TOPOGRAFÍA Y CARTOGRAFÍA
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BLOQUE 1 4<br />
<strong>TOPOGRAFÍA</strong> Y <strong>CARTOGRAFÍA</strong><br />
Bloque 1<br />
1.1. Conceptos. Contextualización de la asignatura en la ingeniería en general y en la<br />
ingeniería agrícola en particular.<br />
1.2. Levantamientos y replanteos.<br />
1.3. Exactitud y precisión, errores y equivocaciones.<br />
1.4. Unidades y sistemas de coordenadas.<br />
1.1. Conceptos. Contextualización de la asignatura en la ingeniería en general<br />
y en la ingeniería agrícola en particular<br />
La Topografía forma parte del currículo académico de muchas ingenierías, especialmente de<br />
aquellas relacionadas con la superficie terrestre, bien por ser ésta el ámbito de desarrollo de las<br />
actividades profesionales (es el caso de proyectos, actuaciones, ejecuciones), bien por ser un<br />
elemento descriptivo necesario para integrar otros factores (es el caso de estudios, inventarios).<br />
Popularmente, cuando nos referimos a la topografía, entendemos que nos referimos a la descripción<br />
del relieve de una porción la superficie terrestre. Tradicionalmente esa descripción se realizaba como<br />
una representación sobre papel, en forma de planos y mapas, y en la actualidad se recurre a medios<br />
digitales en dos o tres dimensiones. Así, según la Real Academia de la Lengua, la topografía tiene<br />
tanto ese carácter descriptivo de los planos como de referirse al propio terreno:<br />
“Arte de describir y delinear detalladamente la superficie de un terreno”---- LOS PLANOS<br />
“Conjunto de particularidades que presenta un terreno en su configuración superficial”---- EL RELIEVE<br />
Por su parte, la cartografía, se define como:<br />
“Arte de trazar mapas geográficos” y “Ciencia que los estudia” ‐‐‐‐ LOS MAPAS<br />
Resumiendo, la topografía hace referencia tanto al terreno como a la representación del<br />
mismo, y la cartografía es el conjunto de disciplinas y ciencias que nos permiten representarlo.<br />
Además, la topografía hace referencia a porciones pequeñas del terreno (planos) y la cartografía a<br />
zonas geográficas más amplias (mapas); aunque los límites entre una y otra no estén muy claros.
BLOQUE 1 5<br />
Las ingenierías usan los planos y mapas para diversas tareas:<br />
‐ Los mapas generales sirven para localizar y situar en el contexto geográfico el proyecto o la<br />
actuación que se va a realizar: carretera, explotación, presa, etc. Son mapas provinciales, del término<br />
municipal, regionales, etc.<br />
‐ Los mapas temáticos (geología, litología, vegetación, comunicaciones, parcelarios, hidrología, etc.)<br />
sirven para describir aspectos concretos de la zona del proyecto que se van a ver implicados en el<br />
proyecto o el estudio.<br />
‐ Los planos y mapas de situación explican la transformación que se va a llevar a cabo y aspectos<br />
generales de la misma: cerramientos, accesos, distribución de espacios, dimensiones, etc.<br />
‐ Los planos de aspectos del proyecto explican de forma espacialmente detallada cómo se va a<br />
ejecutar el mismo: planta, alzados, cimentaciones, infraestructuras, electricidad, saneamiento, etc.<br />
‐ Los planos de detalle explican geometrías y materiales más concretos y necesarios para la<br />
ejecución: zapatas, ferrallas, obras de fábrica, mobiliario, etc.<br />
De manera similar, en los estudios que no tienen por objeto un proyecto de ejecución (por<br />
ejemplo, un estudio de impacto ambiental), los planos y mapas describen de forma plástica el medio<br />
natural y antrópico, y sirven para realizar inventarios, calcular estadísticas, presentar resultados,<br />
hacer análisis espacial y temático, etc.<br />
Típicamente, si pensamos en un proyecto de Ingeniería Agrícola, los conocimientos en<br />
cartografía y topografía serán necesarios para:<br />
‐ Seleccionar y formatear los mapas generales de localización y los mapas temáticos necesarios para<br />
el proyecto.<br />
‐ Seleccionar, formatear o realizar los mapas de situación y transformación, bien desde fuentes<br />
oficiales de cartografía (administraciones públicas que los distribuyan, organismos cartográficos),<br />
bien desde medios propios, como digitalización o GPS.<br />
‐ Realizar todos los planos de proyecto de cada categoría y de detalle.<br />
‐ Dimensionar el proyecto y realizar las mediciones de la obra: movimiento de tierras, materiales<br />
necesarios, unidades de obra, etc.<br />
‐ Realizar representaciones tridimensionales y presentaciones digitales de la geometría del proyecto.<br />
‐ Hacer medidas en la zona de actuación para describir su forma y dimensiones, si fuera necesario, o<br />
levantar detalles que no estén presente en los mapas y planos disponibles.<br />
‐ Replantear en la zona puntos básicos de una obra o detalles necesarios para su ejecución como<br />
alineaciones, desniveles, puntos de referencia, etc.; también se incluyen aquí deslindes,<br />
amojonamientos o segregaciones de parcelas, proyectos típicamente agrícolas. Esta fase también<br />
incluye el control geométrico de la obra y la medición periódica para certificar los pagos de la<br />
ejecución.
BLOQUE 1 6<br />
1.2. Levantamientos y replanteos<br />
El proyecto de Ingeniería debe contener la documentación topográfica necesaria para poder<br />
analizar los requerimientos de las obras de transformación a realizar, tanto bajo el punto de vista<br />
económico como el de sus exigencias técnicas. La representación a escala del terreno ‐el<br />
levantamiento‐ es la base para la realización del proyecto, el cual una vez definido, es preciso<br />
transportar al terreno mediante los elementos geométricos en que se fundamenta su diseño y que se<br />
materializa sobre aquél por hitos, estaquillas, pintura, señalización de puntos, etc., operación que se<br />
debe realizar con el máximo rigor para que la obra se ajuste a la concepción del proyectista. Esta<br />
acción de trasladar al terreno el diseño del proyecto se denomina replanteo.<br />
Hacer un levantamiento es llegar a conocer la posición de los puntos. Atendiendo a las<br />
coordenadas que interese medir, puede ser:<br />
‐ Levantamiento planimétrico, cuando solo interesa la posición planimétrica de los<br />
puntos.<br />
‐ Levantamiento altimétrico, cuando solo interesa el relieve y los desniveles. También se<br />
llama nivelación, por el instrumento que suele usarse, el nivel altimétrico.<br />
‐ Levantamiento topográfico o taquimétrico, cuando se recoge información de planimetría y<br />
altimetría conjuntamente. Se llama taquimétrico porque tradicionalmente se utilizaba un<br />
instrumento llamado taquímetro para tomar a la vez todos los datos, aunque hoy en día<br />
también se utilicen otros aparatos como el GPS para esa tarea.<br />
El levantamiento puede hacerse en coordenadas generales en un sistema geodésico y una<br />
cartografía oficial, o en un sistema de coordenadas locales, generado por el propio usuario para<br />
hacer el plano y/o el replanteo. En este caso se pueden usar distintos tipos de coordenadas, como se<br />
mencionará en apartados siguientes.<br />
Con el replanteo se trata de materializar la geometría del proyecto. Éste se compone de una<br />
o varias construcciones, que según el tipo de ingeniería que trate el proyecto, serán de diferente<br />
índole. Así, las “obras públicas”, pertenecen a la esfera de la Ingeniería de Caminos, Canales y<br />
Puertos, principalmente. Por lado, las “obras de edificación”, forman parte de la esfera de la<br />
Arquitectura. Las obras que se realizan en la ingeniería agrícola y rural suelen pertenecer al ámbito<br />
de la edificación, pues son construcciones al servicio de un proyecto privado de explotación agrícola<br />
o ganadera (naves, bodegas, invernaderos, etc.); aunque también pueden pertenecer a las obras<br />
públicas, especialmente en los proyectos de ordenación rural y gestión del agua (canales, caminos de<br />
concentración, regadíos, etc.)<br />
El tratamiento que se da a los puntos estructurales en un tipo y otro de proyectos es<br />
diferente. En las obras públicas estos puntos vienen determinados por coordenadas en un sistema de<br />
referencia oficial siempre incluido en el propio proyecto. Sin embargo, en los proyectos de<br />
edificación, que suelen ser de menor envergadura geométrica, los puntos fundamentales vienen<br />
determinados por su distancia a elementos fijos e importantes de su entorno, por ejemplo su<br />
distancia a un vial próximo, a alguna construcción ya existente o incluso por sus distancias a las lindes<br />
del solar sobre el que se va a construir. En ocasiones, si el proyecto no está lo suficientemente<br />
definido en el aspecto geométrico, será necesario recurrir a medir a escala sobre los planos y utilizar<br />
estas medidas para referir el punto a otros ya existentes. Esta es una estrategia poco aconsejable,<br />
por acarrear un error gráfico inevitable a la escala de los planos.
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1.3. Exactitud y precisión, errores y equivocaciones<br />
1.3.1. Exactitud y precisión<br />
Ambos son términos que se utilizarán con frecuencia y que tienen gran importancia en las<br />
operaciones de medición. La exactitud es la proximidad de un valor al valor verdadero o ‘real’, o que<br />
se toma como tal. Por ejemplo: en la construcción de túneles, la coincidencia exacta de las dos<br />
excavaciones en el centro de la montaña demuestra que el trabajo fue realizado con exactitud. Pero<br />
en otras variables no es tan fácil conocer el valor verdadero. Por su parte, la precisión es el grado de<br />
cercanía (o al contrario, de dispersión) entre los valores resultantes del conjunto de medidas.<br />
Siguiendo el mismo ejemplo, es más fácil llegar a la exactitud de la coincidencia de alineaciones con<br />
un instrumento preciso que con una cinta métrica, pero la precisión por sí misma no constituye<br />
garantía de que las dos excavaciones coincidan en un punto dado.<br />
La precisión depende de la calidad de los instrumentos y del rigor y conocimientos del<br />
operador, y se manifiesta en el grado de aproximación de las medidas resultantes; mientras que la<br />
exactitud se puede definir únicamente en términos de certeza de los resultados y de su aproximación<br />
al valor correcto, es decir, sólo se podrá determinar observando el resultado final.<br />
1.3.2. Errores y equivocaciones<br />
Los errores pueden ser de dos tipos: sistemáticos y accidentales. Los errores sistemáticos<br />
pueden y deben compensarse, ya que su magnitud y signo son siempre conocidos. Los accidentales<br />
son aquellos cuyos magnitud y signo son imposibles de determinar ‐o su modo de actuar no es<br />
susceptible de una formulación precisa‐, por lo que no pueden ser corregidos, pero sí se pueden<br />
minimizar con el uso de un equipo preciso, trabajando con procedimientos sistemáticos y poniendo<br />
el mayor cuidado en el desempeño de las tareas. Las equivocaciones son simplemente fallos<br />
impredecibles que pueden ser evitados con un buen grado de conocimiento y rigor en el<br />
procedimiento.<br />
Estos tres conceptos pueden ilustrarse con el ejemplo de medición de una distancia<br />
mediante cinta métrica. Si ésta tiene una longitud mayor que la que marca la escala debido, por<br />
ejemplo, a una tensión continuada mayor que la necesaria, cuando leamos la distancia estaremos<br />
cometiendo un error sistemático por defecto, que puede determinarse y compensarse una vez<br />
calibrada convenientemente la cinta y conocido el error (y no necesariamente arreglada). Sin<br />
embargo, cuando, en alguna de las medidas, la cinta no se tense lo suficiente, estaremos cometiendo<br />
un error accidental de valor desconocido, pero que podría haberse evitado procediendo<br />
correctamente. Por último, si, por falta de experiencia, leemos mal los milímetros de la escala,<br />
estaremos cometiendo una equivocación.<br />
La teoría de errores, derivada de la estadística y el cálculo de probabilidades, está en<br />
condiciones de determinar la validez de los resultados de las mediciones mediante criterios de<br />
precisión como el error medio cuadrático ‐el error medio de una serie de medidas que se calcula en<br />
función de las diferencias encontradas entre los valores observados y los más probables o<br />
verdaderos‐ o el intervalo de confianza ‐dentro de cuyos límites existe una cierta probabilidad de que<br />
se encuentre el valor verdadero‐.
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1.4. Unidades y sistemas de coordenadas<br />
1.4.1. Unidades<br />
Al pensar en la topografía como en una geometría aplicada a la superficie terrestre, será<br />
necesario analizar los conceptos geométricos que se utilizarán en la representación. Como se explicó<br />
en la asignatura ‘Expresión Gráfica’, la superficie terrestre se suele representar mediante el sistema<br />
de representación de Planos Acotados, por utilizar éste un plano horizontal como base de la<br />
representación; plano que es predominante en la superficie terrestre.<br />
Las unidades lineales son el metro y sus múltiplos y divisores. El metro actualmente se define<br />
en función de un determinado número de longitudes de onda de la radiación del átomo de criptón,<br />
constituyendo un patrón preciso e indestructible. Las distancias que se utilizan son cuatro (Figura 1‐<br />
1):<br />
‐Distancia natural: distancia real medida sobre el terreno.<br />
‐Distancia geométrica: definida por el segmento rectilíneo que une dos puntos.<br />
‐Distancia reducida: proyección de la distancia geométrica sobre la horizontal.<br />
‐Distancia vertical o diferencias de cota.<br />
ZA<br />
A<br />
DG<br />
DNatural<br />
DR<br />
Figura 1‐1. Distancias usadas en Topografía.<br />
De manera general se usa el metro como unidad básica para la superficie real, y el milímetro<br />
para la representación en los planos. La escala se define como la relación entre una dimensión lineal<br />
en el mapa y esa misma dimensión en la realidad, expresada en forma de fracción y con las mismas<br />
unidades SIEMPRE (nótese que la escala es un factor sin dimensiones al ser una proporción de<br />
distancias). Las distancias a las que se refiere la escala son las reducidas:<br />
B<br />
ZB
BLOQUE 1 9<br />
<br />
<br />
<br />
Por ejemplo, si un muro de una nave que mide 15 m en el terreno mide en el plano o mapa 5<br />
cm, entonces la escala será:<br />
<br />
50 1<br />
<br />
15000 300<br />
La escala se suele expresar en forma de fracción donde el numerador es 1. Normalmente se<br />
eligen escalas cuyo denominador sea múltiplo de 10 para que el cálculo de distancias en el terreno<br />
sea fácil. La clasificación de los mapas en función de la escala es:<br />
‐ Mapas de pequeña escala (denominador grande). E < 1/100000<br />
‐ Mapas de escala media. E entre 1/100000 y 1/10000<br />
‐ Mapas de gran escala (denominador pequeño). E > 1/10000<br />
Las escalas más grandes, 1:500; 1:100, 1:50 etc. se usan para los planos, que representan<br />
una zona pequeña de la superficie y prescinden de la esfericidad terrestre. Las escalas también se<br />
utilizan de forma gráfica, como una regleta subdividida en tramos con la distancia real indicada al<br />
lado (Figura 1‐2).<br />
Figura 1‐2. Escala gráfica.<br />
Es importante señalar que el ojo humano tiene un límite de apreciación gráfica de 0,2 mm,<br />
por debajo del cual es incapaz de diferenciar la posición de un punto o precisar una distancia. Este<br />
límite será de gran importancia cuando se trate de mapas y levantamientos, pues multiplicado por el<br />
denominador de la escala nos dará idea de la precisión con la que podemos situar elementos en la<br />
realidad.<br />
Para las unidades superficiales, se utiliza el metro cuadrado, pero es más frecuente la<br />
hectárea (10000 m 2 ) y sus submúltiplos: área (100 m 2 ) y centiárea (1 m 2 ). Cuando la medida sea de<br />
superficies, el denominador de la escala debe ir al cuadrado.<br />
Respecto a las unidades angulares, se ha de definir el origen, sentido de avance y unidades.<br />
En topografía se suele tomar como origen el semieje positivo de las ordenadas, debido a que es el<br />
origen del azimut; pero no siempre los sistemas digitales de cálculo y dibujo coinciden en ese origen<br />
y usan el semieje positivo de las abscisas. El sentido es el retrógrado (‘de las agujas del reloj’, el<br />
sentido horario, Figura 1‐3).
BLOQUE 1 10<br />
Figura 1‐3. Origen y sentido de avance de los ángulos en topografía.<br />
Los ángulos se pueden medir en varias unidades, entre las cuales son frecuentes (Figura 1‐4):<br />
‐ Grados sexagesimales ( o ). Es el sistema clásico utilizado antiguamente en topografía y en uso<br />
todavía en mediciones astronómicas. Supone la división de la circunferencia en 360 partes llamadas<br />
grados sexagesimales, que a su vez se dividen cada uno en 60 minutos sexagesimales y éstos en 60<br />
segundos sexagesimales. La notación es la siguiente: 23° 18' 55",8=23,3155°<br />
‐ Grados centesimales ( g ). Por su facilidad de manejo frente al sexagesimal es el sistema más<br />
extendido actualmente. La circunferencia se divide en 400 partes ‐grados centesimales‐, cada grado<br />
en 100 minutos centesimales, y cada minuto en 100 segundos centesimales. La notación es<br />
345 g 24 c 78 cc , o bien directamente: 345,2478 g<br />
‐ Radianes (rad). Se basa en que la relación, para un mismo ángulo, entre los diversos arcos por él<br />
trazados y sus correspondientes radios es constante. Si consideramos como unidad angular el radián,<br />
ángulo en el que esta relación es la unidad (la longitud del arco es igual al radio), resultará que la<br />
circunferencia se divide en 2Π rad.<br />
270<br />
Figura 1‐4. Ángulos en tres sistemas de unidades (sexagesimal, centesimal y radianes).<br />
La relación entre los tres sistemas es fácil de obtener ya que la equivalencia para el total de la<br />
circunferencia es 360° =400 g =2П.<br />
2Π rad ‐‐‐‐ 360° ‐‐‐‐ 400 g<br />
x rad ‐‐‐‐ x° ‐‐‐‐ x g<br />
IV cuadrante<br />
III cuadrante<br />
Y<br />
I cuadrante<br />
X<br />
II cuadrante<br />
0º 0g 0 rad<br />
180<br />
90 300 100 3/2<br />
/2<br />
200
BLOQUE 1 11<br />
La notación en radianes es la más utilizada en los programas y calculadoras por su sencillez,<br />
aunque son necesarios bastantes decimales para no perder precisión; la sexagesimal sigue siendo la<br />
más usada en navegación y astronomía, pese a tener una base distinta de la decimal habitual.<br />
1.4.2. Coordenadas cartesianas y polares en el plano horizontal<br />
Supongamos un par de ejes perpendiculares X e Y trazados por un punto origen O, y un<br />
punto A, cuya posición respecto a O se quiere determinar (Figura 1‐5). Si proyectamos<br />
perpendicularmente A sobre los ejes en A' y A" ý conocemos las distancias OA' (Δx) ý OA"(Δy), el<br />
punto quedará definido. Son las coordenadas cartesianas abscisa y ordenada, que pueden ser<br />
absolutas (tomadas con un origen 0) o relativas (tomando como origen otro punto cualquiera) 1 . En<br />
este último caso se hablará de incrementos.<br />
Figura 1‐5. Coordenadas polares y rectangulares de un punto en el plano.<br />
El punto A también puede quedar definido planimétricamente respecto a O si tenemos en<br />
cuenta el ángulo θ que forma la recta OA con respecto al origen de ángulos ‐en este caso el semieje<br />
positivo de ordenadas‐, y la longitud D del segmento OA. Angulo y distancia son las coordenadas<br />
polares de A respecto de O. Para transformar coordenadas polares a cartesianas:<br />
∆ <br />
∆ <br />
0 ∆<br />
0 ∆<br />
1<br />
Recuérdese las coordenadas de Autocad absolutas y relativas; así como las cartesianas y polares, que<br />
se definen a continuación.
BLOQUE 1 12<br />
siendo DR la distancia reducida u horizontal entre el punto P y el origen, θ el ángulo que<br />
forma con el semieje positivo de las ordenadas, ý (X0, Y0) el valor de la coordenada X e Y del origen,<br />
respectivamente. Nótese que se calcula para el primer cuadrante, con un θ comprendido entre 0‐90°.<br />
Cuando se trabaje en otros cuadrantes, con un ángulo mayor de 90°, será conveniente reducir el<br />
ángulo a un valor entre 0‐90° y tener en cuenta el signo de los incrementos Δx, Δx (Figura 1‐3):<br />
I cuadrante: X + Y+ I cuadrante: 0 g B g<br />
< A < 100<br />
II cuadrante: X + Y‐ II cuadrante: 100 g B g<br />
< A < 200<br />
III cuadrante: X ‐ Y‐ III cuadrante: 200 g B g<br />
< A < 300<br />
IV cuadrante: X ‐ Y+ IV cuadrante: 300 g B g<br />
< A < 400<br />
Inversamente, para calcular las coordenadas polares a partir de las cartesianas:<br />
∆ ∆ <br />
∆<br />
∆<br />
De la misma manera, habrá que tener en cuenta que para el cálculo del ángulo se ha tomado<br />
el valor comprendido entre 0‐90°; para el resto de cuadrantes habrá que sumarle o restarle a θ, 90°,<br />
180°, etc.