por lo tanto, es tangente a la superficie de nivel que pasa por dicho punto. En topografía técnica, el plano horizontal y la superficie de nivel correspondiente pueden considerarse coincidentes dentro de las distancias a las cuales se realizan las visuales de nivelación.

LINEA HORIZONTAL: Es toda línea contenida en el plano horizontal, siendo tangente a la respectiva línea y tiene la misma dirección.

LINEA VERTICAL: Es la línea recta bajada hacia el centro de la tierra, lo cual corresponde a la dirección de la gravedad en dicho punto. Dentro de los límites topográficos se puede considerar como el hilo de una plomada que pende sobre el punto.

Equipos y materiales usados

Los instrumentos utilizados en altimetría buscan perfección a la hora de medir alturas y elevaciones. El instrumento más importante en la materia es el Nivel, instrumento empleado en la nivelación por alturas, consiste en la determinación de la altura de los puntos del terreno, (en realidad de sus puntos característicos), sobre una superficie del nivel que se toma como superficie de comparación de nivel; esta superficie se puede elegir arbitrariamente y puede ser cualquiera, con la única condición de que todos los puntos de la superficie del terreno considerada estén situadas por encima de ellos.

También se usa una mira graduada, aunque para largas distancias pueden utilizarse un teodolito y un blanco. Este último método se denomina nivelación trigonométrica.

Métodos altimétricos

Los métodos altimétricos, llamados también métodos de nivelación, tienen como finalidad la determinación del desnivel entre dos o más puntos.

En altimetría se utilizan tres métodos para el cálculo de los desniveles que se denominan:

Nivelación geométrica

Nivelación trigonométrica

Nivelación barométrica.

El método más exacto de nivelación es por medio de la nivelación geométrica, el cual se fundamenta en la obtención del desnivel por medio de visuales obligadamente horizontales, utilizando para ello los niveles y las miras. Este método de nivelación, por su exactitud, constituye el método más apropiado para establecer puntos de cotas fijas (PCF) y para otros trabajos de elevada precisión, tales como el replanteo de sistema de riego y drenaje y de las obras de fábrica requeridas por éstos.

El método de nivelación trigonométrica le sigue en importancia al de nivelación geométrica y se fundamenta el desnivel por medio de visuales inclinadas se realizan con un teodolito taquímetro situado sobre uno de los puntos, a la m ira que se colocará sobre el otro punto, determinando con esta operación la lectura de los tres hilos del retículo (hilo superior, medio e inferior) que se proyectan sobre la m ira, así como el ángulo vertical (α) debido a la inclinación del anteojo con respecto a su posición horizontal.

La nivelación barométrica se fundamenta en la variación que experimenta la presión atmosférica debido a la diferencia de altitud de los puntos que se consideren. Por lo que puede deducirse el desnivel basándonos en la diferencia de presión que registra un barómetro cuando nos situamos sobre dicho punto. Este método es incierto por los desniveles, las variaciones meteorológicas y la densidad del aire no es constante. Su aplicación se limita a reconocimientos en zonas montañosas y exploraciones

Métodos generales de nivelación

Nivelación por alturas o geométricas: Es el principal y más exacto, se verifica por medio de la diferencia de las distancias de dos puntos a un plano horizontal.

Nivelación trigonométrica: Consiste en determinar las diferencia de altura entre dos puntos, por medio de los elementos que se usan en trigonometría como ángulos y distancias en el triángulo.

Instrumentos utilizados en la Nivelación Trigonométrica.

Los instrumentos utilizados se le llaman taquímetros, siendo el mas perfeccionado es el teodolito-taquímetro que es necesario procesar en el gabinete los tomados en el campo para calcular la distancia horizontal y el desnivel que facilitan los trabajos.

Método de diferencia o diferencial o Método de desniveles

A la mira de espalda tomada en A se le resta algebraicamente la mira de frente en el punto B. Si la diferencia o desnivel es positiva, el punto B estará más alto que el punto A y para obtener la cota de B habrá que sumar a la cota del punto A el valor del desnivel.

Método de la cota de instrumentos

La mira de espalda tomada en el punto A se suma a la cota de dicho punto obteniéndose, de esa manera, la altura a la que se encuentra el eje de colimación del instrumento con respecto a la superficie de referencia. Si a la altura del eje de colimación del instrumento, o simplemente cota de instrumento (CI), le restamos la mira de frente tomada en el punto B obtenemos la cota de dicho punto B.

Instrumentos utilizados en la Nivelación Geométrica y su aplicación

Niveles

Llamados también equialtímetros, son los instrumentos que se utilizan para la nivelación geométrica, es decir, para determinar el desnivel que existe entre dos puntos por medio de una visual horizontal.

Una vez situado el nivel, en condiciones de trabajo, deberá lograrse que las visuales que por él se dirijan, sean obligadamente horizontales; y de acuerdo con las distintas maneras de lograr esta condición.

Los niveles se clasifican en:

Niveles planos: Son aquellos instrumentos en los cuales el eje vertical es perpendicular al eje de colimación una vez estacionados.

Niveles de línea: El eje de colimación puede experimentar ligeras inclinaciones respecto al eje vertical de giro, ya que aún así podemos situar perfectamente horizontal el eje de colimación de cada visual. Estos son los de mayor uso en la actualidad.

Niveles automáticos: Como su nombre lo indica queda automáticamente horizontal la visual, su inconveniente es el mayor costo y su reparación.

Miras

Instrumento que se usa en todos los procesos, pero en altimetría la menor división es el centímetro, y en el caso de tener que usar el milímetro debe ser estimado por el instrumentista. Existen diferentes miras de acuerdo a la operación a realizar y su precisión.

Procedimiento de nivelación geométrica

La nivelación simple la más sencilla en la que por estar dos puntos relativamente cerca uno del otro su diferencia de nivel puede ser determinada con una sola puesta del instrumento, colocando la mira sucesivamente en cada uno de los dos puntos.

Una primera lectura de m ira se le denomina en el lenguaje topográfico: mira de espalda (ME).

Después de determinada esa primera operación se dirige una segunda visual a otra mira situada verticalmente en el otro punto tomándose la lectura correspondiente.

Esa segunda lectura de mira se denomina mira de frente. (MF).

Corridas de altitudes por nivelación geométrica

Uno de los trabajos más frecuentes e importantes en los levantamientos topográficos y replanteo de obras de ingeniería, lo constituye la corrida de altitudes (corrida de cota o corrida de nivel) por medio de la nivelación geométrica, que consiste en efectuar una nivelación diferencial entre los puntos considerados. En la mayoría de los casos, ésta debe ser una nivelación compuesta, debido a la distancia que separa los dos puntos y a los obstáculos que interfieren las visuales horizontales. En todo trabajo altimétrico ha de partirse de un punto de o rigen de altitud conocida para conocer el desnivel que sumado algebraicamente a la altitud del primer punto dará la del segundo el cual servirá, a su vez, de origen al tercero y así sucesivamente.

Las operaciones a realizar son las siguientes:

Con el nivel situado tomamos una mira de espalda al punto A, y una mira de frente al punto PC1; luego trasladamos el instrumento a la estación 2 tomamos una mira de espalada al punto PC1 cuya cota ya conocemos y una mira de frente al punto PC2 y así sucesivamente hasta el final donde conoceremos la cota del punto B, mediante este proceso podemos determinar las cotas de los diferentes puntos.

Fundamento de la taquimetría

La palabra taquimetría significa medida rápida y, como su nombre indica tiene por objeto abreviar el trabajo, haciendo en el campo la poligonación, el relleno y levantamiento altimétrico simultáneamente. El método se basa en determinar la posición de un punto en el espacio por tres coordenadas, x, y, z, con respecto a un sistema de tres ejes, cuyo eje YY ocupa la meridiana del punto de origen, el XX la dirección E-0 y el Z Z la vertical.

El itinerario taquimétrico consta de tres operaciones:

Medida del ángulo que forman dos alineaciones consecutivas.

Medidas de las longitudes de éstas.

Cálculo del desnivel de cada punto con respecto al que le sigue o precede en el itinerario.

De acuerdo a la figura anterior suponiendo que se estaciona un taquímetro en el punto 0 de coordenadas absolutas conocidas, quedará determinado un punto F del terreno cuando se conozcan las coordenadas relativas de éste respecto a 0.

Fuentes: Artículo Altimetría. Disponible en: "www.buenastareas.com". Consultado: 28 de octubre de 2011.

Oscar Arango Andreu. Topografía. La Habana: Editorial Pueblo y Educación. Impresión. 1983. p.100-120.

BIBLIOGRAFÍAS

https://www.definicionabc.com/ciencia/altimetria.php

Artículo Altimetría. Disponible en: "www.buenastareas.com". Consultado: 28 de octubre de 2011.

Oscar Arango Andreu. Topografía. La Habana: Editorial Pueblo y Educación. Impresión. 1983. p.100-120.

CURVAS DE NIVEL

El sistema de representación de curvas de nivel consiste en cortar la superficie del terreno mediante un conjunto de planos paralelos entre sí, separados una cierta distancia unos de otros. Cada plano corta al terreno formando una figura (plana) que recibe el nombre de curva de nivel o isohipsa. La proyección de todas estas curvas de nivel sobre un plano común (el mapa) da lugar a la representación buscada.

En la figura se ve la construcción para representar mediante curvas de nivel una montaña. La montaña es cortada mediante planos paralelos separados una cierta distancia que se llama equidistancia entre curvas de nivel.

Planos equidistantes formando curvas de nivel

Las intersecciones de los planos con la superficie de la montaña determinan un conjunto de secciones que son proyectadas sobre el plano inferior, que representa al mapa. El resultado final que observaremos sobre el mapa es algo como esto:

Cortes de los planos proyectados sobre el papel

De este modo la sección verde se ha obtenido cortando la montaña mediante un plano paralelo al nivel del mar y una altura (o nivel) de 100 metros con respecto a aquél. La sección amarilla se ha obtenido mediante la intersección con un plano a 200 metros sobre el nivel del mar (s.n.m.). Y la sección roja con un plano a 300 metros s.n.m. Para cada curva de nivel indicaremos esa altitud y le denominaremos cota.

La equidistancia entre curvas de nivel se puede deducir ahora con facilidad para el ejemplo dado: 100 metros.

En la siguiente figura se ve cómo se efectúa la construcción de curvas de nivel de una depresión, que es el caso opuesto al monte de la figura anterior.

Cortes de los planos proyectados sobre una depresión

Puede observarse que el procedimiento a seguir es exactamente el mismo y que se obtiene la misma representación.

Curvas de nivel de la depresión

Sin embargo, las acotaciones de las curvas de nivel no dejan lugar a dudas. Podemos observar que las curvas de mayor cota encierran a las curvas de cota menor, señal inequívoca de una depresión en el terreno. En un monte ocurre justo lo contrario, las curvas de nivel de menor cota encierran a las de cota mayor.

Las curvas de nivel verifican las siguientes premisas de manera general:

Ø  Las curvas de nivel no se cortan ni se cruzan (sólo ocurre esto cuando queremos representar una cueva o un saliente de roca).

Ø  Las curvas de nivel se acumulan en las laderas más abruptas y están más espaciadas en las laderas más suaves.

Ø  La línea de máxima pendiente entre dos curvas de nivel es aquella que las une mediante la distancia más corta.

En la siguiente figura tenemos dos itinerarios para alcanzar una cumbre desde dos puntos A y B. Desde el punto A (itinerario rojo) es más largo que desde el punto B (recorrido azul). Sin embargo, el itinerario azul es mucho más duro ya que las curvas de nivel se hallan más apretadas o, si se prefiere, el camino atraviesa las curvas de nivel en menos espacio.

Diferentes itinerarios a cumbre

Equidistancia entre curvas de nivel

La distancia entre los diversos planos imaginarios que cortan el terreno es siempre la misma para un mapa dado y se llama equidistancia entre curvas de nivel.

En el plano anterior la equidistancia entre curvas de nivel es de 25 metros. Obsérvese que se usan dos colores para poder contar mejor las curvas de nivel. Así las líneas más oscuras aparecen cada 50 metros, y entre dos de ellas consecutivas aparece una línea más clara. En cualquier caso, entre dos curvas de nivel tendremos una diferencia de altitud de 25 metros. A las líneas más oscuras se les suele llamar curvas de nivel maestras.

Equidistancia entre curvas de nivel

En el nuevo plano tenemos un mapa con equidistancia entre curvas de nivel de 20 metros. Las curvas maestras aparecen en tono oscuro cada 100 metros. Entre dos curvas maestras consecutivas tenemos, por tanto, cuatro curvas de nivel en tono más claro. Entre dos curvas cualesquiera existe una diferencia de nivel de 20 metros.

Cota de un punto

Cada punto de un mapa se sitúa a una altitud definida que se viene a denominar cota. La cota de un punto es la longitud vertical que lo separa del plano de comparación, normalmente el nivel del mar.

Curvas de nivel auxiliares

En las regiones muy planas encontramos las curvas de nivel sumamente distanciadas por lo que apenas tendremos información relativa a la topografía del terreno, por ejemplo, un plano con una equidistancia entre curvas de nivel de 25 metros. Cualquier accidente que sea de menor altura sobre el terreno que 25 m quedará sin representar. Pero bastará una franja rocosa vertical de, por ejemplo, 4 metros, para que nos resulte infranqueable.

Estas dos situaciones nos empujan a aumentar el número de curvas de nivel en ciertas zonas de los mapas añadiendo curvas de nivel de menor equidistancia y que se dibujan entre dos curvas de nivel consecutivas. Reciben, estas curvas, el nombre de curvas de nivel auxiliares.

Las curvas de nivel auxiliares se suelen representar mediante trazos discontinuos. En los mapas de equidistancia entre curvas de nivel de 20m, aparecen entre curvas de nivel consecutivas con una equidistancia de 10 m. Por tanto, si entre las curvas de nivel de 340 y 360 metros de cota se nos muestra una curva discontinua, sabremos que es una curva de nivel auxiliar de 350 metros.

Curvas de nivel auxiliares

FUENTE: https://www.aristasur.com/contenido/que-son-las-curvas-de-nivel-en-un-mapa-topografico