Niveles

El nivel de un aparato topográfico, constituye un órgano fundamental del mismo y ha de estar construido con notable precisión y exactitud para que el aparato sea aceptable.

El nivel que normalmente se emplea en topografía, es el de aire y sirve para determinar bien sea la horizontalidad de una recta  o de un plano sobre el que descansa, o bien la verticalidad de un eje alrededor del cuál gira.

En los trabajos topográficos el único nivel que se utiliza, ya sea   como elemento accesorio de otro instrumento o como aparato completo, es el llamado Nivel de Aire, de Precisión o de Burbuja, también conocido como Nivel tórico.  Los niveles de aire pueden ser tubulares o esféricos.

Nivel Tubular

Consiste en un tubo de vidrio lleno en casi su totalidad de un líquido de escasa viscosidad, quedando una burbuja de aire mezclada con los vapores del líquido, y de aquí su denominación. El líquido además debe rendir otras condiciones, como lo son: no congelarse a temperaturas bajas, debe ser inalterable en el transcurso del tiempo y que no ataque al vidrio del tubo. Estas condiciones las reúnen el alcohol, el éter y la bencina.

En los niveles de mayor sensibilidad, el interior del tubo presenta la forma de una superficie tórica; esta superficie puede suponerse engendrada por una circunferencia de centro C, que gira alrededor del punto fijo O.

Cada uno de los puntos de la circunferencia generatriz engendra a su vez una circunferencia que recibe el nombre de paralelos, el mayor de éstos círculos es el descrito en el punto A, y el menor, el descrito por el punto B, el conjunto de ambos círculos constituye la sección longitudinal del nivel.

Radio del nivel es el OA de su ecuador. Este radio depende del uso que se haya de dar al nivel, en los empleados en los delicados instrumentos geodésicos y astronómicos será mayor que en los instrumentos corrientes de topografía, llegando en los más precisos a alcanzar valores de 50 o 60 metros, por ello, estos niveles, en apariencia, son cilíndricos.

La tangente al ecuador en su punto medio D, se llama tangente central, eje o directriz del nivel; y se dice que el nivel está calado cuando dicha tangente es horizontal.

Una escala de divisiones iguales que se refieren al punto central del ecuador, o a un extremo de aquel, grabados en una tira metálica o sobre el propio tubo de metal, tiene por finalidad facilitar el centrado de la burbuja.

En los niveles modernos estas divisiones suelen ser de dos milímetros de ancho, y en los antiguos, la separación entre las divisiones es igual a una línea de París (1 línea = 2,256 cm.

Muchos aparatos topográficos van provistos de niveles que llevan la graduación interrumpida en la parte central. Esta disposición permite la nivelación del aparato, pero no es buena para medir inclinaciones, ya que puede caer el extremo de la burbuja en la zona no graduada.

El fundamento del nivel  reside en la propiedad que tienen los fluidos de colocarse, en los recipientes que los contienen, por orden de densidades crecientes de arriba abajo, por cuyo motivo la burbuja ocupa siempre la parte más alta del tubo.

La calidad de un nivel depende, en gran manera, de la movilidad de la burbuja, es decir, de su facilidad para desplazarse obedeciendo al equilibrio, y para ello no basta  que sea muy movible el líquido de que está lleno el nivel, sino que también conviene que la burbuja sea lo más larga posible, disminuyendo de esta manera la resistencia que la capilaridad ofrece a su movimiento. También contribuye a incrementar la movilidad de un diámetro apropiado del tubo; si éste es muy pequeño hay poca masa líquida debajo de la burbuja y su desplazamiento es débil, en general los tubos deben tener entre 10 y 12 mm de diámetro. Por último, es condición que favorece la movilidad de la burbuja, el que la superficie interior del tubo esté bien pulimentado sin presentar rugosidades, pues las asperezas, por pequeñas que sean dan lugar a rozamientos perjudiciales  que frenan o detienen el movimiento de la misma.

La temperatura ambiente, también influye en la movilidad de la burbuja, pues ésta se contrae al elevarse la temperatura, con lo cuál su movimiento es más lento y resulta más difícil la estimación del momento en que alcanza su posición de equilibrio.

El tubo de vidrio va montado en un cilindro metálico, abierto solamente por la parte central de su cara superior. En los niveles que no forman parte de un  aparato topográfico, el conjunto descansa sobre una reglilla metálica, llamada soporte o base del nivel, al que se une por medio de una charnela en un extremo y por el otro, mediante un tornillo de corrección.

Este dispositivo permite variar la situación relativa del tubo y de la base relativa del nivel, pudiendo con él lograr que ésta sea paralela a la directriz, en cuyo momento se dice que el nivel está corregido, en caso contrario estará descorregido.

Se dice que el nivel está calado, o que la burbuja está calada cuando el centro de la burbuja coincide con el punto central de la graduación.

Comprobación y Corrección del Nivel Independiente

Para corregir su finalidad, los niveles pueden recibir dos clases de movimientos: uno, respecto a su armadura, para corregirlos, y otro, unidos a ella, para nivelar la plataforma en que se apoyan.

El primer movimiento es de giro alrededor del punto F fijo a su armadura; este giro provoca un desplazamiento ab  de la burbuja sobre el ecuador del nivel, igual al ángulo α que ha girado el mismo.

El segundo movimiento es siempre de inversión, que consiste en dar la vuelta al tubo, de manera que cada extremo del nivel ocupe la posición que antes tenía el otro; para ello, se hace girar alrededor de un eje perpendicular a la directriz del nivel en su punto de contacto con el ecuador.

Nivel Corregido

Si sobre una plataforma MN que forma un ángulo  α con la horizontal se sitúa un nivel corregido, su directriz  forma el mismo ángulo α con la horizontal y la burbuja ocupará una posición a. Si se invierte el nivel, dándole un giro de 180º , la directriz seguirá formando el mismo ángulo α con la horizontal y la burbuja ocupará una posición b simétrica de la anterior respecto al punto central del tubo.

El desplazamiento de la burbuja, arco ab comprendido entre ambas posiciones, es el doble del ángulo α que forma la plataforma MN con la horizontal.

Evidentemente si la plataforma MN es horizontal y la burbuja está calada, al efectuar la inversión del nivel la burbuja queda inmóvil.

Nivel Descorregido

Para comprobar un nivel descorregido, se coloca sobre una plataforma provista de tornillos nivelantes y se le da una inclinación tal que la burbuja del nivel quede calada, con lo que la directriz AB del nivel quedará horizontal y formará un ángulo α con su soporte MN igual al que éste forma con la horizontal MH.

A continuación se invierte el nivel, dándole un giro de 180º sobre la plataforma, pasando la directriz AB a ocupar la posición A`B`  que forma también el ángulo α con la plataforma, y como ésta, a su vez forma el mismo ángulo con la horizontal, la directriz A`B` queda inclinada respecto a ésta un ángulo 2 α, y el desplazamiento sufrido por la burbuja corresponderá también al ángulo 2 α; este desplazamiento es debido la mitad a la descorrección del nivel y la otra mitad a la inclinación de la plataforma.

De aquí se deduce el procedimiento para corregir el nivel, que consiste en colocarlo sobre una plataforma y actuando sobre los tornillos nivelantes de la misma centrar la burbuja del nivel; se le da a éste un giro de 180º, y la mitad del desplazamiento que haya sufrido la burbuja se corrige con el tornillo de corrección T del nivel, quedando así paralelos la directriz del mismo y su base de apoyo, con lo que el nivel quedará corregido.

Si al mismo tiempo queremos colocar horizontalmente la plataforma, se actúa sobre unos tornillos nivelantes de modo que la  burbuja del nivel complete la segunda mitad del desplazamiento, con lo cuál quedará calada.

En teoría basta con efectuar la operación una vez para que el nivel quede corregido; en la práctica convendrá, sin embargo, repetir la operación hasta comprobar que la burbuja se mantiene centrada en las dos posiciones del nivel.

Uso del Nivel Independiente

Como consecuencia de lo antes expuesto, se pueden efectuar las siguientes operaciones:

• Poner Horizontal una Recta

Si el nivel está corregido, basta calar la burbuja por movimiento de la regla o base de sustentación del nivel.

Si el nivel está descorregido se sitúa sobre la plataforma y se cala la burbuja, se le dá un giro de 180º y se corrige la mitad del desplazamiento de la burbuja con el tornillo de corrección, con lo que la directriz y la base del nivel quedan paralelas, y la otra mitad, con el movimiento de la plataforma.

• Colocar Horizontal un Plano

Para conseguirlo es preciso que lo sean dos rectas situadas en él y que sean perpendiculares entre sí; para ello se coloca el nivel sobre una de las líneas del plano y se consigue su horizontalidad, según acabamos de indicar, a continuación se le gira 90º colocándolo en posición perpendicular a la anterior, y se cala de nuevo la burbuja por el procedimiento ya dicho.

La horizontalidad de cada una de las rectas se logra por giro alrededor de la otra, y es preciso que la horizontalidad de la segunda dirección no altere la de la primera; el resultado final no se alcanza fácilmente, y son precisos algunos tanteos hasta que se verifique la horizontalidad simultánea de ambas direcciones.

Comprobación y Corrección del Nivel Fijo

Este es el caso de los niveles montados en los instrumentos topográficos; la comprobación y corrección se basan en la del nivel independiente antes expuesta, con la facilidad que representa el poder utilizar los tornillos de la plataforma nivelante sobre la que descansa el aparato.

La corrección del nivel montado en un aparato topográfico se realiza de la siguiente manera:

Se coloca el nivel con su eje paralelo al plano que pasa por los ejes de dos tornillos nivelantes, después se cala la burbuja accionando estos dos tornillos en sentidos contrarios para que sumen sus acciones. Seguidamente se hace girar el instrumento180º alrededor de su eje vertical, si la burbuja permanece centrada, es señal que la directriz del nivel es horizontal y paralela al plano de apoyo, en caso contrario el nivel está descorregido y hay que centrar la burbuja, corrigiendo la mitad del desplazamiento con los tornillos niveles y la otra mitad con el tornillo de corrección del nivel.

Uso del Nivel Fijo

El objeto de los niveles montados en los instrumentos topográficos no es otro que el conseguir la verticalidad del eje del aparato con la mayor precisión posible; cuando esto se consigue se dice que el mismo está en estación.

Para poner en estación un aparato, si el nivel está corregido basta situarlo en dirección al plano determinado por los ejes de dos tornillos nivelantes t1 y t2  y accionar éstos en sentido contrario hasta calar la burbuja.

Si el nivel está descorregido, se cala la burbuja del mismo modo, se gira la plataforma 180º, con lo cuál se desplaza la burbuja y se sitúa nuevamente  sobre los tornillos t1 y t2 hasta colocar la burbuja en una posición intermedia; con el tornillo de corrección del nivel se lleva la burbuja a su posición central.

Hacemos después girar el aparato 90º , de este modo queda el nivel en dirección al tercer tornillo t3, y actuando sobre este último, volvemos a calar la burbuja.

De esta forma el eje de giro del aparato es perpendicular a dos direcciones horizontales y quedará por lo tanto en posición vertical. A veces al calar la burbuja con el tercer tornillo se modifica la horizontalidad de la dirección determinada por los otros dos, por lo que hay que verificar nuevamente esta última y continuar los tanteos hasta lograr la horizontalidad de ambas direcciones simultáneamente; lo que se comprueba haciendo girar lentamente el nivel, debiendo quedar la burbuja calada en cualquier posición del mismo.

Punto de Calado del Nivel Tubular

Hasta ahora hemos corregido siempre el nivel, sin embargo, si éste es muy sensible habrá que emplear mucho tiempo y paciencia para llegar a una corrección perfecta; corrección por otra parte, que en estos niveles suele durar poco tiempo y además el tornillo de corrección, por el excesivo uso, acaba estropeándose.

En estos casos, en vez de poner paralela la directriz del nivel a la base del mismo por medio del tornillo de corrección, se escoge otro punto sobre la escala del nivel en que la tangente trazada por el mismo al ecuador resulte paralela a la base, a este punto se le llama, centro o punto de calado del nivel.

Una vez conocido este punto, no hay que hacer más corrección del nivel, para colocar horizontal la base del mismo bastará con girar la plataforma nivelante hasta que el centro de la burbuja coincida con el punto de calado.

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