Topografía: ¿Qué es Topografía? Definición, Trabajo, Empleo, Ejemplos, Historia

Definición de Topografía

La topografía es una ciencia aplicada que se encarga de determinar las posiciones relativas o absolutas de los puntos sobre la Tierra, así como la representación en un plano de una porción (limitada) de la superficie terrestre. En otras palabras, la topografía estudia los métodos y procedimientos para hacer mediciones sobre el terreno y su representación gráfica o analítica a una escala determinada. Ejecuta también replanteos sobre el terreno (trazos sobre el terreno) para la realización de diversas obras de ingeniería, a partir de las condiciones del proyecto establecidas sobre un plano. Realiza también trabajos de deslinde, división de tierras (agrodesia), catastro rural y urbano, así como levantamientos y replanteos o trazos en trabajos subterráneos.

Para practicar la topografía es necesario tener conocimientos de matemáticas en general, así como un adiestramiento adecuado sobre el manejo de instrumentos para hacer mediciones. Para comprender mejor esta ciencia y para profundizar en ella, es necesario poseer también conocimientos de física, cosmografía, astronomía, geología y otras ciencias.

La topografía está en estrecha relación con dos ciencias en especial: la geodesia y la cartografía. La primera se encarga de determinar la forma y dimensiones de la Tierra y la segunda se encarga de la representación gráfica, sobre una carta o mapa, de una parte de la Tierra o de toda ella.

La diferencia entre la topografía y la geodesia está en los métodos y procedimientos de medición y cálculo que emplean cada una de estas ciencias, pues la topografía realiza sus trabajos en porciones relativamente pequeñas de la superficie terrestre, considerándola como plana, mientras que la geodesia toma en cuenta la curvatura terrestre, pues sus mediciones son sobre extensiones más grandes: poblados, estados, países, continentes o la Tierra misma.

¿Qué es Topografía?

La topografía se define originalmente como la exacta descripción y delimitación de las características de un lugar particular que puede ser tanto una ciudad como cualquier parte de la superficie terrestre. Esta primera acepción fue completada en los diccionarios del siglo XIX (Larousse y Littré) por el arte de representar por medio del diseño, a través del croquis o la carta, una forma cualquiera a gran escala. Pierre George, en su diccionario de la geografía (1970) sólo retiene la definición original: “Descripción de la configuración de un lugar, o descripción de los lugares, es decir de una porción de espacio terrestre”. Este segundo sentido ancla a la topografía en el dominio de las técnicas. Se trata de procedimientos que permiten la ejecución y la explotación de las observaciones que conciernen a la posición, la forma, las dimensiones y la identificación de los elementos que existen en la superficie del suelo. La técnica topográfica tiene por objeto realizar relevamientos de cartas y de planos. Consiste en ubicar en el plano y en elevación todos los fenómenos de superficie repartidos en una trama geodésica. Para esto, la topografía utiliza las técnicas de la planimetría (representación de los detalles en dos dimensiones, en proyección plana) y la altimetría (explotación de las observaciones relativas a la determinación de las altitudes).

Para representar y localizar los elementos existentes en la superficie terrestre, la carta topográfica constituye un útil que no se limita sólo a las representaciones del relieve. Se emplean una red de coordenadas geográficas (latitud, longitud), un sistema de orientación y de signos convencionales para representar los fenómenos visibles en superficie. Estas operaciones se apoyan en una escala de reducción variable según las cartas y los países. El método de figuración de la altitud y el relieve se aplica por medio de puntos, cotas, tramas estompage, tonos batimétricos y sobre todo curvas de nivel (líneas imaginarias que unen todos los puntos situados a la misma altura).

La utilización de la informática permite recrear la topografía de un lugar gracias al uso de un modelo numérico de terreno (MNT). Se trata de un registro, de tres dimensiones, de la realidad geográfica en un fichero constituido por una malla regular que contiene en cada casilla informaciones concernientes a la altitud, la latitud y la longitud.

El desvío entre cada malla puede ser muy variable (inferior al metro o superior al kilómetro) e integrar cualquier sistema de proyección. Los modelos numéricos de terreno permiten proyectar en computadora la topografía de un lugar en tres dimensiones. Algunos utilizan gamas de colores en las cuales la intensidad del color de cada píxel es proporcional al valor de altura correspondiente. Algunos sistemas integran la tercera dimensión bajo la forma de MNT.

Las dos acepciones originales de la palabra topografía aludían, ya sea a un género, ya a una práctica, pero ninguna de las dos acordaba, desde un principio, una importancia particular al relieve. Hoy en día, en la mayoría de los textos geográficos, el término topografía se ha vuelto sinónimo, por desviación del sentido original, de configuración del relieve terrestre. El término topografía ha sido confundido a menudo con el de orografía, que se refiere a la descripción del relieve. De este modo, se ha podido considerar que el análisis topográfico “tiene por objeto describir los diversos elementos que forman el relieve” (Archambault, 1967). Esta confusión entre topografía y releve se debe en parte al peso que tuvo en cierta época el estudio del relieve y de la geomorfología en la geografía física y en la marcha geográfica en general. La toma de conciencia del papel de la estructura geológica en el façonnement de la configuración terrestre contribuyó a esta asociación entre topografía y relieve (Nardy, 1982).

La prégnance, en los estudios geográficos, de un ejercicio canónico como el comentario de cartas topográficas, contribuyó igualmente a esta derivación de sentido. Institucionalizado y codificado por E. de Martonne con la creación de la agregación en geografía en 1943, el comentario de cartas topográficas fue considerado como el ejercicio geográfico por excelencia desde los años 1920, y la carta topográfica como un instrumento indispensable de investigación y de conocimientos de los lugares durante la primera mitad del siglo XX. La carta y sus usos realizaron de este modo, en esta época, la síntesis entre las tres definiciones posibles de la topografía.

Empleo y Trabajos en Topografía

La topografía es una ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para determinar las posiciones relativas de los puntos sobre la superficie de la tierra y debajo de la misma, mediante la combinación de las medidas según los tres elementos del espacio: distancia, elevación y dirección. La topografía explica los procedimientos y operaciones del trabajo de campo, los métodos de cálculo o procesamiento de datos y la representación del terreno en un plano o dibujo topográfico a escala.

El conjunto de operaciones necesarias para determinar las posiciones de puntos en la superficie de la tierra, tanto en planta como en altura, los cálculos correspondientes y la representación en un plano (trabajo de campo + trabajo de gabinete o de oficina) es lo que comúnmente se llama “Levantamiento Topográfico” La topografía como ciencia que se encarga de las mediciones de la superficie de la tierra, se divide en tres ramas principales que son : Planimetría, que comprende los procedimientos para la localización de puntos sobre un plano; la Altimetría, que trata sobre la determinación de las diferencias de alturas de los puntos del terreno y Taquimetría que realiza la planimetría y altimetria simultaneas, es decir la localización de los puntos del terreno en tres dimensiones.

EL EQUIPO TOPOGRÁFICO:

Podemos clasificar al equipo en tres categorías:

  1. Para medir ángulos.- aquí se encuentran la brújula, el transito y el teodolito.

  2. Para medir distancias.- aquí se encuentra la cinta métrica, el odómetro, y el distanciometro.

  3. Para medir pendiente.- aquí se encuentran el nivel de mano, de riel, el fijo, basculante, automático.

Es común que se piense que un topógrafo resuelve sus necesidades con triángulos, ya que puede dividir cualquier polígono en triángulos y a partir de ahí obtener por ejemplo el área, esto con la ayuda de senos, cosenos y el teorema de Pitagoras, para definir estos triángulos utiliza el teodolito, y es sabido que conociendo 3 datos de un triángulo sabemos todo de él (por ejem 2 ángulos y una distancia, 3 distancias, etc. etc.), esta información es posteriormente procesada para obtener coordenadas y poder dibujar por ejemplo en autocad.

Actualmente existe otro grupo de instrumentos que permiten obtener coordenadas geográficas, estos son los GPS.

EL TRANSITO:

Instrumento topográfico de origen norteamericano para medir ángulos verticales y horizontales, con una precisión de 1 minuto (1´ ) o 20 segundos (20″ ), los círculos de metal se leen con lupa, los modelos viejos tienen cuatro tornillos para nivelación, actualmente se siguen fabricando pero con solo tres tornillos nivelantes.

Para diferencia un transito de un minuto y uno de 20 segundos, en los nonios los de 1 minuto tienen en el extremo el numero 30 y los de 20 segundos traen el numero 20.

TEODOLITO ÓPTICO:

Instrumento de origen europeo, es la evolución de el tránsito mecánico, en este caso, los círculos son de vidrio, y traen una serie de prismas o espejos para observar en un ocular adicional. La lectura del ángulo vertical y horizontal la precisión va desde 1 minuto hasta una décima de segundo.

TEODOLITO ELECTRÓNICO:

Es la versión del teodolito óptico, con la incorporación de electrónica para hacer las lecturas del circulo vertical y horizontal, desplegando los ángulos en una pantalla eliminando errores de apreciación, es mas simple en su uso, y por requerir menos piezas es mas simple su fabricación y en algunos casos su calibración.

Las principales características que se deben observar para comparar estos equipos hay que tener en cuenta: la precisión, el numero de aumentos en la lente del objetivo y si tiene o no compensador electrónico.

DISTANCIOMETRO:

Dispositivo electrónico para medición de distancias, funciona emitiendo un haz luminoso ya sea infrarrojo o láser, este rebota en un prisma o directamente sobre la superficie, y dependiendo de el tiempo que tarda el haz en recorrer la distancia es como determina esta.

En esencia un distanciometro solo puede medir la distancia inclinada, para medir la distancia horizontal y desnivel, algunos tienen un teclado para introducir el ángulo vertical y por senos y cosenos calcular las otras distancias, esto se puede realizar con una simple calculadora científica de igual manera, algunos distanciometros, poseen un puerto para recibir la información directamente de un teodolito electrónico para obtener el ángulo vertical.

Hay varios tipos

Montura en horquilla.- Estos se montan sobre la horquilla del transito o teodolito, el problema de estos es que es mas tardado trabajar, ya que se apunta primero el telescopio, y después el distanciometro.

Montura en el telescopio.- Es mas fácil trabajar con estos, ya que solo es necesario apuntar el telescopio ligeramente debajo del prisma para hacer la medición, este tipo de montura es mas especializado, y no todos los distanciometros quedan en todos los teodolitos.

En general ajuste de la puntería, puede resultar un poco engorroso con estos equipos, ya que es muy fácil que se desajuste.

El alcance de estos equipos puede ser de hasta 5,000 metros.

También existen distanciometros manuales, estos tienen un alcance de hasta 200 metros, son muy útiles para medir recintos y distancias cortas en general.

Por su funcionamiento existen de dos tipos:

por ultrasonido: son los mas económicos y su alcance no llega a los 50 metros, se debe tener cuidado con estos, ya que si la superficie no esta perpendicular al equipo, o es irregular, puede arrojar resultados incorrectos o no medir en absoluto, hay modelos mas sofisticados que tienen una mira láser, por lo que será importante no confundirlos con los siguientes.

Por láser: son muy precisos y confiables, su alcance máximo es de 200 metros, aun cuando en exteriores y distancias de mas de 50 metros se recomienda contar con mira, ya que a esas distancias o con la luz del día, resulta difícil saber donde esta apuntando el láser.

ESTACION SEMITOTAL:

En este aparato se integra el teodolito óptico y el distanciometro, ofreciendo la misma linea de vista para el teodolito y el distanciometro, se trabaja mas rápido con este equipo, ya que se apunta al centro del prisma, a diferencia de un teodolito con distanciometro, en donde en algunos casos se apunta primero el teodolito y luego el distanciometro, o se apunta debajo del prisma, actualmente resulta mas caro comprar el teodolito y el distanciometro por separado.

En la estación semitotal, como en el teodolito ÓPTICO, las lecturas son analógicas, por lo que el uso de la libreta electrónica, no representa gran ventaja, se recomienda mejor una estación total.

Estos equipos siguen siendo muy útiles en control de obra, replanteo y aplicaciones que no requieren uso de calculo de coordenadas, solo ángulos y distancias.

ESTACIÓN TOTAL:

Es la integración de tres equipos: teodolito electrónico, distanciometro y computadora.

Las hay con calculo de coordenadas.- Al contar con la lectura de ángulos y distancias, al integrar algunos circuitos mas, la estación puede calcular coordenadas.

Las hay con memoria.- con algunos circuitos mas, podemos almacenar la información de las coordenadas en la memoria del aparto, sin necesidad de apuntarlas en una libreta con lápiz y papel, esto elimina errores de lápiz y agiliza el trabajo, la memoria puede estar integrada a la estacion total o existe un accesorio llamado libreta electronica, que permite integrarle estas funciones a equipos que convencionalmente no tienen memoria o calculo de coordenadas.

Las hay motorizadas.- Agregando dos servomotores, podemos hacer que la estación apunte directamente al prisma, sin ningún operador, esto en teoría representa la ventaja que un levantamiento lo puede hacer una sola persona.

Las hay sin prisma.- Integran tecnología de medición láser, que permite hacer mediciones sin necesidad de un prisma, es decir pueden medir directamente sobre casi cualquier superficie, su alcance esta limitado hasta 300 metros, pero su alcance con prisma puede llegar a los 5,000 metros, es muy útil para lugares de difícil acceso o para mediciones precisas como alineación de maquinas o control de deformaciones etc.

Las principales características que se deben observar para comparar estos equipos hay que tener en cuenta: la precisión, el numero de aumentos en la lente del objetivo, si tiene o no compensador electrónico, alcance de medición de distancia con un prisma y si tiene memoria o no.

Es importante a la hora de comparar diferentes equipos, diferenciar entre resolución en pantalla y precisión, pues resulta que la mayoría de las estaciones, despliegan un segundo de resolución en pantalla, pero la precisión certificada puede ser de 3 a 9 segundos, es lo que hace la diferencia entre un modelo y otro de la misma serie, por ejemplo la Set 510 es de 5 segundos y la Set 310 es de 3 segundos.

NAVEGADORES GPS (SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL)

Hay dos tipos:

Estos son mas para fines recreativos y aplicaciones que no requieren gran precisión, consta de un dispositivo que cabe en la palma de la mano, tienen la antena integrada, su precisión puede ser de menor a 15 mts, pero si incorpora el sistema WAAS el error en posicionamiento puede ser menor a 3 mts.

Ademas de proporcionar nuestra posición en el plano horizontal pueden indicar la elevación por medio de la misma señal de los satélites, algunos modelos tienen también barómetro para determinar la altura con la presión atmosférica.

Los modelos que no poseen brújula electrónica, pueden determinar la “dirección de movimiento” (rumbo), es decir es necesario estar en movimiento para que indique correctamente para donde esta el norte.

La señal de los satélites GPS no requiere de ningún pago o renta.

Estos equipos tienen precisiones desde varios milímetros hasta menos de medio metro.

Existen GPS de una banda (L1) y de dos bandas (L1, L2), la diferencia es que para los GPS de una banda se garantiza la precisión milimetrica para distancias menores a 40km entre antenas, en los GPS de dos bandas es de hasta 300km, si bien se pueden realizar mediciones a distancias mayores, ya no se garantiza la precisión de las lecturas.

Los GPS topográficos requieren dos antenas, ya sea que el usuario tenga las dos, o que solo tenga una y compre los datos. Se dice entonces que se esta trabajando en modo diferencial.

La diferencia en precio de un GPS de una banda contra uno de Dos bandas puede ser muy grande, y lo es mas cuando los GPS de dos bandas incorporan la función RTK (Real Time Kinematic). La forma de trabajar con equipos que no incorporan la función RTK es: trasladar los equipos a campo, se hacen las lecturas, pero es solo hasta que se regresa a gabinete que se obtienen las mediciones, con un sistema RTK, los datos se obtienen directamente en campo y el alto precio de estos equipos es por que incorporan una computadora, y un sistema de radio comunicación entre las dos antenas.

El GPS no reemplaza a la estación total, en la mayoría de los casos se complementan. Es en levantamientos de gran extensión donde el GPS resulta particularmente practico, ya que no requiere una línea de vista entre una antena y otra, además de tener el GPS la gran limitante de trabajar solo en espacios con vista al cielo, siendo un poco problemático incluso cuando la vegetación es alta y densa, pero por ejemplo una selva o bosque se abre un claro de unos 5 metros y se hace la medición con la antena, en lugar de abrir una brecha para tener visual entre la estación total y el prisma. Así mismo es común hacer el levantamiento de dos puntos con GPS (línea de control) y posteriormente usar la estación y en lugar de introducir coordenadas arbitrarias introducimos coordenadas geográficas, y todo lo que se levante con la estación estará georeferenciado.

Otro aspecto importante es hacer la diferenciación de un sistema de navegación y un sistema de localización o rastreo, el primero permite que la persona que tiene el dispositivo GPS sepa donde esta y para donde ir, para que una tercera persona lo sepa es otra historia eso ya es un sistema de localización, estos sistemas si requieren una renta o cuota mensual, ya que aun cuando usan un GPS, este solo recibe la señal de los satélites, se necesita otro dispositivo tipo celular para transmitir la posición a un sistema conectado a Internet para que alguien pueda acceder una pagina y saber donde esta el dispositivo.

GPS (navstar).- desarrollado por la fuerza aérea norte americana con fines militares, pero liberada para uso publico.

WAAS.- Wide Area Augmentation System.- sistema para mejorar la precisión del sistema GPS, funciona solo para Estados Unidos, Alaska, Canadá y ahora tambien en México.

GLONASS.- Sistema militar de satélites Ruso.

GALILEO.- Sistema de satélites de la comunidad Europea para intereses no militares o de iniciativa privada.

EGNOS.- El equivalente del sistema waas, pero solo para Europa.

Ejemplos de Topografia

La estadística en Topografía

Medidas directas e indirectas

Las medidas pueden ser clasificadas en medidas directas e indirectas. Las medidas directas son aquellas en donde el instrumento de medida mide directamente la magnitud desconocida. Como ejemplo de medida directa tenemos la medida de una distancia concreta con un instrumento de estación total. Otros ejemplos son: la medida de la longitud de un lápiz concreto con una regla graduada o la medida de un ángulo con un teodolito o con un instrumento de estación total.

Las medidas indirectas son aquellas que se obtienen al aplicar a unas determinadas medidas directas una función matemática que relaciona la cantidad de interés con la magnitud desconocida. Un ejemplo sencillo es la determinación de las coordenadas de una estación a partir de la medida de unos ángulos y distancias. Después a partir de estas coordenadas se pueden medir otros ángulos y distancias que no fueron medidos directamente. Durante este procedimiento los errores de las medidas directas se transmiten a las cantidades indirectas medidas.

Fuentes de error en las medidas

Puede afirmarse con toda seguridad que:

  1. Ninguna medida es exacta

  2. Toda medida contiene errores

  3. El valor verdadero de una medida es siempre desconocido

  4. El tamaño exacto de los errores son siempre desconocidos.

Errores instrumentales: Errores causados por las imperfecciones en la construcción del instrumento. Ejemplos: el mal equiespaciamiento en las divisiones de escala de un teodolito o instrumento mal calibrado.

Errores naturales: Errores causados por los cambios en el entorno medioambiental donde se realiza la medida: presión atmosférica, temperatura, viento, campo magnético, la gravedad, etc.

Errores Personales: Errores debido a la limitación de los sentidos humanos, los cuales pueden alterarse en presencia de altas temperaturas, insectos, etc. Otros factores que afectan a las medidas son las habilidades y destrezas personales.

Errores sistemáticos : Estos errores siguen alguna ley física y pueden, por tanto, ser predichos. Algunos errores de este tipo se evitan siguiendo correctamente el procedimiento de medida. Para reducir al mínimo el error sistemático en una medida es necesario conocer todos los factores que pueden contribuir. Son comunes: la presión atmosférica, la temperatura, la curvatura de la tierra, la refracción, etc.

Pifias : Son causadas por confusión o por descuidos del observador. Ejemplos de pifias : olvido en la corrección de escala de un EDM o fallos en la corrección de la temperatura, confundir un tres o con un ocho, etc.

Errores aleatorios : Son aquellos errores que permanecen después de eliminar todos las pifias (los llamados errores groseros) y los posibles errores sistemáticos. En general son debidos a las imperfecciones de los instrumentos y errores humanos y a una multitud de pequeños efectos sistemáticos que no podemos controlar. Estos errores no siguen ninguna ley física y por lo tanto deben ser tratados con leyes matemáticas de la probabilidad. Los errores aleatorios por lo general son pequeños y son positivos y negativos con la misma probabilidad (aunque puede haber excepciones).

El siguiente cuadro expresa que los errores instrumentales, naturales y personales pueden cada uno dividirse en sistemáticos y aleatorios. Y a la inversa, que los errores sistemáticos y aleatorios pueden subdividirse en instrumentales, naturales y personales.

Historia de la Topografía

Los orígenes de la topografía pueden rastrearse hasta tiempos remotos. En la antigua Grecia, Tales de Mileto y Anaximandro construyeron las primeras cartas de las que se tenga noticia, en términos generales una carta se puede definir como la representación gráfica de una porción de mar, es decir, de las playas. Recordar que los griegos fueron buenos navegantes, por tanto necesitaban una forma de orientarse en sus viajes, de ahí nació la necesidad de construir cartas que los guiaran. Más adelante, la topografía recibió el apoyo de otros grandes tales como Ptolomeo, Plinio, y Estrabión que son considerados los padres de la geografía. Durante la edad media, la topografía recibió su impulso definitivo con la invención de la brújula (Siglo XII) y los avances en astronomía.

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