TEMA 5. MEDIDA DE DISTANCIAS.

MEDIDA DIRECTA DE DISTANCIAS.

Los denominados instrumentos de agrimensura son los utilizados para resolver los problemas que suelen presentarse en el campo, sin necesidad de planos y sin utilizar costosos aparatos topográficos. Los instrumentos y métodos de agrimensura están indicados en superficies pequeñas, según la precisión que se exija.

Se utilizan para medir pequeñas distancias (menos de 70 metros) o cuando la precisión no es muy elevada. Son un complemento indispensable de los instrumentos topográficos.

Para precisiones elevadas ha de recurrirse a la medida con hilos o cintas invar, con los que utilizando ciertos equipos geodésicos, pueden alcanzarse las mayores precisiones conocidas hasta la fecha.

5.1. CINTA METÁLICA.

Se componen de un fleje de acero de longitudes variables de 10 a 50 metros, divididas en metros, decímetros y centímetros; en algunas el primer decímetro lleva una división más detallada en centímetros y milímetros. Para su transporte se arrollan en bastidores de diversas formas.

Hay dos tipos de cintas:

• Cintas usualmente empleadas en levantamiento de detalles por radiación, o en medida de ejes en poligonales.

• Cintas de alta precisión para medición directa de bases geodésicas o topográficas, es decir, en casos concretos e individualizados que requieren tolerancias muy estrictas.

En cualquiera de los dos casos, se establece previamente que la cinta metálica es un instrumento de precisión. Sólo su incomodidad y lentitud de manejo hace que sea sustituida por otros procedimientos y métodos de trabajo. En topografia, hasta la aparición de los instrumento de distanciometría electrónica ofrecía, las precisiones más elevadas (aunque bien empleadas, para distancias cortas ofrecen más precisión que la distanciometría electrónica).

5.2. RODETE.

Este instrumento se utiliza principalmente para la medida de distancias cortas. Está formado por una cinta de cáñamo barnizado, dividida en metros, decímetros y centímetros; por un extremo termina en una anilla y por el otro se arrolla alrededor de un eje en el interior de un estuche de cuero. Este eje se prolonga por el exterior del estuche y va unido a una manivela, con la que se le hace girar para arrollar la cinta en el interior.

La longitud de la cinta varía de 5 a 50 metros, aunque las superiores a los 20 metros dejan de ser recomendables a causa de su imprecisión y dificultad de manejo.

El rodete, aunque muy usado, es de escasa precisión debido principalmente a la dilatación del tejido a causa de la tracción.

5.3. HILOS DE INVAR.

Para medidas de mayor precisión se utilizan hilos invar. El invar es una aleación con 64% de hierro y 36% de níquel, y tiene un coeficiente de dilatación prácticamente despreciable (0,5·10-6).

Hay hilos y cintas de diversas secciones y longitudes, que terminan por sus dos extremos en regletas divididas en mm.

Los hilos invar únicamente deben usarse en terrenos llanos o de muy pequeña pendiente.

La precisión de los equipos es del orden de 1/20000, llegando incluso a la precisión de 1/1000000 en la medida de bases geodésicas.

MEDIDA INDIRECTA DE DISTANCIAS.

5.4. FUNDAMENTO DE LA ESTADÍA.

Los anteojos utilizados en los instrumentos topográficos permiten medir distancias indirectamente a través de diversos cálculos (no excesivamente complejos), con mayor rapidez que los métodos de medida directa.

5.4.1. ESTADÍMETROS DE 1ª CATEGORÍA.

La toma de medidas indirectas de distancias con un aparato (taquímetro) de 1ª categoría, se basa en el empleo de un anteojo provissto de un retículo y con el que se observa una regla graduada o mira.

Los retículos consisten en dos trazos finos, paralelos y equidistantes del horizontal de la cruz filar.

La separación de los hilos del retículo está calculada para que la constante diastimométrica generalmente sea 100. Por tanto, una visual horizontal que intercepte en la mira 45 metros, equivale a 50 metros de distancia entre aparato y mira.

Las miras son reglas divididas en metros y fracciones de metro (decímetros, centímetros y dobles milímetros). Deben ponerse de forma que queden verticales, por lo que suelen llevar incorporadas un nivel esférico (si no disponen de ello, se deben poner verticales aplomando a ojo).

5.4.2. ESTADÍMETROS DE 2ª CAT. ESTADÍA HORIZONTAL INVAR.

Son menos frecuentes que los de primera categoría, pero se pueden utilizar para topografia de alta precisión en distancias cortas (menos de 70 metros).

La mira se compone de un tubo en cuyo interior va una varilla de invar (hierro y níquel) que tiene la propiedad de ser muy estable ante el calor. La varilla sostiene los dos puntos de la mira a la que ha de dirigirse la visual, y el tubo se sostiene sobre un trípode que se estaciona sobre el punto a medir. La varilla mide normalmente 2 metros y existe la posibilidad de colocarla horizontal y perpendicular a la visual.

5.5. DISTANCIOMETRÍA ELECTRÓNICA.

Los primeros experimentos de distanciometría electrónica los realizaron Fizeau y Michelson. Pretendían determinar la velocidad de la luz basándose en el tiempo transcurrido entre la emisión de una haz luminoso y su recepción en el mismo punto de partida, tras una reflexión en un espejo plano situado a una distancia conocida. Posteriormente extendieron su experimento a la medición de distancias a partir del mismo esquema operativo, pero considerando como incógnita la distancia a medir, conocida la velocidad de la luz y determinado como antes su tiempo de propagación en el trayecto.

5.5.1. CLASIFICACIÓN DE LOS MEDIDORES ELECTRÓNICOS DE DISTANCIAS (M.E.D.).

Hay dos líneas de acción en la medición electrónica de distancias: las basadas en el espectro luminoso o infrarrojo próximo (ese tipo de ondas las utilizan los instrumentos llamados Geodímetros o electroópticos); y los que emplean ondas de microondas, denominados Telurómetros o electromagnéticos.

1. Electromagnéticos: Telurómetros. Utilizan ondas de radio (microondas) con longitudes de onda de 3 cm. Son instrumentos de gran alcance y de aplicación primordial en Geodesia o en triangulaciones topográficas del más alto orden. Pueden alcanzar hasta 150 kms. con precisiones del orden de ± (10 mm ± 3 ppm). Precisan reflectores activos, es decir, dos aparatos idénticos uno en cada extremo de la distancia a medir (master - remote). La humedad en la atmósfera afecta muy notablemente al índice de refracción a aplicar para la corrección de las distancias observadas. El equipo que opera como “master” emite un haz de microondas, de tal forma que el “remote” lo recibe, amplia y vuelve a emitir en la misma dirección y sentido contrario con la misma fase. No es preciso que sean visibles entre sí los puntos de medición y puede operarse en cualquier hora del día o de la noche.

2. Electroópticos: Geodímetros. Estos instrumentos actúan en la zona del espectro luminoso, láser o infrarrojo, pudiendo establecerse dos grupos, según operan en la banda del visible o no.

Los Geodímetros se utilizan en Geodesia o en Triangulaciones topográficas del más alto orden, con alcance máximo de 40 - 60 kms., con precisiones del orden de ± (5 mm ± 1 ppm). El equipo reflector es pasivo, consistente en prismas tallados para devolver la emisión en la misma dirección y sentido contrario al que incide.

• Distanciómetros de luz visible. Utilizan como portadora el láser gaseoso Helio-Neón (He-Ne) para equipos de medida de largo alcance (geodímetros), y en distanciómetros submilimétricos, que emiten en la banda visible del espectro de longitud de onda igual a 0,6328 m.

• Distanciómetros infrarrojos. Este grupo está compuesto por los que utilizan como fuente portadora un diodo láser de arseniuro de galio (Ga-As). Operan en el infrarrojo próximo y por tanto no visible. Su alcance máximo es de 20 kms., con precisión del orden de ±(5 mm ±l ppm).

Algunos de estos equipos efectúan la medida de distancias sin necesidad de prismas reflectores siempre y cuando se emitan las ondas contra paredes de hormigón o similares, pudiendo llegar a determinar distancias de 100 m. con precisiones de ±1 cm.

Estos equipos utilizan radiación modulada, con longitudes de onda que van desde pocos metros hasta 40 metros.

La presencia de polvo, vapor de agua en suspensión, y condiciones metereológicas de todo tipo, hacen variar por dispersión, absorción, reflexión y refracción la transmitancia del ambiente, y con ello el alcance efectivo de las ondas. Además debe prevenirse una apertura de haz que no produzca reflexiones perturbadoras en el suelo, lo que también acorta el alcance máximo con independencia de la transmitancia atmosférica.

Los distanciómetros submilimétrícos son de alcance máximo variable de 2 a 15 km., pero de extraordinaria precisión ± (0.2 mm ± 0,2 ppm).

Concluyendo, los distanciómetros electrónicos, de corto alcance, corresponden a la banda de infrarrojo, los de medio alcance a la luz visible, y los mayores alcances, a la luz láser y al campo de las microondas.

5.5.2. DISTANCIÓMETROS TOPOGRÁFICOS Y COMPLEMENTOS.

El trabajo ordinario requiere unos instrumentos de características ineludibles y muy definidas. Deben ser ligeros, robustos, de rápida puesta en estación, de sencillo manejo, y de ágil y versátil operatividad.

1. Distanciómetros. Están desapareciendo del mercado, ya que su precio no lo hace competitivo frente a las estaciones totales. Las principales características son:

•Pantalla de cristal líquido que proporciona lecturas más claras y exactas.

•Observación coaxial, recepción y observación en el mismo eje óptico.

•Compensación automática de condiciones atmosféricas, la introducción de los datos (temperatura y presión) se realiza por teclado.

•Memoria permanente de la constante del prisma, programa por teclado y con rango de O a 99 mm, queda memorizada hasta nueva programación.

•Señal de audio para verificación de recepción de señal. indicada por cambio de intensidad en el tono de la señal.

•Varias opciones de medición: única, promediada o repetitiva.

•Teclado funcional.

En función de las características de montaje o acople, se pueden agrupar en distanciómetros concebidos para trabajar sobre teodolito, o distanciómetros que indistintamente pueden trabajar acoplados a teodolito o independientes. Cuando están acoplados a un teodolito se denominan semiestaciones.

Las características técnicas más importantes son la precisión y el alcance, según las cuales y las características del trabajo te harán elegir uno u otro tipo de distanciómetro.

Se debe señalar que el alcance del distanciómetro depende del número de prismas que tenga para recibir la señal.

No hay que olvidar que al acoplar un distanciómetros a un teodolito, se van a tener una serie de errores por falta de paralelismo.

2. Estaciones totales o taquímetros electrónicos. Es el instrumento que resulta de la integración en un solo equipo, del sistema electrónico de medida de ángulos y el sistema electroóptico para la medida de distancias, con un microprocesador para el cálculo automático de datos topográficos (distancia reducida o inclinada, azimut, desniveles, coordenadas polares o cartesianas).

Las características funcionales del microprocesador son: exploración del limbo y presentación digital de los resultados; corrección automática de las lecturas iniciales del limbo, considerando la falta de perpendicularidad del eje vertical; compensación de la distancia en función de la temperatura y presión; adición de la constante del prisma...

En la medición de distancias el alcance oscila entre 1 y 5 kms., pudiendo ser medida en forma reducida o geométrica, así como calcular la diferencia de alturas. Llevan corrección automática para la refracción atmosférica y la curvatura terrestre.

La medición de ángulos horizontales y verticales se realiza mediante un sistema de detección basado en un codificador giratorio incremental, mientras que un sensor de inclinación se usa para corregir el eje vertical. El margen es de ± 3'y si es superior, aparece en la pantalla un mensaje de error.

3.Colectores de datos. Un colector de datos es un microprocesador conectado a una estación total, que es capaz de almacenar datos y transmitirlos a una computadora o viceversa. Su complejidad oscila desde un simple módulo de registro tipo tarjeta, hasta los que son verdaderos ordenadores portátiles.

Presentan una enorme rapidez de toma de datos, evitando además errores de transcripción o interpretación. Los catalogamos en tres grupos:

a) Tarjetas de registro. Es un soporte informático de almacenamiento, que se inserta en un teodolito electrónico para registrar datos, y precisa un lector o interface específico para comunicarse con la computadora o con equipos periféricos.

El interface permite el intercambio directo de datos entre el módulo de registro y una computadora compatible, pudiendo almacenar las 32 K, hasta 500 puntos.

b) Colector de datos. Está constituido por una calculadora tipo Psion, sobre la que se ha instalado un sistema lógico de almacenamiento y tratamiento de datos numéricos, con una memoria interna RAM de 32 K y capacidad para almacenar 500 puntos.

c) Libreta electrónica. Es un ordenador de campo que lleva integrado programas adecuados para registro, cálculo y tratamiento de datos en campo o en oficina.

Tiene comunicación bidireccional con ordenadores y otros periféricos. Su estructura general está formada por una unidad central de proceso, una memoria de almacenamiento de datos y otra de almacenamiento de programas.

Los programas más frecuentes que llevan integrados son radiación, poligonación, trisección inversa, replanteo, entrada por teclado, dibujo de planos (dibuja los puntos de un trabajo directamente en un plotter), cálculo de áreas.

4.Tipos de reflectores. El reflector puede ser activo o pasivo. Los instrumentos de microondas como los equipos “master-­remote” trabajan con reflectores activos, puesto que la señal que el reflector recibe es amplificada y devuelta.

Los instrumentos electroópticos utilizan reflectores pasivos. Hay varios tipos:

a) Prisma. Es el más utilizado y consiste en truncar el vértice de un cubo, de forma que tiene una base equilátera y lados isósceles. Son de vidrio macizo y su fundamento ese basa en que el rayo luminoso incidente, llega a la base equilátera y es devuelto en dirección paralela a la entrada después de sufrir tres reflexiones.

b) Espejos. Un simple espejo plano sirve para devolver la señal a través de una reflexión.

c) Triedro trirrectángulo. Tres espejos planos formando un triedro.

d) Láminas reflectantes. Constituidas por infinitas partículas de vidrio que devuelven la luz, pero producen mucha dispersión.