ERRORES EN MEDICIONES TOPOGRÁFICAS

ERRORES EN MEDICIONES TOPOGRÁFICAS

CARLOSALBERTO PUERTA COLORADO

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES ESING FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL A DISTANCIA BOGOTA D.C 2015

ERRORES EN MEDICIONES TOPOGRÁFICAS

CARLOS ALBERTO PUERTA COLORADO

TRABAJO ESCRITO

TUTOR: JAVIER VALENCIA SIERRA ING. TOPOGRAFO

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES ESING FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL A DISTANCIA BOGOTA D.C 2015

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CONTENIDO

Pág.

1.

INTRODUCCIÓN

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2. OBJETIVOS

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2.1 OBJETIVO GENERAL

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2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

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3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

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3.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

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3.2 JUSTIFICACIÓN

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4. MARCO TEÓRICO

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5. CONCLUSIONES

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BIBLIOGRAFÍA

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GLOSARIO

Azimut: Ángulo horizontal positivo, entre 0° y 360° medido a partir de la dirección norte en el sentido horario. El azimut puede ser verdadero, magnético o convencional según sea el meridiano de referencia.: escribe aquí la definición de la primera palabra ordenada por orden alfabético de forma similar a un diccionario. Poligonal: Consiste en la figura conformada por la sucesión de alineamientos que unen puntos a lo largo de un levantamiento topográfico. La poligonal puede ser cerrada en el caso general de terrenos o abierta cuando es el caso de carreteras, redes de servicios, etc.

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RESUMEN

Este trabajo escrito está basado en los errores de las mediciones topográficas, que son encontrados tanto en el método, equipo y personal que se encuentra realizando un levantamiento topográfico. Dentro de la competencia de un ingeniero civil deberá conocer y representar ciertos tipos de errores en las mediciones o levantamientos topográficos y seguidos dar solución a los requerimientos.

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INTRODUCCION

El ejercicio de la topografía, es reconocida mundialmente por ser parte importante de la ingeniería civil, no podemos pensar en un gran proyecto o mediano sin pensar en el papel que juega la topografía en este campo, todo se vasa en medidas y son estas la que hacen posible y tangible la realización de un proyecto. Todas y cada una de las actividades realizadas por el ser hombre tienen influencia debido a los factores que afectan los procesos que requieren una medida con un alto grado de exactitud. Dentro de la naturaleza del ser humano está el crear y desarrollar herramientas, que tienen como objetivo solucionar y facilitar las tares del diario vivir. El riesgo construir equipos y herramientas es la tolerancia a ciertos errores tanto de diseño como ambiente y estos al tener imperfecciones que aunque son comprensibles y tolerables también requieren un manejo adecuado para evitar que se conviertan en excesos que afecten radicalmente los resultados esperados.

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OBJETIVO GENERAL

Conocer los diferentes tipos y clases de errores adoptados dentro de las mediciones en el campo de la topografía aplicando conceptos de Ingeniería, además tener presente el origen y la magnitud y tolerancia de los errores; descripción y análisis matemático de los mismos. También podremos conocer sus características principales además de las formas prácticas y elementales para reducir su ocurrencia o afectación comprendiendo que los errores afectan cualquier aspecto de la vida directa o indirectamente aunque académicamente parezcan estar únicamente relacionados con el tema matemático.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

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Tener un concepto claro y responsable de los tipos de errores y sus variaciones. Aprender técnicas para reducir o evitar errores Conocer los factores relacionados en la ocurrencia de errores Clasificar y conceptualizar la importancia de disminuir los errores sistematicos y humanos Clasificar los errores y su posible solución Llevar a cabo formulas para el cálculo de los errores Tener un concepto favorable del instructor de la materia de topografía y su posterior calificación sobre el trabajo.

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ERRORES EN LAS MEDICIONES TOPOGRÁFICAS

ERROR: Diferencia entre el valor verdadero que se pretende hallar y el que se ha encontrado. En el campo de la topografía como en muchos campos en los que la medición se efectúa se pueden encontrar errores provenientes de diferentes factores, los cuales no se pueden pasar por alto y se deben manejar dentro de un margen puesto que ninguna medición se hará 100% exacta y es de esta manera que encontramos los diferentes tipos de errores pero antes debemos conocer los tipos de mediciones en el campo de la topografía. Todos los trabajos de campo necesarios para lleva a cabo un levantamiento topográfico, consiste en esencia en la medición de ángulos y de distancias. En ciertos trabajos puede ser suficiente medir solo ángulos, o solo distancias pero en general suele ser necesario medir ambas magnitudes. En topografía la medida de ángulos se hace con instrumentos llamados genéricamente (goniómetros) y la medida de distancias se hace por métodos indirectos (estadimetricos) o métodos electromagnéticos (distanciometros electronicos), los ángulos a medir pueden ser horizontales (acimutales), los cuales miden el ángulo de barrido horizontal que describe el aparato entre dos visuales consecutivas, o verticales (cenitales), que miden el ángulo de inclinación de anteojo al lanzar una visual a un punto concreto.

Grafica 1 8

TIPOS DE ERRORES

1. Errores en las observaciones 1.1 Errores sistemáticos 1.2 Errores accidentales 2. Verificación del instrumento. Medidores de ángulos 2.1 Error de colimación Vertical 2.2 Error de colimación horizontal 2.2 Error de Muñones 3. Errores de lectura 3.1 Errores de lectura por apreciación 3.2 Errores de lectura sistemáticos 4. Errores casuales 5. Errores instrumentales 6. Errores humanos 7. Errores atmosféricos

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1. ERRORES EN LAS OBSERVACIONES Toda observación puede venir afectada por dos tipos de errores, uno de ellos de forma segura, los accidentales; los otros pueden existir o no dependiendo del estado del instrumento, los sistemáticos. 1.1 Errores sistemáticos. Son aquellos que se repiten por igual a lo largo de todo el conjunto de mediciones. Estos están asociados a imperfecciones o a descalibración de los instrumentos. Entre los más comunes tenemos:  Cintas con una distancia diferente al patrón, es decir cintas mal fabricadas, donde los centímetros marcados en ella no corresponden en realidad al centímetro patrón. De igual forma una cinta vieja que comienza a estirarse debido a luso, puede generar errores sistemáticos. De lo anterior se deduce que estos pueden ser positivos o negativos dependiendo del inconveniente que se tenga. 

Al realizar toda medida con cinta, sobre todo en distancias muy largas, esta tiende a flexionarse debido a su propio peso. La curva que adopta la cinta se llama catenaria y genera siempre un error positivo. La corrección es muy simple, se hace pensionando la cinta hasta que la catenaria sea imperceptible a simple vista. Las medidas de distancias muy largas por tanto, es mejor tomarlas en tramos más cortos para evitar al máximo la formación de catenaria en la cinta. En terrenos con vegetación exuberante lo recomendable es limpiarlos para evitar que la medida se vea afectada por la deformación que sufre la cinta al estar en contacto con la vegetación.

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Un error común sobre todo en personal con poca experiencia es el permitir que la cinta se enrolle, esto genera un error positivo. La corrección es simple, verificar que en todo momento que la cinta este desenrollada y en posición horizontal.

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Un error que es siempre negativo, es la falta de alineación, esto quiere decir, que la medida no se toma hasta el punto definido sino que se toma corrida un poco a la izquierda o a la derecha. Esto se corrige tomando las medidas exactamente sobre el punto, ojalá apoyándose en el uso de una plomada. 10

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una expansión debido a un incremento en la temperatura, genera un error positivo, mientas que una contracción debido a una baja de la temperatura genera un error negativo.

1.2 Errores accidentales. Este tipo de errores están asociados a los encargados de realizar las mediciones, sin embargo tienen la condición que no se cometen por negligencia sino por causas que estos no pueden eliminar de las mismas. Por esto a este tipo de errores se les denomina fortuitos. Los más comunes de estos errores tienen que ver con la falta o exceso de tensión sobre las cintas para eliminar la catenaria (por esto se pueden generar errores tanto positivos como negativos). Otro tipo de error está generado por falta de agudeza visual del observador. Esto quiere decir que no se reconocen con claridad las separaciones de la cinta, por ejemplo los milímetros, dando como resultado errores de lectura. Es importante definir dos conceptos claves asociados al concepto de error: Precisión y exactitud. Precisión se refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión. Una medida común de la variabilidad es la desviación estándar de las mediciones y la precisión se puede estimar como una función de ella. Es importante resaltar que la automatización de diferentes pruebas o técnicas puede producir un aumento de la precisión. Esto se debe a que con dicha automatización, lo que logramos es una disminución de los errores manuales o su corrección inmediata. No hay que confundir resolución con precisión. Exactitud se refiere a cuán cerca del valor real se encuentra el va lor medido. En términos estadísticos, la exactitud está relacionada con el sesgo de una estimación. Cuanto menor es el sesgo más exacto es una estimación. Cuando se expresa la exactitud de un resultado, se expresa mediante el error absoluto que es la diferencia entre el valor experimental y el valor verdadero.

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2. VERIFICACIÓN DEL INSTRUMENTO. MEDIDORES DE ANGULOS 2.1 Error de colimación vertical: también llamado error de eclímetro. Se da cuando hay una posición errónea del origen de los ángulos verticales o también cuando la componente vertical del retículo está mal colocada. Para comprobar: 2.2 Error de colimación horizontal: es la falta de perpendicularidad entre el eje secundario o de muñones y el eje de colimación u observación. Para comprobar: 2.3 Error de muñones: se da cuando no son perpendiculares el eje principal o vertical y el eje secundario o de muñones. Para comprobar:

3. ERRORES DE LECTURA 3.1. ERRORES DE LECTURA POR APRECIACIÓN La apreciación de un instrumento es la menor medida que se puede registrar con él (el mínimo valor de una división de la escala graduada). Por ejemplo: las reglas graduadas tienen como apreciación 1 mm (la menor división representa 1mm). Al medir con una de estas reglas, el observador puede leer con certeza hasta 1 mm. Por eso, al reportar una longitud medida, tiene que hacerlo con una incertidumbre de fracciones de milímetro, que son las longitudes que no logra apreciar con ese instrumento. Luego, el error en la medición debido a la apreciación del instrumento, es el menor intervalo que el observador puede discernir en la escala de ese instrumento, y se denomina estimación de una lectura o error de apreciación del instrumento. Muchos textos toman como tamaño de este intervalo, la apreciación, de esta manera la estimación o error de apreciación, es:

Así, si medimos con la regla, una longitud L de 69 mm debemos reportar una medida de: 69mm más o menos. 3.2 ERRORES DE LECTURA SISTEMÁTICOS Son los errores de observación producidos por imperfecciones en los instrumentos de medida o por deficiencia en el método experimental. Pueden ser constantes o variar en forma regular. Tienden a desviar el valor de una medida en una sola 12

dirección, esto es, dan valores siempre mayores o siempre menores que el valor verdadero. Son difíciles de eliminar porque no se pueden detectar por observaciones repetidas. Sus causas principales son las calibraciones erróneas o los defectos internos de los aparatos de medición. Así, si las divisiones de una regla graduada son demasiado grandes o demasiado pequeñas, las longitudes que se midan con ella, tendrán sus valores numéricos mayores o menores que el valor verdadero. También es causa de errores sistemáticos los defectos regulares en el proceso de medición, por ejemplo; la te ndencia del observador a ubicarse mal frente al instrumento (error de paralaje), lo que ocasiona que siempre mida con exceso o con defecto. En principio se pueden minimizar este tipo de errores, calibrando lo más exactamente posible los instrumentos de medición y corrigiendo adecuadamente el método empleado para medir cada cantidad física. Los distintos valores de las mediciones se acumularán en las proximidades del valor medio y serán cada vez más escasos a mayores distancias de éste (la demostración formal de este comportamiento, nos la da la ley de distribución de errores de Gauss).

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4. ERRORES CASUALES Son los errores de observación producidos por causas no controladas o desconocidas, siendo el propio observador la causa más determinante; ante todo, la limitada capacidad de discriminación de su visión al leer las lecturas y, eventualmente, la destreza de sus manos al efectuar la medida. En la medición de la longitud de un segmento recto con una regla graduada, ponen un límite a la exactitud, la destreza manual y la agudeza visual del operador cuando trata de hacer coincidir la escala graduada con el borde inicial del segmento a medir. Asimismo, es inexacta la lectura del lugar donde acaba el segmento junto a la

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regla. De ahí que la repetición reiterada de la medida de la longitud del segmento, no dé siempre el mismo valor. Unas veces, los pequeños errores cometidos en la lectura de los extremos obrarán casualmente en el mismo sentido sobre el resultado y darán un aumento o una disminución del mismo; otras veces ocurrirá que, casualmente, influirán en sentidos opuestos, contrarrestándose mutuamente en mayor o menor grado. Por consiguiente los diversos resultados de una serie de mediciones presentarán una dispersión en torno al valor medio. Prescindiendo de los errores sistemáticos, en principio, sólo podremos afirmar que el valor verdadero se halla, con gran probabilidad, dentro del dominio de dispersión, y en la región de máxima acumulación de las distintas medidas. Si tomamos como resultado del proceso de medición, el valor medio, evidentemente, no tendremos la certeza de que sea igual al valor verdadero, siempre queda la incertidumbre acerca de la discrepancia entre dicho promedio y el valor verdadero, pero, es el mejor valor que sobre la base de nuestras medidas podemos reportar. Además, se demuestra fácilmente, que al aumentar la cantidad de medidas, esta discrepancia se reduce considerablemente, pudiendo ser menor que el error sistemático.

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5. ERRORES INSTRUMENTALES Son los errores que se presentan por un uso indebido, manipulación descuidada o desgaste de los equipos, patrones o dispositivos que utilizamos para efectuar o comprobar medidas o magnitudes ya sean angulares o distancias lineales. Es recomendable que todo equipo de medición reciba un mantenimiento adecuado y oportuno, ya que todo material está expuesto a desgaste por uso o desuso y afecta el funcionamiento de los componentes de todo dispositivo. En cuanto a equipos de topografía específicamente se deben mantener limpios, en lo posible ser almacenados en un lugar seco, se deben transportar adecuadamente en sus cajas o estuches originales sin que reciban golpes o vibraciones fuertes, se deben 14

limpiar con productos que no sean abrasivos ni que deterioren las propiedades físicas de los materiales, los equipos no se deberían llevar en las partes externas de un vehículo o camioneta, no se deben tirar al piso ni utilizar sus cajas de transporte como asiento, escalera o base para colocar cosas, cuando no se tiene en cuenta todas estas observaciones es recomendable reducir los tiempos entre cada mantenimiento para darle al equipo un ajuste y verificación apropiado, se debe tener en cuenta que la durabilidad y funcionamiento correcto de cualquier maquina depende del mantenimiento y cuidados del operario. 6 ERRORES HUMANOS Son los causados por la misma condición de imperfección del ser humano, estos errores se pueden presentar por distracción de las personas que ejecutan cualquier tipo de labor, ya que la cotidianidad y los problemas del diari o vivir influencian el comportamiento y estabilidad emocional de toda persona. En ocasiones el entorno o el hecho de usar la mente para pensar en varios asuntos simultáneamente genera distracciones y desenfoques en las labores que se ejecutan lo cual causa que hagamos movimientos descoordinados, oprimamos botones que no esperábamos usar, movamos piezas equivocadas, leamos datos que creímos leer bien y anotamos o dictamos de forma diferente, también hay casos en los que las personas están desmotivadas en sus trabajos y esto los lleva a obrar de mala manera o con falta de compromiso y ética en lo que se hace. Estos errores en general son difícilmente eliminados, pero es posible reducirlos con algunos consejos básicos como:    

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Poner y enfocar la mente en la tarea a efectuar. Procurar separar los problemas personales de la labor que se ejecuta. Elegir labores que en realidad nos gusta hacer para poder trabajar cómodamente. En cuanto a las compañías y a personas que seleccionan al personal, es conveniente conocer las aptitudes psicológicas y físicas de cada empleado para estar seguros que son idóneos para ocupar el cargo asignado y para dar los resultados esperados. Se debe descansar apropiadamente antes de iniciar una jornada de trabajo y hacer pausas activas para evitar fatiga física, ya que estar parados o en ciertas posiciones relacionadas con la operación de equipos puede causar lesiones de columna, desgaste de los órganos de sistema ocular, y extremidades. Se recomienda estar bien hidratados para evitar desbala nce electrolítico del cuerpo por falta de líquido. 15

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No se debe pensar jamás que un dispositivo por costoso o bien elaborado que sea, es totalmente exacto, durable y perfecto en su operación, por esto es conveniente que el operador de los instrumentos tenga un conocimiento teórico y práctico suficiente que le permita detectar con rapidez y criterio cuando se presente un cambio en el estado normal de funcionamiento de un equipo para detener la labor, corregir el proceso y si amerita decidir si enviar el equipo a reparación.  Se debe tener conocimientos, experiencia y estudios suficientes para elegir acertadamente la marca, referencia, confiabilidad, aplicaciones y características de un equipo antes de adquirirlo, aunque hoy en día existen variadas marcas que han sido testeadas y aprobadas para procedimientos topográficos, es una buena práctica utilizar implementos certificados y evitar improvisar.  Cuando se ejecutan labores de Topografía, muchas veces las personas que lo hacen no tienen suficiente capacitación y criterio técnico para ejercer estas funciones correcta y éticamente, por eso es conveniente conocer bastante sobre el tema del que se va a desarrollar, de la medición, del objetivo del trabajo y de su alcance, ya que el usuario de la información espera obtener datos confiables y veraces.  El Topógrafo debe seleccionar las herramientas y equipos indicados, en ningún momento debe improvisar utilizando prácticas inadecuadas que arriesguen la calidad del producto final, por ejemplo: para medir largas distancias con precisión no se debería utilizar medidas a pasos o con cinta métrica tendida y desnivelada sobre el suelo, para trasladar un nivel a larga distancia no se debería confiar en procedimientos básicos como una manguera de niveles, para hacer levantamientos de alta precisión con estaciones totales o teodolitos se debe utilizar plomadas o bases nivelantes con prismas fijos que garanticen que se apunte los hilos de la mira del equipo al punto requerido. Todos estos criterios técnicos entre otros, optimizan los trabajos y agregan confiabilidad a la información, su omisión generalmente trae por consecuencia el efecto del error. 7. ERRORES ATMOSFERICOS La naturaleza actúa sobre todos los elementos que la rodean y sobre los que están interactuando con ella, por esa razón los equipos y herramientas también son afectados por factores como la temperatura, presión atmosférica, altitud, electro magnetismo, cargas eléctricas adyacentes a las zonas de trabajo, humedad, radiaciones, nubosidad y refracción solar entre otros

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CONCLUSIONES

Todo tipo de medición estará propensa a ser afectada por errores de distinto índole, por esto se debe realizar una serie de pasos para mitigar los errores y estos no afecten sustancialmente la medición. La topografía y la geodesia son ciencias encargadas de la medición cuantitativa y cualitativa de la tierra, siendo su diferencia las medidas del tipo de extensión del terreno, debido a esto se considera que la topografía es una ciencia que interviene directamente en gran parte de las demás ciencias, por esta razón es necesario prestar especial atención y aplicar los procedimientos adecuados para medición y cálculo de dimensiones, angulares, lineales y magnitudes en general. Una magnitud puede ser afectada considerablemente por varios factores que provienen del hombre, de la naturaleza misma y de los materiales con los que se construyó las herramientas de medición. Existen límites máximos y mínimos que determinan las bases y los requerimientos para la medición de magnitudes para pro yectos científicos y de ingeniería.

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BIBLIOGRAFÍA

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/201620/MODULO%20TOPOGRAFIA/lecci n_10_errores_comunes_en_topografa.html

http://es.slideshare.net/StephanyDZiga/errores-en-topograf https://luisunzueta.wordpress.com/2011/12/06/topografia-teora-de-errores/ https://avafp.blackboard.com/webapps/blackboard/content/listContent.jsp?course_i d=_29992_1&content_id=_733013_1

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