Técnicas de observación de la tierra (I): Topografía

*Por Edgard Granados

La topografía, como muchas otras ciencias, se puede entender perfectamente si dividimos la palabra en sus raíces etimológicas. Para el caso topografía viene de «topos» que significa tierra y «grafía» que significa dibujar. Así, de manera informal, podríamos definir a la topografía como la ciencia que dibuja la tierra.

Aunque es, quizás, el término más conocido de la geomática e incluso se sigue llamando a muchas técnicas modernas como topografía o topografía moderna, lo cierto es que este término se refiere únicamente al estudio de la tierra a escalas pequeñas y principalmente con técnicas que actualmente se limitan a utilizar equipos como estaciones totales y niveles.

La estación total es el instrumento de topografía más utilizado actualmente sustituyendo a su antecesor el teodolito que era únicamente de carácter óptico, siendo la estación total de carácter digital.

Para este articulo conviene dividir a la topografía y para ello haremos dos categorías:

  • Por ámbito espacial
  • Por flujo de trabajo

Es importante aclarar que estas clasificaciones no son excluyentes la una de la otra como veremos a continuación.

Topografía por ámbito espacial

En términos del ámbito espacial que representa la topografía se puede clasificar en dos tipos:

  • Topografía plana (2D)
  • Topografía tridimensional (3D)

En muchas universidades donde se toman cursos de topografía como parte de una carrera relacionada a la topografía (llámese Ingeniería Civil, Arquitectura, Ingeniería Agronómica y similares) suelen dividir los cursos de topografía bajo esta clasificación. En un primer curso se aprenden los conceptos necesarios de topografía en 2D que luego servirán de base para análisis tridimensionales.

Ámbitos de aplicación de la Topografía plana (2D)

Existen elementos cuya caracterización no necesita de información de elevacion y donde la topografía plana funciona. Ejemplos de levantamientos bidimensionales son:

En la definición del perímetro de un lote no es necesario considerar la elevación de cada uno de los puntos
  • Levantamiento de linderos para remediación, segregación, unión de inmuebles.
  • Ubicación de infraestructura en planta donde no sea importante la elevación (ubicación de postes eléctricos, cercos, perimétricos de casas vecinas, etc.)

Ámbitos de aplicación de la Topografía tridimensional (3D)

Existen otro tipo de trabajos en los cuales la elevación de un punto juega un papel determinante para los trabajos de ingeniería que se está realizando. Ejemplo de este tipo de trabajos son:

  • Cálculos de volúmenes de terracería en un proyecto
  • Diseño de redes hidráulicas que funcionan con gravedad (Aguas lluvias, aguas negras y similares)

El problema con esto es que históricamente la representación de la información estaba limitada al papel, y si queríamos representar las 3 coordenadas teníamos esa limitante. Es por ello que se utilizan las curvas de nivel para la representación de la elevación del terreno. El ojo entrenado visualiza tridimensionalmente la información que está representada en el plano.

Las curvas de nivel sirven para representar elementos tridimensionales de forma bidimensional.
Los computadores actuales permiten generar Modelos Digitales del Terreno (DTM) que sirven para realizar análisis que antes no era posible con la representación bidimensional de las curvas de nivel.

Topografía por flujo de trabajo

El otro tipo de clasificación que considero oportuno darle a la topografía es en el sentido en el cual la información se mueve durante una actividad topográfica. Para ello utilizaremos las dos palabras más comunes para describirlos:

  • Levantamiento topográfico (o simplemente levantamiento)
  • Replanteo topográfico (o simplemente replanteo)

Levantamiento topografico

Esta es quizás la actividad más común y más conocida de la topografía. En este caso la información fluye del campo a la oficina. Es decir, el topógrafo va primero a un sitio del cual se necesita saber la información topográfica y luego con la información que se recaba se descarga en la oficina y se generan los planos o información resultante.

Replanteo topografico

En este caso la información fluye al revés: de la oficina al campo. La topografía se encarga de saber a dónde está y/o debería de estar cierto elemento. Es por ello que en un proyecto de construcción se necesita un topógrafo, éste utilizando la información plasmada en los planos del proyecto obtiene las coordenadas en las cuales debería de estar un elemento a construir, las ingresa en la estación total y ésta le dice a donde debería de ir. Es decir, dibuja en el terreno el plano que está en digital.

En un proyecto de construcción es el topógrafo, el que utilizando la información de los planos, señala a donde deberán de estar los elementos a construir

Como pueden ver este tipo de clasificación no es excluyente se puede hacer un levantamiento topográfico del perímetro de una finca y sería un levantamiento topográfico 2D, o se podría hacer un levantamiento topográfico para obtener las curvas de nivel de un terreno y seria 3D en este caso.

Instrumentos de la topografía

Por último, no queríamos terminar esta entrada sin hablar de los instrumentos más comunes de la topografía que se utilizan en la actualidad, en específico hablaremos de 2 tipos que están ligados a las clasificaciones que dimos previamente:

  • Estacion total
  • Nivel

Estacion total

La estación total (derecha) es un instrumento de medición digital que emite una señal de luz que rebota en el prisma (izquierda) y con base a la velocidad de la luz y el tiempo que tarda en ir y volver la señal a la estación calcula la distancia que hay hasta el punto que indica el prisma

Como se mencionó previamente la estación total es, hoy por hoy, el instrumento de topografía por excelencia, esto debido a que la forma en la que mide es de tipo digital pudiendo realizar cálculos de manera automática ya sea por si misma o por post-procesamiento en la computadora de la oficina, cosa que no podían realizar sus predecesoras como el teodolito o el tránsito que median de manera óptica ángulos y por cálculos trigonométricos manuales calculan las coordenadas de un punto.

Vale la pena también hablar de la clasificación de las estaciones totales, las cuales pueden ser:

  • No robóticas. Son las más sencillas de las estaciones, el movimiento hacia el objetivo se realiza con ayuda del operador (topógrafo) que gira horizontal y verticalmente la estación para apuntarla.
  • Robóticas. Son estaciones que se sincronizan con tipo de prisma especialmente diseñado y que donde sea que el prisma está, la estación total apunta de manera automática. Tienen la ventaja de reducir el número de operadores pues ya no se necesita que haya una persona en la estación y otra en el prisma.
Las estaciones robóticas utilizan un solo operador y se mueven de manera automática siguiendo el prisma.
  • Con rebote. Son estaciones que no necesitan un prisma para poder medir. Esta tecnología surgió a principios de siglo por los años 2000 y presenta la ventaja de poder medir objetos que no son fácilmente alcanzables por un ayudante de topografo.
  • Sin rebote. Son estaciones que para poder medir un punto necesitan obligatoriamente apuntar a un prisma para obtener las coordenadas de dicho punto.

Al igual que antes esta clasificación no es excluyente, hay estaciones con rebote que no son robóticas y otras que si, y asi todas las combinaciones posibles.

Nivel

El nivel topografico es un instrumento óptico o laser que genera un plano horizontal para medir por simples diferencias las elevaciones de los puntos.

Un problema muy común en las estaciones totales, por diversos motivos es que la coordenada Z no es tan precisa como las coordenadas X y Y. Mientras que en el plano XY podemos lograr precisiones milimétricas, en elevación tendremos errores que rondan los 2-3 centímetros de error. Para compensar esta deficiencia se utilizar un nivel que es básicamente un aparato cuyo único grado de libertad es poder rotar alrededor de un eje vertical y por tanto, una vez bien nivelado, producir un plano horizontal para determinar por diferencias cual es la elevación exacta de un punto.

Es importante mencionar que no siempre que se realiza un levantamiento o replanteo tridimensional se utiliza el nivel. La precisión de 2-3 cms de la estación total es suficiente para la mayoría de trabajos pero cuando se requiere identificar con mucha precisión la elevación de un punto, ya sea para la determinación de la elevación de un punto de control o cuando se mide o construye una red hidráulica de gravedad, es necesario utilizar el nivel y así evitar problemas de diferencias de elevación que puedan afectar el diseño o funcionamiento de estos elementos.

Los niveles se pueden clasificar en dos tipos básicamente:

  • Niveles ópticos. Que funcionan como los antiguos teodolitos, es decir, son de carácter óptico y se miden las elevaciones viendo a una regla llamada estadía, con la diferencia de que giran únicamente en el plano horizontal.
  • Niveles láser. Son niveles que generan un rayo de luz láser en el plano horizontal el cual es detectado por un sensor colocado en la estadía y por medio de un sonido que emite indica si se está al mismo nivel del plano que genera el láser.
Los niveles láser requieren de un solo operario para la determinación de niveles.

Cuadrilla de topografia

Con el tiempo, ya sea porque los métodos topográficos digitales requieren menos personal o por reducción de costos, las brigadas de topografía son compuestas cada vez por menos personas, pero en general (y utilizando la denominación que se utiliza para estos roles en El Salvador) podemos decir que una brigada completa de topografía está compuesta por:

  • Topógrafo*: es el jefe de la cuadrilla y el que opera los equipos de medición. En el caso de El Salvador normalmente esta persona realiza este trabajo ya sea porque lo aprendió de oficio, es decir en la práctica, o porque estudió un técnico en Ingeniería Civil o Arquitectura. En otros países el topógrafo puede ser incluso un Ingeniero Topógrafo que realiza las labores de campo y oficina.
  • Cadeneros*: Normalmente son 2 y son los ayudantes del topógrafo, las personas que se encargan de andar con los prismas de un lado a otro dándole la información del terreno. Aunque cada vez menos los cadeneros se suelen clasificar en primer cadenero (con más experiencia y la mano derecha del topógrafo) y segundo cadenero (con menos experiencia o aprendiendo)
  • Marrero: Esta figura casi en extinción era la persona que cargaba el marro o bolsa donde se guardan los utensilios de topografía que ocupan los cadeneros. También se encargaba de hacer los trompos y estacas que se utilizan para indicar un punto importante en el terreno. Hoy por hoy es bastante común que sean los mismos cadeneros los que carguen con los instrumentos y hagan los trompos y estacas.
Los trompos y estacas sirven para indicar posiciones importantes de un punto en topografía.
  • Brechero: Esta no es una figura realmente de una brigada de topografía, pero decidí colocarla porque en trabajos de topografía donde la maleza es espesa se suele contratar a una persona, normalmente del lugar, para que vaya abriendo brecha o camino entre la maleza con el machete o corbo y así no quitarle tiempo al topógrafo y cadenero que se encargarán únicamente de ir realizando el trabajo de topografía propiamente dicho. En casos en los cuales la maleza no es mucha son los mismos cadeneros los que realizan esta actividad.

Bueno, espero que con esta entrada te haya quedado más claro que es la topografía, como se clasifica, qué instrumentos se ocupan y cuál es el personal.

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En nuestra próxima entrada entraremos a explicar un tema un poco más difícil: La Geodesia, donde la tierra ya no se considera tan plana como para la topografía.

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Edgard Santiago Granados ,director general de Alfa Geomatics, es Máster en Ingeniería Geodésica y Cartografía por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM-España) e Ingeniero Civil por la Universidad Centroamericana José Simeón Cañas (UCA-El Salvador) . Ha sido profesor universitario de ciencias físicas en la Universidad Centroamericana José Simeón Cañas (UCA) y de topografía en la Universidad José Matías Delgado (UJMD)

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