Tema 4 Nociones Básicas de Topografía e Interpretación de Planos PDF

TEMA 4.- NOCIONES BÁSICAS DE TOPOGRAFÍA E INTERPRETACIÓN DE PLANOS 1. TOPOGRAFIA Etimológicamente este término procede del griego topos (lugar) y graphen (describir) pudiendo ser traducido como la descripción exacta y minuciosa de un lugar. La Topografía es la ciencia que comprende los métodos ne...

TEMA 4.- NOCIONES BÁSICAS DE TOPOGRAFÍA E INTERPRETACIÓN DE PLANOS 1. TOPOGRAFIA Etimológicamente este término procede del griego topos (lugar) y graphen (describir) pudiendo ser traducido como la descripción exacta y minuciosa de un lugar. La Topografía es la ciencia que comprende los métodos necesarios para llegar a representar sobre un plano, con todos sus detalles naturales y artificiales, una parte más o menos grande de la superficie terrestre. Guarda relación con otras ciencias; formando la Topografía junto con la Geodesia y la Cartografía un conjunto muy relacionado, que a veces no es posible prescindir de su conexión ya que al aplicar la Topografía en su mayor desarrollo, se entra en los dominios de la Geodesia y Cartografía. Abarca los más variados aspectos. Cualquier estudio de ingeniería suele necesitar en alguna de sus fases de intervención de trabajos topográficos: el trazado de una carretera, de un ferrocarril, la apertura de un túnel, la construcción de un embalse, la implantación de un regadío con el trazado de sus acequias y desagües, el abancalado del terreno, las parcelaciones de fincas, expropiación de terreno ocupado por las obras públicas, trabajos de concentración parcelaria, planos de urbanismo, etc. Dentro de la Topografía, se distingue entre planimetría, como el conjunto de operaciones necesarias para obtener la proyección horizontal del terreno, y altimetría, como la parte que se ocupa de medir las cotas o altitudes de cada punto del terreno. Nota,—Llamamos altitud o cota a la distancia vertical desde un punto a la superficie del nivel de referencia que constituye el origen de las altitudes de los mapas topográficos de un país. En el caso de España todas las altitudes se refieren al nivel medio del Mediterráneo en Alicante. La evolución de la Topografía está ligada a los adelantos tecnológicos, que se reflejan en mejoras instrumentales. Esta mejora instrumental junto con la aparición de la informática, los adelantos de la electrónica y la aparición del posicionamiento por satélite (GPS) ha propiciado el proceso de desarrollo que vive actualmente esta ciencia. Obtención de datos, cálculos, dibujo y presentación de los resultados, son fases importantes de las técnicas topográficas. Para este conjunto de operaciones se necesita 38 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. un variado instrumental que permita la medición de ángulos, distancias, desniveles y coordenadas. Los primeros instrumentos de campo (teodolito, taquímetro, nivel), cuya primera concepción fue óptica han sido reemplazados por otros, en los cuales la óptica se sustituye en gran parte por elementos electrónicos, dando paso a las estaciones totales y a los GPS de precisión topográfica, cuyo uso ha ampliado el campo de acción de la Topografía, tanto en el alcance de los instrumentos como en el aumento de la precisión. 2. ELEMENTOS GEOGRÁFICOS La figura de la Tierra puede considerarse en primera aproximación como la de una esfera cuyo radio tuviera 6.366 km. Una precisión mayor permite advertir el aplastamiento polar que da al planeta la forma de un elipsoide, este aplastamiento corresponde aproximadamente al de 1 mm. En una esfera de 30 cm. de radio y es por lo tanto, casi imperceptible. Para obtener una figura más aproximada a la forma real de la Tierra se ha ideado el geoide, que es otra superficie teórica, en función de los efectos de la gravedad y la fuerza centrífuga producida por la Tierra al rotar sobre su eje. Conocer con exactitud el geoide es complicado; para facilitar los cálculos se simplifica la forma de la Tierra asimilándola al elipsoide o a la esfera regular, que son figuras geométricas cuya formulación matemática es conocida. Eje terrestre es la recta ideal alrededor de la cual gira la Tierra en su movimiento diurno. Dicho eje se conserva sensiblemente paralelo a sí mismo en el movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol, pues aunque tiene otros movimientos, éstos son tan lentos que parece apuntar siempre a un punto fijo de la bóveda celeste, que en nuestro hemisferio está en las proximidades de la Estrella Polar Polos son los puntos de intersección del eje con la superficie terrestre, y se llaman Polo Norte y Polo Sur. Todo plano que pase por los polos es un plano meridiano, y las intersecciones de éstos con la superficie terrestre son las líneas llamadas meridianos, todos los meridianos son iguales, dividiéndose en dos partes iguales de polo a polo. Los planos perpendiculares al eje terrestre se llaman planos paralelos, y las líneas de intersección de éstos con la superficie terrestre son los paralelos. Entre todos los 39 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. paralelos, el que pasa por el centro de la Tierra es el de radio máximo, y se llama círculo ecuatorial, o simplemente Ecuador; divide a la esfera en dos partes iguales llamadas hemisferios, denominándose hemisferio Norte el que contiene al Polo Norte y hemisferio Sur el que contiene al Polo Sur. Por cada punto P de la esfera pasa un solo meridiano (meridiano del lugar) y un solo paralelo; la situación de este punto P sobre la superficie terrestre queda definida por la intersección de ambas líneas, que determina sus coordenadas geográficas. 2.1. Coordenadas geográficas. Longitud y latitud Longitud de un punto de la superficie terrestre es el valor del arco de Ecuador comprendido entre el meridiano que pasa por el punto y otro meridiano fijo que se adopta como origen de longitudes. Las longitudes se cuentan desde 0° a 180° a uno y otro lado del meridiano origen. Latitud de un punto de la superficie terrestre es la distancia angular que existe entre el plano del Ecuador y el punto considerado; se cuenta a partir del ecuador, sobre el meridiano que pasa por el mencionado punto, variando desde 0° a 90°. Los puntos situados en el hemisferio Norte tienen latitud N o positiva, y los del hemisferio Sur, latitud Sur o negativa. Ambas se miden en grados, minutos y segundos, y siempre se debe escribir su unidad de medida. En la figura, las coordenadas geográficas del punto A son: 20° S, 30° E Esto quiere decir que este punto se encuentra en la intersección entre el paralelo que está a 20° al sur del ecuador y el meridiano que está a 30° al este del meridiano de Greenwich 3. MAPAS Y PLANOS La forma más sencilla de comprender cómo es espacialmente nuestro planeta es representarlo sobre un modelo semejante a escala reducida, lo que se denomina globo 40 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. terráqueo o “bola del mundo”; pero este objeto no reproduce con detalle el territorio. Sobre él pueden identificarse los distintos países, las grandes cordilleras o los ríos más importantes; sin embargo, no podemos ver los detalles más cercanos a nosotros; no es posible reconocer ciudades, campos, carreteras, pequeños ríos y arroyos, construcciones aisladas, vegetación… Lo que se hace es ampliar porciones de la esfera en hojas de papel, teniendo en cuenta la circunstancia desfavorable que la superficie de la esfera es curva y el papel es plano. El producto resultante es el mapa o el plano, que es el medio informativo más perfecto para describir un territorio y el más apropiado para planear trabajos. En él se representan mediante signos, símbolos gráficos y colores, todo un conjunto de datos que previamente se han recogido, analizado, depurado y sintetizado. Se denomina mapa a toda representación plana de una parte de la superficie terrestre que, realizada a una determinada escala debido a la gran extensión de superficie que representa, debe de tener en cuenta la curvatura de la superficie del planeta, necesitando por ello del auxilio de alguno de los sistemas de transformación propios de la Cartografía, que facilitan los medios de referir a un plano la superficie curva del planeta. Se denomina plano a la representación gráfica que por la escasa extensión de superficie a que se refiere, no exige hacer uso de los sistemas cartográficos. Esta representación se limita a zonas de pequeña extensión, en las cuales puede considerarse la tierra como plana, pues en ellas prácticamente se confunden el plano tangente trazado en el centro de las mismas con la superficie de la esfera terrestre. 4. CONCEPTO DE ESCALA El primer problema que afecta a la representación de la superficie terrestre está causado por las dimensiones, que son mucho mayores en la realidad que en la hoja que necesitamos reflejarlas. Mediante el uso de una proporción constante dentro del mapa o plano obtenemos una figura semejante a la real pero de dimensiones considerablemente menores. La relación existente entre las distancias medidas en un plano o mapa y las correspondientes en la realidad se denomina escala. Por tanto, la escala es una proporción entre dos magnitudes lineales, independientemente del sistema de unidades de longitud que se utilice. 41 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. 4.1. Escala numérica La escala numérica se expresa mediante una fracción que indica la relación entre la distancia medida de dos puntos en el mapa (numerador) y la correspondiente en el terreno (denominador) de modo directo entre mismas unidades del sistema; así la escala 1:500.000 o 1/500.000 indica que una unidad medida en el mapa equivale a 500.000 unidades medidas en la realidad. Esta relación constante se puede escribir: E=P/T = Plano/Terreno Conviene indicar que la distancia entre dos puntos del terreno obtenida por medio del plano (midiendo sobre él) es la distancia horizontal –también llamada distancia reducida- que los separa, distancia que es distinta de la que se obtendría directamente medida sobre el terreno, que llamamos distancia natural. Así la distancia horizontal o reducida entre dos puntos A y B dada por la medición sobre el plano sería el segmento de recta horizontal A’B’ (proyecciones de los puntos A y B sobre el plano horizontal), mientras que sobre el terreno se mediría la línea AcdB, o sea, su distancia natural. 4.2. Escala gráfica La escala gráfica es una línea situada en el mapa, en un margen de la hoja, que se ha dividido en segmentos para indicar las longitudes sobre el mapa de las unidades terrestres de distancia. Gracias a este elemento es posible medir la distancia real directamente sobre el mapa con la ayuda de una regla o un compás. 5. LAS PROYECCIONES CARTOGRÁFICAS La representación de la superficie terrestre sobre una superficie plana sin que resulte deformada es geométricamente imposible, pero a través de la Cartografía se buscan 42 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. soluciones prácticas aproximadas, principalmente mediante las proyecciones cartográficas. Existen muchos tipos de proyecciones cartográficas. Cada proyección representa mejor unas zonas del planeta que otras, pero ninguna puede evitar ciertas distorsiones; los mapas son superficies planas, y representar una superficie curva en un plano es un problema de solución imposible si se quieren conservar las distancias, los ángulos y las superficies, tal como intuitivamente se comprueba intentando envolver una pelota en un papel. Según el tipo de deformación, las proyecciones pueden ser: Conformes. Mantienen los ángulos que forman dos líneas de la superficie terrestre. Equivalentes. Respetan las dimensiones de las superficies. Equidistantes. Conservan la distancia real entre los puntos del mapa. Cada tipo se emplea según las propiedades y relaciones que deben expresarse en el mapa; cuando interesa medir distancias desde un punto conviene usar una proyección 43 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. equidistante, en los mapas y cartas de navegación es esencial medir ángulos y el sistema debe ser conforme, en un mapa temático de distribución de superficies (por ejemplo, numero de hectáreas dedicadas a cualquier cultivo) es conveniente que la proyección sea equivalente. Otro aspecto que sirve para clasificar los sistemas proyectivos consiste en considerar si el paso de la esfera al plano se ha hecho directamente, en este caso se habla de proyección plana o perspectiva; o por intermedio de un cilindro o de un cono, en cuyo caso hablamos de desarrollos. Hay que destacar la proyección por desarrollo cilíndrico denominada UTM, por ser la proyección adoptada por el Estado español para la representación del territorio nacional. 5.1. La proyección UTM. Coordenadas UTM Las iniciales U.T.M. significan Universal Transversa Mercator, en la que el cilindro es tangente a un meridiano. Esta proyección divide el globo en 60 husos de 6° de longitud cada uno; numerados a partir del antemeridiano de Greenwich. En cada proyección sólo el meridiano origen de cada huso y el ecuador aparecen como rectas (formando perpendicularidad), no siéndolo los demás paralelos y meridianos. Este sistema proporciona la posibilidad de que cada punto de la superficie terrestre posea unas coordenadas cartesianas (referidas a un sistema de ejes perpendiculares entre sí) dentro de cada huso, con una numeración general. En España hay que emplear tres husos distintos para la Península y Baleares, y otros dos para Canarias, son los números 27, 28, 29, 30 y 31. 44 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. Con la aplicación de la proyección UTM se consigue establecer una correspondencia matemática entre los puntos terrestres y sus transformados en el plano, que se expresa en función de las coordenadas geográficas de cada punto, latitud y longitud, y se traducen en el plano en coordenadas cartesianas X e Y. Por ello, la localización geográfica de un punto se puede realizar detallando la posición según alguno de los dos sistemas universales: Coordenadas geográficas, en formato (Longitud-Latitud). Coordenadas UTM. Universal Transversa Mercator, en formato (XUTM, YUTM). Cada una de estas dos formas de localizar un punto sobre la superficie terrestre se puede obtener directamente en la cartografía nacional. El sistema de coordenadas geográficas se rotula en el marco de la hoja en color negro (en grados y minutos) y el sistema de coordenadas UTM (en Km) se rotula en color azul junto con su cuadrícula. Es conveniente resaltar que dado que el sistema de coordenadas geográficas está establecido sobre la superficie curva de la Tierra y su unidad de medida es angular, es entendible que su representación sobre el mapa topográfico nacional es aproximada, por tratarse de una superficie plana. 6. REPRESENTACIÓN DEL RELIEVE El procedimiento más utilizado de representación de la parte del mapa referente al relieve es mediante curvas de nivel, que son aquellas líneas que unen puntos situados a la misma altitud o cota. 45 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. Llamamos altitud o cota a la distancia vertical desde un punto a la superficie del nivel de referencia que constituye el origen de las altitudes de los mapas topográficos de un país. En el caso de España todas las altitudes se refieren al nivel medio del Mediterráneo en Alicante. Cuando se conoce la posición planimétrica y la cota de una serie de puntos, a partir de estos datos es posible dibujar las curvas de nivel que representen el relieve del terreno a que estos puntos corresponden. La diferencia de cota entre los planos a que corresponden las curvas de nivel es constante y se llama equidistancia. Suele ser un numero múltiplo o divisor de 10 y su elección se hace teniendo en cuenta la escala del mapa, y si es posible, la naturaleza del terreno. Las superficies topográficas, y por tanto, las formas de las curvas de nivel siguen unas reglas, que son: Las cotas de curvas sucesivas son números uniformemente crecientes o decrecientes. Dos curvas de nivel no pueden cortarse ni coincidir, con alguna excepción como por ejemplo un acantilado. Las curvas de nivel cerradas tienen cota mayor que las que las rodean, excepción: depresiones cerradas, hoyas, pozos. Todas las curvas de nivel son cerradas si se considera un mapa completo (isla o continente); en un mapa parcial (hoja) las curvas no cerradas en la superficie representada tendrán sus extremos en el marco de la hoja. El número de extremos de curva cortados por el borde debe ser par. 46 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. 7. EL MAPA TOPOGRÁFICO NACIONAL (MTN) El Estado español, a través del Instituto Geográfico Nacional (IGN) perteneciente al Ministerio de Fomento, elabora las series cartográficas a escalas 1/25.000 y 1/50.000 que constituyen la cartografía oficial española. La toma de datos del terreno y posterior tratamiento de la información para la elaboración de la cartografía oficial, consiste en: recopilar información para poder identificar y asignar coordenadas (georeferenciar) a los distintos elementos del territorio. Mediante vuelos con aviones o con sensores remotos sobre satélites se obtienen fotografías aéreas del territorio. Mientras, sobre el terreno, se aplican técnicas topográficas o de GPS y se recopila información sobre los nombres (topónimos) de cada uno de los elementos geográficos como veredas, caminos, carreteras, ríos, edificios, poblaciones, parajes, etc. elegir la proyección, cuya técnica geométrica permite trasladar la curvatura terrestre a un plano. 47 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. establecer la escala de dibujo o relación de proporción lineal entre las dimensiones reales del territorio y las de su representación. proceder a la simbolización, que es el procedimiento de asignar puntos, líneas, colores, tramas, signos y rótulos para que el mapa sea legible e interpretable. En esta fase se añade al mapa información adicional como las coordenadas, la escala y otras convenciones que permiten la lectura e interpretación del mismo. la reproducción, que consiste en trasladar el mapa a un soporte impreso o digital que permite su visualización, manejo y difusión. 8. INTERPRETACIÓN Y LECTURA DE MAPAS Y PLANOS Los mapas y planos contienen una gran cantidad de información que si se lee adecuadamente proporciona un conocimiento del espacio geográfico bastante aproximado y real. Por ello es importante conocer los elementos que conforman los mapas y saber cómo deben ser interpretados Por lo general, los mapas disponen de un amplio espacio central dedicado a la representación cartográfica propiamente dicha; es decir, los puntos, líneas y polígonos que simbolizan los elementos del territorio. Además de los elementos gráficos, también encontramos textos asociados a ellos que les dan nombre (topónimos). Al conjunto de textos que nombran los núcleos de población, las carreteras, los ríos, las sierras, los lagos o las calles se le denomina toponimia. Fuera de ese espacio central, en los márgenes del mapa, se incorpora una interesante información auxiliar que aporta datos y claves fundamentales para poder interpretarlos, entre otros: la equidistancia de curvas, la escala utilizada y la leyenda, que son los signos convencionales que facilitan al usuario la interpretación de los símbolos que aparecen en el mapa. 48 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. Pero además de la lectura directa de la información del mapa, si se aplican los conocimientos básicos, la interpretación nos permite resolver problemas que el uso del plano representa, por ejemplo: relacionar la escala con las dimensiones reales, saber definir un punto en él por sus coordenadas geográficas o rectangulares, obtener su cota por interpolación aproximada entre las curvas, medir una distancia, trazar un perfil, medir un ángulo, hallar la pendiente de una alineación, etc. 8.1 Perfil topográfico Por ejemplo, a partir del mapa topográfico se puede realizar un “corte” que nos muestre cómo es la ruta existente entre dos puntos del mapa, señalando el trazado -subidas y bajadas- que hay entre los mismos, a este gráfico lo denominamos perfil topográfico. Tiene aplicación en muchas técnicas, por ejemplo: la determinación de visibilidad entre dos puntos, el estudio de trazados de abastecimiento, de líneas eléctricas, de carreteras, etc., una planificación de ruta senderista, etc. 49 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. Mediante el dibujo de un gráfico, con las distancias en el eje de las x y las altitudes en el eje de las y, se puede trazar el perfil de una sección longitudinal del terreno que muestre su elevación. Si se exagera la escala de las altitudes, se podrá observar con claridad las formas de las montañas y de los valles. Para dibujarlo utilizaremos la información que proporciona el mapa topográfico: las curvas de nivel y la escala. Los datos de las curvas de nivel que aparecen en el mapa topográfico se trasladan al eje vertical que refleja las altitudes y las distancias medidas mediante la escala, al eje horizontal. 8.2 Pendiente La pendiente es la inclinación del terreno con respecto al plano horizontal. Se expresa como una proporción entre el intervalo vertical y la distancia horizontal recorrida para conseguir ese incremento en altura. Para averiguar la pendiente de un tramo mediante un mapa topográfico, recurriremos a medir la distancia horizontal que separa los dos puntos que forman el tramo haciendo uso de la escala del mapa y de una regla, compás o escalímetro. Para obtener la diferencia de cota (intervalo vertical) bastará con interpretar sobre qué curva de nivel se sitúa cada uno de los dos puntos; si alguno de ellos no se sitúa sobre 50 Tema 4: Nociones básicas de topografía e interpretación de planos. curva de nivel habrá que interpolar su altitud a partir de las curvas de nivel entre las que se encuentra. Una vez conocidos estos dos valores, la pendiente se calculará por el cociente del desnivel entre la distancia, multiplicando el resultado por 100 obtendremos la pendiente en %. Si la pendiente de un camino es del 2% significa que por cada 100 m. que recorramos habremos ascendido 2 m. En función de la pendiente, una de las posibles clasificaciones del terreno puede ser ésta: < 3% terreno llano 3-10% pendiente suave 10-20% pendiente moderada 20-30% pendiente fuerte 30-50% pendiente muy fuerte >50% pendiente escarpada. 51