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Arquitectura Pura

La topografía y su historia

La topografía es un concepto bastante amplio, que se utiliza para la descripción del estudio minucioso de la superficie de la tierra. En él se incluyen todos aquellos cambios que posee una superficie como valles, montañas, las características de las carreteras y ríos.

Cuando se realiza un levantamiento topográfico se determina y se lleva un registro de la posición de los puntos de un determinado terreno en planimetría, determinados como X-Y y en altimetría definido como punto Z.

Topografía

Para llevar a cabo este estudio, es necesario el uso de algunas herramientas como los niveles automáticos y el teodolito. La evolución de la topografía ha sido favorable, hoy en día te permite crear mapas topográficos más exactos y complejos.

La topografía (del griego topos , que significa «lugar», «región», y grapho , que significa «describir», por lo tanto, «descripción de un lugar») es la ciencia que estudia todas las características geográficas que definen su situación y ubicación en la Tierra u otros cuerpos astronómicos, incluidos planetas, lunas y asteroides.

También es el estudio de los principios y métodos necesarios para la descripción y representación de las superficies de estos cuerpos, especialmente para su cartografía. Es importante determinar analíticamente las medidas de área y perímetro, ubicación, orientación, variaciones en el relieve y graficarlos en tablas topográficas (o planos).

Topografía
Ejemplo de un mapa topográfico con líneas de contorno.

La topografía también es un instrumento fundamental para la implementación y el seguimiento de obras de todo tipo, como el diseño de carreteras, edificios, desarrollos de tierras, movimientos de tierras, etc.

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El término solo se aplica a áreas relativamente pequeñas, y el término geodesia se usa cuando se habla de áreas más grandes. Para esto, se utilizan coordenadas que pueden ser dos distancias y una elevación, o una distancia, una elevación y una dirección.

Topografía
Parte de la misma perspectiva topográfica anterior y el mapa en alto relieve que ilustra cómo las líneas de contorno siguen el terreno.

También se usa a menudo como una ciencia necesaria para caracterizar la intensidad sísmica en un lugar dado, ya que solo en lugares donde se conoce la topografía pueden ser posibles las identificaciones de intensidad.

Campo de juego

La topografía actúa en áreas relativamente pequeñas de la superficie de la Tierra, de modo que se representan características particulares del área, como edificios, ríos, vegetación, carreteras y ferrocarriles, relieves, límites entre terrenos y propiedades, y otros detalles de interés de dos ejes. Norte (Y) y Este (X), y representado por la elevación (Z).

Mapa topográfico de Mauna Kea Hawai .
Mapa topográfico de Mauna Kea , Hawai .

Las escalas de reducción y detalle comúnmente utilizadas en la elaboración de planos topográficos varían según el propósito del trabajo: de 1:50 (uno a cincuenta) y 1: 100 en representaciones de parcelas urbanas hasta aproximadamente desde 1: 5000 para representaciones de propiedades rurales.

Uno de los grandes desafíos de la cartografía es representar la tierra, que tiene una superficie curva (es un geoide) en un plano. Esto es imposible de hacer sin que se produzca deformación. Y cuanto mayor es el área representada, más significativas son estas deformaciones. Como la topografía se ocupa de áreas pequeñas, su límite de acción, el campo topográfico, es aquel en el que es posible ignorar el error causado por la curvatura de la Tierra sin afectar la precisión del levantamiento.

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Este campo depende de la escala del trabajo, ya que el error de medición se limita al error de reproducción y agudeza visual (es decir, el error debe ser tan pequeño que, si se considera, sería más pequeño que el error de producción o reproducción de la planta o menos del límite visual del ojo humano), y para un límite fijo de error y diferentes escalas, el rango del área a estudiar varía. Para una precisión de 1: 200000, el campo topográfico es un área con un radio de 23 km, que corresponde a más de 1600 km².

Historia de la topografía

Algunos autores sitúan el origen de la topografía en el antiguo Egipto. Sin embargo, esta técnica que se utiliza para realizar una representación de la tierra en un plano físico o digital, es más antigua de lo que imaginan.

Es importante recalcar que las primeras señales de hombres tratando de ubicarse y de representar la zona donde permanecían fueron halladas en Turquía.

En este lugar se encontró un mural donde se describía una gran cantidad de edificaciones, junto con la topografía de un volcán. Otros autores afirman que el origen de este mural es de aproximadamente 6200 a.C.

Más tarde la topografía es aplicada en la construcción de algunos canales de riego y obras arquitectónicas. En ese momento los que tenían conocimiento en astronomía y matemáticas dieron a conocer estas construcciones como las primeras estructuras urbanas.

Por otra parte, los babilonios construyeron hermosas edificaciones como templos, palacios, una gran muralla de aproximadamente 25m de espesor que cubría toda el área de la población. En babilonia fue creada la predisposición de las manzanas, tenía calles rectas que eran cortadas de manera perpendicular. El sistema numérico que utilizaban era el sexagesimal.

Cabe destacar, que los arqueólogos han encontrado señales en piedras que datan de la época babilónica, que se suponen sean marcas topográficas utilizadas para medir los territorios.

En otro particular, los asirios han sorprendido a muchos con espectaculares construcciones sobre terrazas, acompañadas de sus escaleras, planos inclinados y rampas. Por otro lado, los persas construyeron la gran urbe Persépolis, en ella se estima que el núcleo urbano contenía distintos ejes de simetría que eran perpendiculares entre sí.

Los Egipcios y los romanos no se quedaron atrás, en Egipto es donde nace la más antigua de las ciencias precisas y la geometría. Debido a las inundaciones ocasionadas por el río Nilo, crearon un drenaje que contenía diques, azudes perfectamente nivelados y canales de riego.

Los romanos, realizaron una red completa de caminos para su imperio, actualmente existen algunos de ellos. Realizaron acueductos utilizados para surtir los baños romanos de los centros urbanos que existían en aquella época. También eran utilizadas para el transporte del agua.

Curiosidades de la topografía

El término topografía nace de topo que quiere decir lugar y graphia que significa escritura. Se relaciona con la geodesia, la geografía y con los sistemas cartográficos como el SIG.

La topografía comienza en la época de Tales de Miletos y Anaximandro, de ellos se conocen las primeras cartas geográficas y algunas observaciones astronómicas que fueron añadidas por Erastógenes.

Objetivos de la topografía

Hoy en día la topografía es la encargada del registro y la medición de los perímetros de una altura, esto produce una representación de un espacio de la tierra llamado superficie.

Cuando es necesario realizar un levantamiento topográfico de un determinado terreno, se eligen los puntos y procede a medirlos con relación a las coordenadas horizontales, como la longitud y la latitud, además de su posición vertical con relación a su altitud. Estos puntos producen líneas que muestran los cambios graduales del terreno que se está midiendo.

Importancia de la topografía

Gracias a la topografía, los arquitectos y los ingenieros, pueden describir y delimitar de manera detallada el área o la superficie de un terreno.

Como lo hemos mencionado anteriormente, la topografía es una técnica que ellos emplean para llevar a cabo el estudio del suelo donde se construirá una nueva edificación, donde debe encajar el proyecto con respecto a las alineaciones que existen y evitar posibles problemas con la construcción.

De la misma manera se utiliza en los proyectos de obra civil como, la construcción de caminos, balsas, carreteras, conducciones, canalizaciones, entre otros.

La topografía es una técnica totalmente necesaria para llevar a cabo cualquier proyecto arquitectónico o de ingeniería, se debe tomar en cuenta tanto en la fase de elaboración como en la de ejecución.

Esta técnica es necesaria para poder medir solares, realizar una comparación de planos urbanísticos,   movimiento de tierra, para actualizaciones catastrales, etc. Cuando el trabajo ha finalizado, son los topógrafos los que se encargan de verificar que el trabajo que se ha realizado es el correspondiente a que se plasmó en los planos del proyecto.

Esto quiere decir, que antes de que un proyecto comience a ejecutarse, se debe presentar un proyecto definitivo, en él se debe incluir el trabajo topográfico donde se haga referencia al diseño, viabilidad, replanteo, levantamiento y lotificación.

Los trabajos topográficos se dividen en dos partes:

  • La toma de datos en el campo. Consiste en realizar un croquis de la zona, donde se delimitan las distancias y se toman las medidas entre cada uno de los puntos del terreno.
  • La realización del plano del terreno. En este caso es necesario realizar cálculos matemáticos en los que se expresen los ángulos, elevaciones, direcciones, localizaciones, entre otros aspectos.

Ramas de la topografía

La topografía está comprendida por dos ramas. Veamos cuáles son cada una de ellas:

La agrimensura

Esta rama de la topografía incluye cada uno de los procedimientos que se utilizan para medir y dividir el terreno. Es la encargada de determinar la distancias horizontales, ángulos, direcciones y diferencias de elevaciones.

Después de obtener todos estos datos, se utilizan para calcular volúmenes, áreas y para poder establecer ubicaciones relativas dentro de un sistema de coordenadas.

Topografía clásica

Se encarga de emplear un sistema abstracto de coordenadas esféricas o de referencias, que posteriormente son traducidos en un eje cartesiano para poder obtener mediante algunos cálculos, las medidas o proporciones de un terreno o espacio físico. Esta se divide en dos partes.

  • Planimetría. Es la encargada de estudiar los diferentes instrumentos y métodos que se van a utilizar para proyectar la superficie plana horizontal y la posición de cada uno de los puntos más relevantes del terreno.

Entre las tareas de la planimetría podemos encontrar: el cálculo de la superficie establecer las líneas destruidas o antiguas, división del suelo en parcelas, construcción de planos de terreno, etc.

  • Altimetría. Esta rama de la topografía es la que se dedica a medir las alturas, de estudiar cada uno de los métodos y técnicas que se utilizan para realizar la representación del relieve de un suelo.

Esta rama es esencial para determinar y para poder realizar la representación de la altura de la manera más exacta posible.

En pocas palabras la Altimetría es clave para representar la forma y el relieve de un terreno, con la ayuda de operaciones matemáticas.

  • La topometría, que se ocupa de la medición de distancias y ángulos de tal manera que las características del terreno pueden reproducirse de la manera más fiel posible, dentro de los requisitos de la función para la cual está destinado el levantamiento topográfico producido con esta información. Se subdivide en planimetría y altimetría. En el primero, se miden los ángulos y distancias en el plano horizontal, como si el área estudiada fuera vista desde arriba. Así mismo, en el segundo, se miden los ángulos verticales y las distancias, es decir, las diferencias de nivel y los ángulos cenitales. En este caso, los levantamientos elaborados se representan en un plano vertical como un corte del suelo;
  • Topología, como subdivisión de la topografía, es la parte que se ocupa de la interpretación de los datos recogidos a través de la topometría. Esta interpretación tiene por objeto facilitar la ejecución del estudio y del diseño topográfico, a través de leyes naturales del relieve terrestre que, cuando se conocen, permiten un cierto control de posibles errores, además de un número menor de puntos de apoyo sobre el terreno;
  • Taquimetría es la división que trata de la elevación de puntos de un terreno, in situ, para obtener rápidamente plantas con curvas de nivel, que permiten representar en el plano horizontal las diferencias de niveles. Estas plantas se conocen como plani-altimétricas;
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Usos y Mediciones

Si observas un mapa topográfico podrás encontrar las elevaciones de montañas, como fluyen los ríos y cómo descienden los valles empinados. Te mostramos algunos ejemplos para que observes cómo los profesionales utilizan los mapas topográficos en su trabajo.

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  • Los ingenieros y arquitectos, necesitan de un mapa topográfico para poder planificar una carretera, construir viviendas, edificaciones, centros comerciales, una torre de celdas y hasta para planificar una presa hidroeléctrica.
  • Los geólogos, se apoyan en la topografía para poder entender las formas del terreno, la actividad tectónica y para saber dónde excavar una mina.
  • Los excursionistas, utilizan los mapas topográficos para poder ubicarse y encontrar pendientes, senderos y caminos para de esta manera poder planificar un ascenso.
  • Los astrónomos, utilizan la topografía para estudiar los elementos fuera de la tierra, como un asteroide, marte o la luna.
  • Quienes estudian el clima, relacionan la topografía con los modelos climáticos, esto con el fin de poder reconocer el flujo de aire y agua.

Debido a los avances tecnológicos y a la evolución de los paisajes, los topógrafos se esfuerzan, cada día más, por mantener la presión y la integridad de sus cálculos.

Mediciones topográficas

Las labores topográficas siempre se deben llevar a cabo en el área que se va a trabajar, en el mismo campo que se va a estudiar. Se deben considerar dos tipos de mediciones:

  • Medición directa. Con este tipo de medición, el topógrafo adquiere los datos de una manera directa. Para ello se debe comparar la unidad de medida que la describe, como la cinta métrica por ejemplo y la distancia real.
  • Medición indirecta. Las mediciones se obtienen de las fórmulas matemáticas y algunas otras maneras de razonamiento abstracto.

Instrumentos usados y Técnicas relacionadas

Para que los topógrafos puedan llevar a cabo su trabajo, necesitan de la ayuda de una gran variedad de instrumentos, herramientas y técnicas. Veamos algunas de ellas.

Cinta métrica

Esta herramienta es una de las más utilizadas, está se utiliza para medir distancias cortas y largas. Por lo general están fabricadas de láminas de aluminio o acero, las más utilizadas son las cintas métricas de 50 y 100 metros.

Teodolito

Es un instrumento esencial para un topógrafo o quizás el más importante. Con él se miden los ángulos horizontales y verticales. Contiene de un trípode para sostener el aparato, una lente de aumento o una brújula.

Niveles

¿Te parece una herramienta conocida? Seguramente tienes uno en tu hogar. Estos niveles se utilizan para verificar si un terreno es horizontal, vertical o simplemente para saber su inclinación o si el terreno está nivelado.

¿Qué cómo se utiliza? Contiene una burbuja en su interior que indica las inclinaciones. En el mercado existe una diversidad de niveles aptos para los topógrafos como por ejemplo los niveles láser, automáticos, de mano, fijos, de manguera, entre otros.

Plomada

Esta herramienta es una pieza de metal que contiene una forma cónica o cilíndrica. Es utilizada para medir la profundidad del agua o para realizar una línea vertical.

Estaciones

Es uno de los grandes avances de la tecnología topográfica. Posee una pantalla LCD, calculadora, distanciómetro, seguidor de trayectoria, etc. Las estaciones totales nacen para sustituir al teodolito, sus mediciones son más exactas y le facilitan el trabajo al profesional de la topografía.

topografia estacion

Miras

Es una regla graduada que se utiliza para calcular los desniveles de una superficie (diferencias de altura). También se pueden calcular las distancias mediante la trigonometría, un teodolito, un nivel, telémetro estadístico o un taquímetro.

Estacas

No es una herramienta muy complicada, pero si bastante útil, simplemente son palos con una punta en uno de sus extremos, que se utiliza para fijarlo en la tierra. Por lo general miden de 30 a 40 cm.

Jalones

En la topografía los jalones se utilizan para marcar puntos fijos y particulares, trazar alineaciones, fijar las bases sobre el terreno donde se está trabajando. Se utilizan como un medio auxiliar para el teodolito, la brújula y otros instrumentos.

Con ellos se realizan tramos de 1,50 a 1 metro de largo. Para que puedas tener un jalón de más altura, cuentan con un regatón o rosca. De esta manera, tendrán más visibilidad en zonas vegetativas o desniveles pronunciados.

Distanciómetro

Es un aparato de medición electrónico que se utiliza para calcular la distancia que existe entre dos puntos, por medio de un rayo láser.

Funcionan según el principio de vuelo, estos emiten una señal a un objetivo, luego se calcula el tiempo que tarda en ir y regresar al medidor. La distancia se calcula en base a ese dato, esto es posible gracias a que la velocidad de la luz es constante.

El alcance de estos equipos es desde 20 hasta 200 metros.

GPS

Son equipos con bastante presión y los puedes encontrar de una banda (L1) y de dos bandas (L1 y L2). Los GPS de una banda te garantizan la precisión milimétrica para aquellas distancias con un rango menor a 40 km entre las antenas y los de dos bandas es de hasta 300 Km. Se pueden realizar mediciones con mayor tamaño, pero no se garantiza la exactitud de las mismas.

Los GPS han llegado para reemplazar a las estaciones en la mayoría de los casos. Se pueden realizar levantamientos precisos y de gran extensión. Este aparato no requiere de una línea de vista entre una antena y otra.

Pero no todo es perfecto una de las limitantes de este instrumento es que trabaja solo en terrenos con vista al cielo, lo que hace que su trabajo no sea fácil en terrenos con vegetación alta, bosque o selvas.

Prismas

El Prisma es un instrumento que se emplea en las mediciones topográficas, está elaborado con un conjunto de cristales. Estos cristales proyectan una señal EMD producida por el teodolito o la estación total. En el mercado puede encontrar dos tipos de prismas:

Prismas circulares

Son perfectos para aquellos levantamientos que requieren de mucha precisión. Este tipo de prismas cuentan con un recubrimiento antirreflectante en carcasas de metal, que hace que la desviación del rayo disminuya. Además contiene un revestimiento reflectante de cobre que se encuentra en la parte posterior de los prismas.

Prismas 360°

También son llamados prismas omnidireccionales. Trabajan en conjunto con la tecnología de bloqueo y las estaciones totales con reconocimiento automático. Estos primas son perfectos para los operadores, ya que no tienen que alinearlos con frecuencia con el instrumento.

Estos prismas son de mayor tamaño y más pesados. Pero son de gran utilidad cuando estás trabajando con robótica.

Brújula

Los topógrafos montan una brújula sobre el trípode para utilizarla como topografía de exterior. Ellos estacionan en los puntos anteriormente señalados por las plomadas y miden los rumbos que corresponden a los ejes de los itinerarios o aquellos puntos que han sido señalados por los puntos  levantados por radiación.

La ventaja que le ofrece a estos profesionales, es que la brújula los orienta al norte magnético, una vez que se libera la aguja. Pero también pueden presentarse algunos inconvenientes como:

  • Se presenta una menor precisión.
  • La declinación magnética puede variar de forma continua.
  • En el campo magnético se pueden presentar algunas anomalías, que pueden ser originadas por maquinarias, líneas eléctricas, vías y hasta por minerales metálicos.

En levantamientos angostos los profesionales de la topografía, suelen utilizar la brújula de minero o colgada. ¿Cómo la cuelga? Si utiliza un punto intermedio para colgar la brújula con la ayuda de una cuerda tendida y atada entre dos puntos extremos de lo que se desea medir.

Mapas

La principal característica de este tipo de mapas es la representación de la superficie, con nivel de relieve de alta escala. Para ello se emplea la conocida curvas de nivel.

Los mapas topográficos son de gran ayuda para los montañistas y excursionistas cuando salen a las montañas. El mapa permite que los mismos conozcan la orografía de la zona donde van a realizar las actividades y de esta manera puedan planificar lo que van a hacer.

Estos mapas trabajan junto a un sistema de coordenadas para que puedan ubicar con facilidad cualquier punto del mapa.

En los mapas topográficos, puedes encontrar una gran cantidad de información. Por ejemplo:

  • Las vías de comunicación, como ferrocarriles, carreteras y caminos.
  •  Toponimia.
  • Coordenadas.
  • Límites administrativos.
  • Construcciones aisladas y núcleos de población.
  • Vegetación
  • Hidrografía, como arroyos, lagos, ríos y costas.

Para observar estos elementos en el mapa tienes que ubicarte sobre el mismo y buscar la representación simplificada con los símbolos convencionales o la leyenda.

Los signos que se utilizan en los mapas topográficos son similares a los de todos los mapas, aunque puedes encontrar algunas variaciones.

Drones

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Los drones han demostrado ser una herramienta indispensable para muchos profesionales, entre ellos los topógrafos.

Aunque no lo creas, la precisión del grado topográfico actualmente puede ser realizada por drones, con la ayuda de un software fotogramétrico para la representación de los modelos 3D.

Hay que estar claros que los drones no van a sustituir a los topógrafos, solo le hacen el trabajo un poco más sencillo y eficiente cuando necesitan capturar los datos. Se utilizan con más frecuencia en terrenos de gran amplitud como de 5 a 500 hectáreas.

Divisiones de la topografía

Al igual que muchas profesiones, la topografía también tiene sus divisiones. Veamos un poco cuáles son las tres divisiones de la topografía.

Geodesia

La geodesia es la ciencia que se encarga de estudiar la forma y las dimensiones de la superficie de la tierra de forma global y parcial. También estudia sus formas naturales y artificiales.

Esta ciencia se comienzo a utilizar en el año 1917. Luego que W. Snellius inventara la triangulación, como una herramienta para el levantamiento de las áreas de gran tamaño como los países por ejemplo.

Fotogrametría

Es un conjunto de procedimientos y métodos donde se utiliza la fotografía como una herramienta para observar dimensiones de una superficie, formas y objetos. Consiste en una técnica donde la información es obtenida de una fotografía. La mayor dificultad de este método es la obtención de las medidas y formas de una imagen plana para formar un objeto 3D.

La fotogrametría se puede aplicar en diversas disciplinas, de igual manera se puede utilizar en fotogrametría aérea, terrestre y otras aplicaciones como:

  • Arqueología.
  • Cartografía a diferentes escalas.
  • Control de deformaciones.
  • Aplicaciones arquitectónicas.
  • Ortofotografía.
  • Entre otras.

Esta división funciona gracias a las propiedades de la fotografía, cuando se registra la información sobre un objeto. Algunas capacidades de la fotogrametría son:

  • La fotografía es un instrumento muy fácil de manejar y siempre va a estar disponible.
  • Te proporciona una representación completa del objeto que estás trabajando.
  • El registro es inmediato.
  • Entre otras.

Topografía plana

Es la división de la topografía que estudia la superficie de la tierra en forma plana. En este caso las curvaturas son ignoradas y los cálculos de la superficie se realizan con la ayuda de fórmulas trigonométricas planas.

En la topografía plana todos los meridianos se observan de forma paralelos, además se supone que las líneas que se encuentran plomadas son siempre las mismas, es decir, que son perpendiculares al plano en cada uno de sus puntos, siempre y cuando se encuentre dentro de los límites del levantamiento.

Sigue leyendo si te gusta la topografía en nuestra sección: Topografía

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Los instrumentos utilizados

Estos son algunos de los instrumentos comúnmente utilizados en levantamientos topográficos:

  • Teodolito: equipo para lecturas angulares verticales y horizontales precisas
  • Nivel topográfico u óptico: equipo instalado entre los puntos a nivelar y utilizado para leer alturas sobre un punto colocado verticalmente.
  • Punto de mira: una regla graduada de 0 a 4 m utilizada en la nivelación geométrica que debe colocarse verticalmente sobre el punto objetivo para leer la altura entre el suelo y el plano horizontal formado por la mira de nivel óptico.
  • Estación total: instrumento electrónico que toma lecturas angulares y de distancia y las almacena internamente
  • GNSS: sistemas de medición de distancia de señales de satélite de frecuencia simple o doble de las órbitas GPS, GLONASS o Galileo
  • En topografía, una estadía o mira estadimétrica es un equipo para medir la distancia entre dos puntos en taquimetría
  • Baliza topográfica: una varilla utilizada conjuntamente como una burbuja de nivelación para la verticalización. Utilizado para alineaciones.
  • Ápice de material de campo para la identificación y / o identificación futura de un eje de proyecto, con distancias equidistantes típicamente de 20 metros
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