UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA DE MÉXICO

LICENCIATURA: INGENIERÍA EN DESARROLLO DE SOFTWARE

CURSO PROPEDEUTICO

SESIÓN 8. ACTIVIDAD 1

INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL Y DE CAMPO

INFORME FINAL

Tema: Desarrollar un método que determine si existe error de colimación en un equipo topográfico.

Aspirante: Héctor García Solís.

Morelia Michoacán a 25 de mayo de 2019.

1

ÍNDICE

ANTECEDENTES....................................................................................................3

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................3

OBJETIVO................................................................................................................4

DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN............................................................4

METODOLOGÍA.......................................................................................................4

RESULTADOS.........................................................................................................5

TEÓRICOS...........................................................................................................5

DE LA INVESTIGACIÓN EN CAMPO..................................................................5

DE GABINETE......................................................................................................6

DE LAS PRUEBAS EN CAMPO...........................................................................6

CONCLUSIONES.....................................................................................................8

REFERENCIAS Y FUENTES DE CONSULTA........................................................9

ANEXOS................................................................................................................11

A1 ENTREVISTA APLICADA.............................................................................11

A2. ENCUESTA APLICADA...............................................................................12

A3. INTERPRETACIÓN DE ENCUESTA............................................................13

A4. MÉTODO DE OBTENCIÓN DE DATOS Y CÁLCULOS...............................15

A5. INRORMACIÓN PARA ALOGORITMO........................................................16

A6. INTERFAZ DE LA APLICACIÓN..................................................................17

2

ANTECEDENTES

Su servidor es empleado administrativo en una empresa que presta los servicios de topografía a constructores de torres de edificios, puentes, aeropuerto y en general a la obra civil.

Parte de nuestro equipo de trabajo son los niveles ópticos y estaciones totales, estos equipos tienen un programa de servicio de por lo menos cada seis meses o cuando se detecte que hay alguna falla en las mediciones.

En nuestra empresa al día de hoy tenemos tres problemas relacionados con los servicios de los citados equipos, se gastan miles de pesos anualmente en mantenimiento, son muy prolongados los tiempos de entrega y son escasos los laboratorios que se dedican a este rubro. Por lo anterior veo la necesidad de minimizar esos costos haciendo nosotros mismos las pruebas y los ajustes básicos que nos permitan identificar y corregir errores en las mediciones.

INTRODUCCIÓN

La exactitud y la precisión son requisitos fundamentales en la obra civil, los equipos topográficos son herramientas indispensables para garantizar la correcta ejecución del proyecto. Los equipos topográficos antes de iniciar operaciones deben ser sometidos a una calibración y ajustados a los parámetros de fábrica.

Los errores se clasifican en sistemáticos y accidentales. Los sistemáticos son atribuidos al propio equipo, a sus limitaciones y son predecibles. Los accidentales son ocasionados por un factor ajeno a la medición, impericia o negligencia del operador y no son predecibles.

Lamentablemente estos equipos son muy delicados y sensibles a movimientos, golpes o vibraciones. Si su transporte no es adecuado pueden desajustarse sus sensores o compensadores y disminuir la calidad de sus mediciones. En las obras estos equipos corren continuamente el riesgo de ser desajustados por las vibraciones de máquinas, golpes con materiales y descuido al dejarlos caer entre otros factores.

3

Cuando un equipo ha sufrido movimientos excesivos, ha sido golpeado, transportado inadecuadamente o por recomendación del operador, invariablemente debe ser llevado a servicio para no comprometer la calidad de las mediciones. Una mala medición puede tener como consecuencias atrasos en la construcción, multas por desperdicio e incluso responsabilidades penales por negligencia.

En nuestra empresa consideramos importante tener un método de verificación y corrección de errores ocasionados por los factores anteriormente citados y sería de gran utilidad hacerlo en campo. Con ello garantizamos la calidad de las mediciones y ahorramos ya que el servicio lo hacemos nosotros.

OBJETIVO

Desarrollar un método y una herramienta informática sencilla y accesible, que le permita al topógrafo, en campo y de manera práctica verificar si un equipo topográfico tiene error en su medición y con ello garantizar la calidad de su trabajo.

DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Esta investigación se hará enfocada a un equipo topográfico específico, un nivel óptico, lo anterior debido a que se adecúa en tiempo y forma a este curso propedéutico, sin embargo, los conocimientos adquiridos serán utilizados en el futuro para la generalización del objetivo y aplicarlo a la mayoría de los equipos.

METODOLOGÍA

1.- Conocer la naturaleza de las mediciones de las magnitudes de longitud y angular, así como sus conceptos teóricos y utilización en la vida diaria y en la industria.

2.- Conocer el funcionamiento de un nivel óptico, qué errores puede presentar y cómo identificarlos.

3.- Buscar las normas nacionales e internacionales relacionadas con las mediciones longitudinales y angulares.

4.- Acudir a cursos, seminarios, clases o talleres para adquirir los conocimientos básicos en metrología, física, electrónica, informática, matemáticas y los que se requieran relacionados con el proyecto.

4

5.- Llevar acabo entrevistas y aplicar en obras civiles una encuesta sobre la necesidad de saber y poder utilizar en campo algún método para verificar y ajustar equipos.

6.- Conocer las funciones básicas de Excel y uso de fórmulas matemáticas.

7.- Diseñar y elaborar el algoritmo de acuerdo a las normas aplicables, así como una interfaz sencilla y amigable.

8.- El resultado deberá ser un método y un programa informático que indicará, de acuerdo a la normatividad vigente, si el equipo verificado es apto para realizar mediciones o si requiere ajuste.

RESULTADOS

TEÓRICOS

1.- Para entender la naturaleza de las mediciones estudié un primer curso de física básica, diferentes tipos de magnitudes y cómo medirlas. Las consultas de internet me guiaron a libros de física, manuales y organizaciones dedicadas a la metrología. Conseguí el manual de la Norma ISO 17123-2, libros de física como el Holliday-Resnick, el Spivack o el Mc Graw Hill de Probabilidad y Estadística y por ultimo acudí al CENAM (Centro Nacional de Metrología) en la ciudad de Querétaro para complementar los conocimientos en mediciones, entre otros, el valor verdadero de una medición, el valor más probable y la incertidumbre de las mediciones.

DE LA INVESTIGACIÓN EN CAMPO

2.-Acudí a los centros de servicio autorizados para conocer sus métodos de verificación y ajuste de los equipos topográficos, sin embargo, no se me permitió el acceso ni a los laboratorios ni a documentos, argumentando que los métodos y documentos son de dominio privado, algunos patentados y no se pueden transmitir a terceros ajenos al laboratorio. En este punto cabe mencionar que visité cinco laboratorios, tres en la Ciudad de México, uno en Guadalajara y otro en Puebla, todos ellos con la misma respuesta.

3.- Visité al representante en México de la marca que nuestra empresa compra, la respuesta fue la misma que con los laboratorios, no tienen información disponible a terceros, debemos acudir a un centro de servicio autorizado. Lo que ellos pueden hacer, en el mejor de los casos, es hablar con un centro de servicio para que nos den preferencia en tiempos y costos.

5

4.- En mis visitas a la Ciudad de México aproveché para aplicar una encuesta a diez topógrafos en obra civil. Del análisis de resultados de la encuesta se concluye lo siguiente:

a) Es necesario tener un método para verificar equipos topográficos en campo.

b) La calidad de las mediciones es indispensable en la obrac) En su totalidad les gustaría aprender a verificar sus equipos en campod) Coinciden en lo excesivo de costos por mantenimientoe) Saber hacer una prueba y ajuste en campo es ideal porque se puede

dar continuidad a la obra sin atrasos y puede hacerse las veces que sea necesario o se considere pertinente.

DE GABINETE

5.- Toda vez que no se obtuvo conocimiento ni información de ningún taller de servicio ni del representante de la marca, decidí profundizar en los temas por mi cuenta para alcanzar el objetivo, volví a rediseñar el programa de investigación y llegué al siguiente punto 6.- Para poder interpretar los manuales de la Norma ISO 17123-2 y los obtenidos en el CENAM, tuve que recurrir a la orientación de un matemático. Esta persona pudo hacer una interpretación del por qué y cómo deben hacerse las pruebas, hizo una conexión entre la parte física de las mediciones y la parte matemática basada principalmente en estadística. Se hizo un análisis exhaustivo de cada paso para tener un método que se adecuara a nuestro objetivo.

7. Se estudiaron los manuales de operación del equipo topográfico y se fue diseñando el método para pruebas de campo y el algoritmo de cómputo que haría los complicados cálculos estadísticos.

DE LAS PRUEBAS EN CAMPO

8. Una vez que se tuvo establecido el método para hacer una prueba de comprobación del equipo topográfico, se hicieron mediciones en campo, los resultados de estas mediciones alimentaron en programa de cómputo y se obtuvieron resultados, que para el caso que nos ocupa, fueron satisfactorios porque el equipo probado estaba dentro de los límites de fábrica.

Para que la prueba fuera confiable no dimos oportunidad a errores accidentales (anteriormente descritos), se tomaron medidas extremas de nivelación y seguridad y se escogió un horario de las 8 am para evitar interferencias de luz excesiva.

6

Para comprobar la veracidad de los resultados, el propio método lo va haciendo, la estadística y probabilidad aplicada en el algoritmo va desestimando errores accidentales y la incertidumbre estimada nos permite conocer el intervalo donde se encuentra nuestro valor verdadero. Como segundo criterio se hizo una comparación con un equipo que recientemente había sido calibrado, el cual mostró variaciones dentro del rango permitido.

7

CONCLUSIONES

La investigación se tornó más difícil de lo que se esperaba puesto que los laboratorios de servicio de los equipos topográficos no colaboraron compartiendo información sobre su base teórica y sus métodos. En la búsqueda pude constatar que los mismos laboratorios no están instruidos en la esencia de las mediciones, son franquicias que repiten procedimientos y ajustan parámetros de acuerdo a instrucciones, son como las agencias de automóviles, diagnostican y cambian piezas. Este obstáculo me llevó a conocer el fascinante mundo de la física y las matemáticas aplicadas (claro esta a pequeña escala). El trabajo realizado tiene muchas oportunidades de mejora, sobre todo en la parte del diseño de la aplicación de cómputo que a la fecha no se concluye y en la generalización para aplicarlo a más tipos de mediciones. Hasta este punto que hemos llegado se han invertido algunos miles de pesos en capacitación y libros, muchas horas de búsqueda en internet y muchas horas de trabajo en campo.

Todo este esfuerzo ha valido la pena y una vez que llevemos el proyecto a nuestros compañeros de obra tendremos resultados tanto en lo económico como en la calidad de nuestros servicios.

8

REFERENCIAS Y FUENTES DE CONSULTA

DEVORE Jay. (2016). Probabilidad y estadística para ingeniería y ciencias. 9ª Edición. México: Ed. Cengage Learning.

ZILL D. & WRIGHT W. (2012). Matemáticas avanzadas para ingeniería. 4ª Edición. México: Ed. Mc. Graw Hill.

SPIVAC M. (2013). Calculus. 3ª Edición. España. Ed. Reverté.

TIPLER I. (2013). Física para la ciencia y la tecnología, Volumen I. 6ª Edición. España. Ed. Reverté.

RESNICK R., HOLLIDAY D. & KENNETH S. (2015). Física Volumen 1. 14ª Edición. México. Ed. Grupo Editorial Patria.

CENAM, Guía Técnica sobre Trazabilidad Metrológica e Incertidumbre de Medida para Productores de Materiales de Referencia / noviembre 2015 Fecha de emisión: 2015-11-13, fecha de entrada en vigor: 2015-11-20.

INTERNATIONAL ESTÁNDAR. Optics and optical instruments – Field procedures for testing geodetic and surveying instruments – Part 2: Levels. Firts edition 2001-12-01 Reviewed and confirmed in 2016. Licencia de Hector Garcia Solis. Store OP-356418

PEREZ H. Ma. Mar. Estimación de incertidumbres guía GUM. Revista Española de Metrología. 2012. Páginas 114 a 130.

9

Páginas web de estudio:

Wolfgan A. Shmith. Abril de 2014. Guía para estimar la incertidumbre de la medición. Querétaro México. Centro Nacional de Metrología. https://www.cenam.mx/publicaciones/gratuitas/descarga/PDF/GUIA_P_ESTIMAR_INCERTIDUMBRE_Med%202004_09_27.pdf

Castelazo S. Ismael. Diciembre de 2002. Uso de la distribución t para la estimación de la incertidumbre de la medición. Querétaro México. Centro Nacional de Metrología. https://www.cenam.mx/publicaciones/gratuitas/descarga/PDF/NotasobretdeStudent%2020060804.pdf

Moreno J Ángel. Junio de 2005. Metodología para el cálculo de la incertidumbre. Querétaro México. Centro Nacional de Metrología. https://www.cenam.mx/dme/pdf/EXT-Metodolog%C3%ADa%20para%20el%20C%C3%A1lculo%20de%20Incertidumbre.pdf

Centro Español de Metrología. Septiembre 2008. Guía para la expresión de la incertidumbre de la medida. Madrid España. Centro Español de Metrología.https://www.cem.es/sites/default/files/gum20digital1202010.pdf

International Standard. 2016. ISO 17123-2 Optics and opticals instruments field procedures for testing geodetic and surveying instruments. Geneva Suiza. https://www.iso.org/standard/30199.html

Miranda M. Javier. 2000. Evaluación de la incertidumbre en datos experimentales. DF México. UNAM. http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/CALCULODEINCERTIDUMBRESDR.JAVIERMIRANDA_26197.pdf

10

ANEXOS

A1 ENTREVISTA APLICADA

A2. ENCUESTA APLICADA

11

A3. INTERPRETACIÓN DE ENCUESTA

12

La población encuestada fueron 9 hombres y 1 mujer, este resultado se esperaba ya que en la obra civil se emplea principalmente hombres porque es un trabajo pesado y tradicionalmente delegado al sexo masculino

La edad promedio es de 35.5 años, con nivel de estudio predominante técnico.

Interpretación de resultados

Pregunta 1. El uso nivel óptico en la obra civil es obligatorio para garantizar mediciones de alta precisión.

Pregunta 2 y 8. El mantenimiento a los equipos topográficos ocurre regularmente cuando fallan, no existe un programa de servicio preventivo por parte de los operadores. El servicio y ajustes lo delegan al propietario del equipo.

Pregunta 3 y 4. Los operadores son capaces de identificar errores o en sus obras la topografía de supervisión les indica cuando hay variantes considerables en las mediciones, esto frecuentemente es originado por errores, sin embargo, desconocen cómo hacer comprobaciones y ajustarlo en caso de ser necesario.

13

Pregunta 5. Todos los entrevistados coinciden en lo grave que es trabajar con un equipo descalibrado, una mala medición puede ocasionar pérdidas económicas cuantiosas, desperdicios, atrasos y sanciones entre otros.

Pregunta 5, 6, 9 y 10. Los entrevistados en su mayoría están interesados en aprender a diagnosticar su equipo y a realizar ajustes, cuentan con computadora y saben excel básico, pero presentan incertidumbre para desarmar equipos ya que son muy delicados y costosos, por lo que 6 de cada 10 prefiere llevarlos a un laboratorio para mantenimiento y correcciones.

A4. MÉTODO DE OBTENCIÓN DE DATOS Y CÁLCULOS

1.- Colocar 2 estadales (A, B) con 60 m de separación aproximadamente. Fijar el nivel a 10m aproximadamente de uno de los estadales (A).

14

2.- Tomar 5 pares lecturas de ambos estadales

3.- Mover el nivel a 10m aproximadamente del otro estadal (B) y realizar nuevamente 10 lecturas.

Deberán hacerse al menos 4 series de lecturas, de las series se obtiene el promedio siendo este el valor de comparación con 2.5 x s

Para cada serie se tendrá lo siguiente de acuerdo a la Norma ISO 17123-2 1:

En la primera posición sea X la lectura: (XA,1, XB,1,….XA,5. XB,5)En la segunda posición sea X la lectura (XB,6, XA,6,…XB10, XA,10)

Obtenemos primeramente las diferencias de alturas

Sacamos promedio

Y definimos los residuales

La desviación estándar s la obtenemos de:

Donde y

Si se puede considerar que el equipo está ajustado

1. Optics and optical instruments – Field procedures for testing geodetic and surveying instruments – Part 2: Levels. Firts edition 2001-12-01 Reviewed and confirmed in 2016. Licencia de Hector Garcia Solis. Store OP-356418

A5. INRORMACIÓN PARA ALOGORITMO

15

A6. INTERFAZ DE LA APLICACIÓN

16

17