Antonella di Luggo » 14.Strumenti per il rilievo indiretto

Gli strumenti per il rilievo indiretto

1. Longimetri;
2. goniometri;
3. livelli.

Ha collaborato alla redazione di questa lezione l’arch. R. Catuogno.

Distanziometri laser

Longimetri

I longimetri a misurazione indiretta possono misurare con precisione lunghezze, superfici e volumi. Si distinguono in distanziometri ad ultrasuoni e distanziometri laser. Il principio di funzionamento è molto simile, ma la portata invece risulta diversa. Nei distanziometri ad ultrasuoni (ove la distanza è misurata da un’onda ad alta frequenza) la portata non supera i venti metri, mentre nei distanziometri laser la portata può arrivare fino a 100 metri.

I distanziometri laser sono caratterizzati dal fatto che emettono un raggio laser diretto al punto da misurare. L’apparecchio riceve dei segnali luminosi di ritorno e analizzando la velocità della luce tra diodo laser e ricevitore misura la distanza. I distanziometri laser sfruttano il fatto che il tempo tra l’emissione e il ricevimento di un segnale luminoso è proporzionale alla distanza da misurare. Per poter misurare il tempo di transito del raggio luminoso, il raggio laser emette degli impulsi elettronici. Per i distanziometri viene solitamente applicata una lunghezza d’onda di 635 nanometri; infatti in questo modo il punto di destinazione della luce è ben riconoscibile dall’occhio umano e il raggio luminoso è nel contempo visibile anche per la fotocellula nel ricevitore.

I goniometri

Goniometri

Nella famiglia dei goniometri collochiamo tutti gli strumenti che, con diversa precisione, consentono di misurare angoli sia orizzontali che verticali.

È possibile distinguere:

• goniometri atti a misurare angoli orizzontali, detti azimutali;
• goniometri atti a misurare angoli verticali, detti ecclimetri;
• goniometri atti a misurare angoli sia orizzontali che verticali, detti altazimutali o goniometri universali;
• goniometri atti a misurare angoli comunque disposti nello spazio (angoli di posizione), detti sestanti.

Teodolite

Nella famiglia dei goniometri troviamo il teodolite, un goniometro munito di cannocchiale distanziometrico, adatto dunque anche a misurare distanze (cfr. equazione alla stadia).

Il teodolite

Il teodolite poggia su un treppiede che non è solidale allo strumento, ma risulta essere un accessorio fondamentale per il suo utilizzo. Il treppiede è costituito da tre piedi telescopici, (adatti alla messa in stazione dello strumento per qualunque condizione del terreno) alle estremità dei quali sono presenti tre puntali utili per bloccarlo (possono infatti essere conficcati nel terreno o inseriti in un triangolo fatto di corda o di materiale plastico, appoggiato su un pavimento). Il treppiede presenta nella parte superiore un foro, al di sotto del quale vi è un vitone, detto vitone di ancoraggio, che serve ad ancorare lo strumento al treppiede. La particolarità del vitone è quella di potersi muovere in maniera eccentrica rispetto al foro in modo da poter effettuare spostamenti dello strumento nel piano orizzontale per posizionarlo sul punto di stazione (senza spostare il treppiede).

Sul piano del treppiede, viene poggiato il teodolite costituito nella parte bassa da un basamento munito di filettatura per il serraggio al vitone.

Il teodolite (segue)

Sul basamento c’è il tricuspide, dotato di tre viti calanti che consentono i movimenti necessari per la messa in orizzontale del piano di riferimento.

Attraverso un innesto a baionetta, al tricuspide viene fissata l’alidada che ruota nel piano orizzontale. L’alidada rappresenta il supporto del cannocchiale, ha la forma di una U assimilabile anche a quella di una forchetta a due denti entro i quali passa un perno su cui è fissato il cannocchiale che può ruotare nel piano verticale.

Potendo ruotare lo strumento di 360° sul piano orizzontale e il cannocchiale di 360° nel piano verticale è possibile collimare qualsiasi punto nello spazio.

Si definiscono dunque tre assi: quello verticale passante per l’alidada, quello orizzontale passante per il perno del cannocchiale e quello di collimazione del cannocchiale, che materializzano nel loro punto di incontro il centro dello strumento (visibile sui lati del teodolite) e l’altezza strumentale.

Il cannocchiale è munito di viti micrometriche che permettono una regolazione fine della collimazione.

Il teodolite (segue)

I moderni teodoliti sono muniti di un visore presente su entrambi i lati sul quale è possibile leggere l’angolo zenitale e l’angolo azimutale.

In figura 1 è possibile distinguere l’alidada su cui trovano collocazione le batterie (19), e su cui è marcato un cerchietto collocato in asse col perno di rotazione del cannocchiale (2) che rappresenta l’altezza dello strumento. È possibile distinguere chiaramente il tricuspide, le viti calanti (7), il piombino ottico (12), le viti micrometriche ed i due visori. Da notare le due livelle toriche innestate nell’alidada (21-26) e la livella sferica sulla basetta (11).

Tricuspide

Al teodolite come anche al tacheometro sono fissate due livelle toriche ed una sferica. Le livelle toriche sono sull’alidada e la livella sferica sul tricuspide. Sul tricuspide è presente anche un piombino ottico attraverso il quale è possibile traguardare il punto di stazione a terra.

La messa in stazione

Per l’utilizzo dello strumento è necessaria la messa in stazione.

La procedura viene suddivisa in due fasi, una prima fase con la quale si rende orizzontale il piano del treppiede, ed una seconda fase in cui si rende verticale l’asse dello strumento.

Si fissa il treppiede al terreno cercando si rendere la piastra di ancoraggio orizzontale con l’ausilio di una livella torica. Nel disporre il treppiede bisogna riuscire a vedere il punto a terra attraverso il foro della piastra. Ciò si ottiene legando un filo a piombo al vitone di ancoraggio. Una volta resa orizzontale la piastra di appoggio del treppiede si dispone su di essa lo strumento, avvitando il vitone ma evitando di serrarlo per permettere in un secondo momento la traslazione dello strumento sul piano orizzontale. Successivamente si centra lo strumento sul punto a terra, prima col filo a piombo poi col piombino ottico, e poi si serra la base.

La messa in stazione

• Posizionamento del treppiede;
• centratura dello strumento sul punto di stazione;
• primo livellamento attraverso la manovra dei piedi telescopici.

La messa in bolla

Per la messa in bolla si agisce sul tricuspide e sulle viti calanti. Agendo con movimenti uguali e contrari si centra la bolla della livella sferica, si ripete l’operazione dopo aver fatto compiere allo strumento una rotazione di 90 gradi. Dopo aver reso orizzontale l’asse passante per due delle tre viti della base si ripete l’operazione agendo sulla terza vite della base.

La stazione totale

I primi distanziometri venivano utilizati in maniera solidale al teodolite modificandone il maniglione o ancorando il distanziometro stesso al cannocchiale, anticipando le funzioni della stazione totale. Questo se da un lato facilitava la presa delle misure dall’altro ne penalizzava l’utilizzo a causa della parallasse che si veniva a creare tra l’asse del cannocchiale e l’asse del distanziometro. Successivamente si è pervenuti alla stazione totale strumento che integra le funzioni del distanziometro con quelle del teodolite attraverso la condivisione dell’asse di collimazione.

La stazione totale (segue)

È uno strumento che misura angoli e distanze, che associa dunque le funzioni del teodolite a quelle dei distanziometri.

I distanziometri elettronici possono essere infatti montati su teodoliti o su tacheometri formando un sistema che prende il nome di stazione totale.

Per rilevare una distanza occorre mettere lo strumento in stazione nel punto di partenza e posizionare il prisma riflettente, generalmente montato su cavalletto, nel luogo di cui si vuole conoscere la distanza dal punto di stazione.

La stazione totale, una volta inviata l’onda modulata, mostra su di un display la misura della distanza cercata.

La stadia

Quando il teodolite o il tacheometro è dotato di cannocchiale distanziometrico, è possibile utilizzarlo con l’ausilio di una stadia, come longimetro a misurazione indiretta.

La stadia è costituita nella sua configurazione più semplice da un’asta graduata, rigida (composta da uno o più parti ripiegabili) o elastica (arrotolabile) colorata a fasce rosse e bianche.

Il cannocchiale distanziometrico è un normale cannocchiale dotato internamente di un reticolo a croce che indica tre letture: lettura a filo superiore, a filo intermedio e a filo inferiore.

Traguardando la stadia attraverso l’obiettivo, la distanza tra due tacche assume, un valore proporzionale alla porzione misurata moltiplicata per una costante K (tipica di ogni strumento, definita costante diastimometrica), che può essere uguale a 50 o 100.

Il principio di funzionamento nella determinazione della distanza si basa sull’angolo parallattico, fisso o variabile, che può definirsi come quell’angolo che si viene a formare quando si traguarda una lunghezza che si vuole misurare attraverso l’ausilio di un oggetto che diventa multiplo di essa.

Equazione alla stadia

Per la misura delle distanze è possibile utilizzare un teodolite con cannocchiale distanziometrico insieme ad una stadia.

Attraverso il cannocchiale distanziometrico si fanno due letture ai fili superiore ed inferiore, la differenza tra le due letture si definisce S intervallo di stadia.

La distanza d si può calcolare con l’equazione alla stadia che per una configurazione dell’andamento altimetrico come riportato in figura 2 diventa d=KS (angolo zenitale è di 90°). Quindi, quando è possibile fare misurazioni traguardando la stadia con l’asse del cannocchiale perfettamente orizzontale, la lettura dell’intervallo di stadia dà immediatamente la distanza D.

Quando l’asse del cannocchiale non è orizzontale la distanza d è data dalla formula:

d = KS sen² θz

detta equazione alla stadia, dove θz è l’angolo zenitale formato dall’asse verticale passante per lo strumento e l’asse di collimazione del cannocchiale.

Si può utilizzare la stadia anche disponendola orizzontalmente nel qual caso si utilizza l’angolo azimutale formato tra le due letture ai fili sul reticolo orizzontale.

Il livello

Per misurare differenze di quota tra due punti sulla superficie terrestre si fa uso della livellazione geometrica che ha la funzione di individuare la linea visuale orizzontale di riferimento e di consentire le necessarie letture alle stadie, o mire di livellazione, per la determinazione dei dislivelli. I livelli si distinguono in livelli su linea, che materializzano nell’asse di collimazione una linea orizzontale soltanto in una determinata direzione, ed in livelli su piano, che realizzano una linea orizzontale in tutte le direzioni. Esistono varie tipologie di livelli che possiamo suddividere in livelli a traguardi, livelli a cannocchiale, livelli automatici o autolivelli e livelli digitali. Il livello a cannocchiale è essenzialmente costituito da un cannocchiale che attraverso il suo asse di collimazione permette l’individuazione della quota su una stadia, e da una livella a bolla per rendere orizzontale tale asse. I livelli a cannocchiale con livella si possono a loro volta suddividere in livelli a cannocchiale fisso, livelli a cannocchiale fisso con vite di elevazione, livelli a cannocchiale girevole e livelli a cannocchiale girevole con vite di elevazione. Il livello digitale è uno strumento per livellazione geometrica corredato di un dispositivo rivelatore elettronico che, attraverso una correlazione di immagine, rende possibile la lettura automatica del dislivello e della distanza fra il punto di stazione dello strumento e la posizione della mira.

Il livello a cannocchiale

La livellazione geometrica tecnica o topografica avviene attraverso l’individuazione di linee di mira orizzontali effettuate attraverso livelli a cannocchiale.

Misurando la quota di ciascun punto rispetto a tale linea si determinano le quote dei punti da rilevare.

Per determinare il dislivello tra due punti A e B si ricorre al livello che deve soddisfare la condizione di disporre orizzontalmente l’asse di collimazione del cannocchiale in qualsiasi direzione si effettui il puntamento.

Il livello a cannocchiale

Sono costituiti da un cannocchiale fornito di una livella torica e sostenuto da un basamento, in cui tre viti calanti ne permettono la perfetta messa in stazione.

L’asse ottico del cannocchiale viene reso orizzontale regolando le tre viti calanti; sono disponibili livelli automatici muniti di un compensatore pendolare, che consente la messa in stazione dello strumento dopo il suo posizionamento con una normale bolla sferica.

Alcuni livelli sono muniti anche di un cerchio orizzontale per la misura degli angoli azimutali.
Se l’impiego del livello a cannocchiale avviene entro distanze brevi (al massimo 100 m) la sua precisione è contenuta entro 1 mm.

Volendo determinare il dislivello tra due punti si colloca lo strumento in stazione in un punto intermedio fra quelli da rilevare, quindi si dispone sui due punti una stadia perfettamente verticale e attraverso il cannocchiale si effettuano le due letture; se l’asse di mira è perfettamente orizzontale, il dislivello tra i due punti viene determinato dalla differenza delle due letture.

Se il dislivello fra i due punti è rilevante occorre effettuare più di una stazione e il dislivello complessivo è dato dalla somma algebrica delle letture in avanti e indietro.