Introducción al Nivel Óptico

Una de las herramientas de mayor aplicación en el área de la construcción es el nivel óptico. Su uso es imprescindible para realizar tareas de nivelación tradicional, tales como la determinación y la transferencia de alturas o la medición de ángulos, tanto en campo abierto como en edificios de todo tipo.

Los ingenieros y topógrafos emplean niveles ópticos para preparar terrenos, construir terrazas y muros de contención, efectuar excavaciones y establecer cimientos, dados de cimentación, estanques de contención y fosas sépticas. Los contratistas de hormigón los usan para el control del vertido, así como la alineación y el aplomado de superficies de hormigón. Los constructores de terrazas y patios los emplean para nivelar pisos, establecer diagonales y cimientos. Por otra parte, los niveles ópticos también encuentran amplia aplicación en el sector agrícola para tender drenajes y realizar prácticas sustentables en terreno, tales como arado, plantación, cultivo y cosecha en el contorno o el ángulo recto de una pendiente natural.

En la actualidad existen diversos tipos de niveles ópticos. Sin embargo, los automáticos o autonivelantes se han impuesto porque son más fáciles de configurar y usar, ya que permanecen nivelados brindando lecturas exactas, independientemente de las vibraciones del suelo, de los cambios de temperatura o de las condiciones de estabilidad en que son manejados.

Este artículo técnico se referirá, por lo tanto, a los niveles ópticos automáticos.

Partes de un Nivel Óptico

Al igual que otras clases de niveles profesionales usados principalmente en la construcción, un nivel óptico automático también posee tornillos de nivelación, un nivel circular de burbuja y un objetivo. Sin embargo, la característica que lo distingue de los demás es un compensador, es decir, un péndulo óptico que corrige, o compensa, las variaciones de una línea de nivel enfocada.

También integran la estructura de un nivel óptico muchas otras piezas que desempeñan funciones importantes. En la figura de abajo vemos un ejemplo de todas estas partes fundamentales.

Partes de un Nivel Óptico

• Objetivo: contiene las lentes que magnifican los objetos enfocados.
• Botón de enfoque: permite visualizar los objetos con claridad y nitidez.
• Ocular: situado en el otro extremo del objetivo, se puede girar para enfocar la cruz reticular.
• Nivel circular: asegura que el instrumento se encuentre en un punto de nivel verdadero.
• Tornillos de nivelación: permiten efectuar ajustes para asegurar la nivelación del instrumento.
• Círculo horizontal: marcado en grados, se usa para el ajuste y la lectura de ángulos horizontales.
• Tornillo de ajuste horizontal: se puede ajustar para que el instrumento se desplace hacia la izquierda o derecha en la placa base.
• Placa base: pieza por la cual el nivel óptico se conecta a un trípode.
• Compensador: es un sistema de prismas suspendido sobre alambres finos que funcionan según el principio del péndulo bajo acción de la gravedad o del magnetismo, dependiendo del modelo. Las longitudes de los alambres y las posiciones de los puntos de suspensión están definidos de forma que los rayos de luz que el sistema de prismas envía a los hilos de la cruz reticular sean rayos horizontales. Por lo tanto, en la medida en que el sistema de prismas pueda girar libremente, la línea de colimación permanecerá horizontal, aún cuando el telescopio no esté ubicado en posición exactamente horizontal.

¿Cómo usar un Nivel Óptico?

El uso correcto de un nivel óptico automático requiere seguir unos pasos sencillos y rápidos que podemos resumir en la siguiente guía orientativa.

1) Puesta a punto del Nivel

Los niveles ópticos se usan siempre sobre un trípode, por lo tanto, cuando vayamos a poner a punto nuestro instrumento, es importante asegurarnos de que contamos con el trípode apropiado, es decir, que la rosca del trípode coincida con el elemento de fijación a trípodes que posee el aparato. Muchos fabricantes proveen el trípode con el kit del nivel óptico; otros lo venden por separado. También se incluye en el kit (o de lo contrario, debemos adquirirlo aparte) un estadal o mira estadimétrica para enfocar el nivel óptico después de su nivelación.

Puesta a punto del Nivel Óptico

Por lo tanto, una vez que tenemos estos elementos seleccionados apropiadamente podemos comenzar con el proceso de montaje.

2) Montaje del nivel óptico

Cuando extraemos el instrumento de su maletín, es importante colocarlo directamente sobre el cabezal del trípode. Si lo depositamos en otro lugar, podríamos causarle daños.

Después del montaje en el trípode, el siguiente paso es atornillar el nivel a la base de trípode. En este momento, podemos retirar la tapa protectora de la lente en forma segura y colocarla en el maletín. Después, el maletín debe cerrarse y colocarse en un lugar resguardado, de modo que no obstruya el paso de otros trabajadores o el desplazamiento de otras herramientas o máquinas.

Después de estos pasos se termina el proceso de montaje, pero antes de seguir adelante debemos verificar que:

• El trípode quede perfectamente estable y firme. Esto es importante para garantizar que el instrumento no se inclinará mientras se realiza el proceso de nivelación.
• La conexión entre el nivel óptico y el trípode sea segura.
• Los tornillos de nivelación no estén demasiado ajustados contra la placa base.

3) Nivelación del nivel óptico

Para efectuar mediciones precisas y exactas debemos asegurarnos de que el instrumento esté nivelado en un radio de 360 grados. El procedimiento a seguir en este caso es similar para todos los niveles ópticos, aunque puede haber ligeras diferencias dependiendo del fabricante.

Para nivelar usamos los tornillos de nivelación que contiene el instrumento, marcados en la figura de abajo como A, B y C.

Nivelacion del Nivel Óptico

Primeramente usamos los tornillos A y B, girándolos en el sentido indicado por las flechas hasta que la burbuja del nivel circular que vemos en la parte superior de la figura quede en una posición intermedia entre ambos tornillos (Paso 1).

Seguidamente, giramos el tornillo C hasta situar la burbuja en el centro del nivel circular (Paso 2). Después giramos el nivel 180 grados y comprobamos que la burbuja permanezca centrada; de lo contrario, repetimos los pasos 1 y 2. Es importante que la burbuja siempre permanezca centrada, ya que si no, las mediciones serán incorrectas.

4) Enfoque del nivel óptico

Después de asegurarnos de que el instrumento está nivelado, el siguiente paso es enfocarlo.

Para ello, apuntamos el objetivo hacia un objeto. Al principio, este objeto aparecerá borroso, pero girando el ocular, ya sea hacia la izquierda o derecha, lograremos que dicho objeto se vea nítido. Esto indica que el enfoque es correcto.

5) Fijación de una línea de referencia

Una vez que enfocamos el ocular, apuntamos el objetivo hacia el estadal, ubicado a unos metros de distancia en forma perfectamente vertical (de ser necesario, será sostenido por otra persona) y usamos el botón de enfoque para que las marcas del estadal aparezcan nítidas.

Finalmente, con el ajuste fino lateral hacemos coincidir exactamente la cruz reticular con el centro del estadal, tal como vemos en la siguiente figura.

Nivel Óptico – Fijar línea de referencia

Si el enfoque del objetivo es correcto, la cruz reticular y la imagen del estadal no deben desplazarse entre sí al mover el ojo detrás del ocular.

6) Efectuar mediciones

Después de realizar los pasos de 1 al 5, ya podemos efectuar las mediciones de los objetos de interés. Para ello, simplemente apuntamos el instrumento nivelado y enfocado contra el estadal, de manera que la cruz reticular coincida con el centro del estadal. Dependiendo de la capacidad del nivel óptico, podemos medir alturas, distancias y ángulos, y para ello sólo basta seguir las instrucciones del fabricante.

Consejos útiles para el uso de niveles ópticos

Hacer un buen uso de nuestro instrumento no sólo nos permitirá obtener mediciones confiables, sino que también prolongará la vida útil del mismo. A continuación brindamos algunos consejos que conviene seguir.

• Los niveles ópticos siempre deben transportarse dentro de su maletín para evitar daños al compensador, especialmente los modelos que no vienen provistos con botón de bloqueo del compensador.
• Si la distancia es corta, el nivel óptico se puede transportar montado en el trípode, pero siempre y cuando se mantenga en posición vertical.
• Cuando la lente del objetivo no está en uso, debe cubrirse con la tapa correspondiente para evitar daños en el instrumento.
• Sólo se logran mediciones precisas y exactas cuando:
  • Los dos tornillos de nivelación se giran al mismo tiempo y velocidad durante el paso de nivelación.
  • El instrumento está nivelado en un radio de 360 grados.
  • Los tornillos de nivelación no están demasiado ajustados. De lo contrario, también puede deformarse la placa base, causando un daño permanente.
• Nunca debemos enfocar el objetivo directamente hacia el sol.
• Cuando observamos por el objetivo debemos mantener ambos ojos abiertos. Esto impide el cansancio de los ojos y evita que debamos entrecerrarlos.
• La imagen enfocada es más nítida cuando queda comprendida dentro de la cruz reticular; este es el lugar más preciso de la lente (ver figura de arriba).
• El salto de una imagen se llama paralaje. Por eso, cada vez que el nivel óptico se mueve, debemos girar el botón de enfoque hasta eliminar completamente el paralaje.

Algunos ejemplos de medición con nivel óptico

Antes de comenzar, coloque la mira de nivelación perfectamente vertical. Apunte el aparato de medición nivelado y enfocado contra
la mira de nivelación de manera que la cruz reticular coincida con el centro de la mira de nivelación.

Medición de Distancia con Nivel Optico:

Coloque y centre el nivel óptico en el punto de origen para la medición de distancia. Efectúe la lectura de la altura en la mira de nivelación utilizando la raya superior e inferior de la cruz reticular. Multiplique por 100 la diferencia entre ambas alturas para obtener la distancia del aparato de medición respecto a la mira de nivelación.

En la figura, la distancia medida es: (1,347 m – 1,042 m) x 100 = 30,5 m.

Lectura de Altura con Nivel Optico

Efectúe la lectura de la altura en la mira de nivelación utilizando la raya central de la cruz reticular.
En la figura, la altura medida es: 1,195 m.

Medición de Angulos con Nivel Optico

Coloque y centre el nivel óptico con el punto de origen para la medición del ángulo. Apunte el nivel óptico contra el punto A. Gire el círculo horizontal 10 hasta hacer coincidir el punto de cero con el índice de lectura 9. Oriente entonces el nivel óptico
contra el punto B. Efectúe la lectura del ángulo en el índice de lectura 9.

En el ejemplo el ángulo es de 45º / 45 gon.