Precisión suiza por sus proyectos topográficos, (casi) sin costo!

El monitoreo geodésico de una represa o la medición de un red principal para una obra vial son proyectos que necesitan precisión milimétrica, pero cómo alcanzar esta  gran precisión sin que tener que invertir miles de dólares en equipos de precisos?

Eso es lo que vamos a ver en este video…

Y qué tal si por este episodio nos vamos al país de la precisión…. Suiza!.

Sistema hidroeléctrico de Cleuson-Dixence

Cruzamos el océano Atlántico para ir en las montañas Suizas.

En particular, all sistema de la represa de Cleuson-dixence, un sistema hidroeléctrico único en el mundo.

El sistema capta el agua de 11 glaciares en 4 valles diferentes.

Hay más de 100 km de túnel a través de las montañas para canalizar esta agua. 

Todo este líquido termina en turbinas, 2000 metros más abajo en el valle. 

Por lo tanto, es la caída de agua más grande del mundo. 

Esta agua genera más de 2 giga watt hora. Lo que da electricidad para 1 millón de personas a lo largo del año. 

Es equivalente a una central nuclear pero con energía totalmente renovable.

La represa de Cleuson es parte de este sistema.

Fue construida entre 1947 y 1950. Su altura es de 87 m, es una represa peso.

Arriba tiene un espesor de 5 m y su base tiene 80 m.

Tiene un capacidad 20 millones de metros cúbicos. Por los minerales que se encuentre en el agua  su lago es color celeste. 

La presión que ejerce el agua sobre esta infraestructura es gigante.

Entre el momento cuando la laguna está llena y el momento en el que está vacía, la represa se mueve algunos centímetros.

Monitorear los movimientos de la represa

Si, estos gigantes se mueven!

Cuando el lago está lleno, la presión empuja la represa y sus fundaciones río abajo,  cuando está vacía la represa retoma su posición original. 

La represa actúa como un elástico. 

Bueno eso es lo ideal.

Lo que le interesa a los dueños de la represa es saber si la obra regresa exactamente a la misma posición por un mismo nivel de agua. 

O al contrario, si hay una deriva en el movimiento.

Lo que significa que el movimiento que la obra podría sufrir de un defecto estructural.

Como geodesta, medir movimientos o sea calcular la diferencia de coordenadas de un punto entre dos periodos de tiempo, es parte de nuestro trabajo. Así que este tipo de trabajo debería estar en nuestro alcance.

Para detectar movimientos inferior a 1 cm de manera confiable se necesita por lo  menos tener una precisión 2 a 4 veces más pequeña. Es decir que se necesita una precisión de algunos milímetros.

Podriamos alcanzar este precision?

Cuáles técnicas alcanzan una precisión milimétricas?

Con qué tipo de medición se puede obtener una precisión de algunos milímetros?

Usando un drone de fotogrametría?

No, en el mejor de los casos se podría obtener una precisión de 5 cm.

Usando GPS con RTK, sabe, cuando tenemos una estación de base que envía los datos por radio o internet a una estación rover que mide los puntos? 

No, tampoco, con este tipo de mediciones se podría alcanzar una precisión de 2-3 centímetros a lo máximo, entonces no es suficiente.

Qué tipo de mediciones podríamos usar entonces?

La mediciones con una Estación Total o sea las mediciones taquimétricas. 

Con estas mediciones se podría obtener una precisión sobre las distancias de 2 mm +2ppm (partes por millon).

Es decir teniendo una precisión de 4 mm sobre un kilómetro, quedamos justo justo para detectar con confianza movimientos por debajo del centímetro…..

Sin embargo, con los ángulos la precisión estándar es de 3 segundos de arco, lo que corresponde a 15 milímetros en 1 km… así que no va ser suficiente….

Nos queda la nivelación geométrica ноде? 

Bueno, número 1 las mediciones de nivelación sólo podría detectar movimientos verticales y además es una técnica que requiere mucho tiempo para distancias de varios kilómetros.

Al nivel de precisión se podría alcanzar unos milímetros sobre cortas distancias pero si se trata de algunos kilómetros, la precisión aumentaría bastante…

Bueno lo ha entendido no es fácil alcanzar una precisión de algunos milímetros. Y eso con equipos perfectamente calibrados.

Además esto no toma en cuenta los errores de centrado de algunos milímetros sobre el mojón, los problemas de refracción en el aire y de las diferencias de temperaturas…

¿Entonces qué? ¿Hay que invertir en los equipos más costoso del mercado para alcanzar este precisión?

Equipos de precisión?

Claro, se puede invertir decenas de miles de dólares en equipos!

Aunque, para la nivelación geométricas es preferible tener un equipo de precisión, nivel de precisión con mira invar.

Por los otros equipos no es la única opción….

Mientras tiene al menos unos receptores GNSS de doble frecuencia y una estación total que alcanza menos que 7 second de arco con un distanciómetro de 2mm +2ppm.

Hay métodos que permiten aumentar la precisión de sus equipos.

Es como encontrar el boton  deporte o turbo boost sobre su estación total o su receptor GNSS.

Precisión aumentada:GNSS

Como lo vimos, con equipos GNSS y un método de tipo RTK o estático rápido no alcanza precisión superior a un centímetro.

De hecho, el método que va a aumentar la precisión de sus equipos GNSS es de aumentar el tiempo de mediciones…..

Mire este gráfico que diseñe a partir de varios estudios científicos.

Como lo muestra este gráfico, usted puede ver que la precisión mejora con el tiempo de medición.

Cuando se mide algunos segundos la precisión es de 3 cm.

Mientras que después de algunas horas, la precisión baja a algunos milímetros. 

Luego se necesita medir mucho más tiempo para disminuir todavía más la precisión, pero entre más tiempo se mide mejor precisión.

Para el geodesta, el plan es tener el compromiso entre tiempo de medición y precisión.

Suficiente tiempo para alcanzar la precisión sin perder tiempo y dinero en el proyecto.

En general, para el monitoreo geodésico de una represa, mediciones de unas 10 horas, ofrece un excelente resultado.

Es decir una precisión inferior a 5 mm en la horizontal y inferior a 1 centímetro en la vertical.  Además, si mide durante la noche, la precisión va ser todavía mejor. 

Porque?

Porque la actividad atmosférica que es la principal fuente de imprecisión en las mediciones. es en general mucho menor durante la noche.

Precisión aumentada:Taquimetría

Vimos como aumentar la precisión de sus equipos GNSS

ahora vemos cual es el botón turbo boost sobre su estacion total.

Con la taquimetría, el método que va a aumentar la precisión de sus equipos es las mediciones de series. Las mediciones de series consiste a repetir de 2 a 4 veces la mediciones de cada reflector en posición I y II de la estación total.

Por ejemplo: se mide los puntos A, B, C, D ,E … en posición I. Luego se mide E, D,  C, B, A en posición II. 

Medir en las dos posiciones de la estación total permite suprimir tanto los errores del instrumento como las errores de colimación vertical o la no perpendicularidad de los eje de la estación total (https://www.youtube.com/watch?v=Wuaa1ZtqOco).

Así que de multiplica las mediciones sobre los puntos.

Se calcula el valor de dirección, ángulo cenital y distancia para cada punto haciendo el promedio de todo las mediciones.

La desviación estándar de una medición está en función de los residuos entre las mediciones y el promedio.

La fórmula exacta es la raíz de la suma de los residuos al cuadrado dividido por el número de mediciones menos uno.

sm  = r2n-1

Eso es la precisión de una medición.

Sin embargo, la estadística nos dice que el hecho de medir varias veces todo los puntos  va a bajar todavía más la desviación estándar del promedio.

La desviación estándar del promedio es la desviación estándar de una medición sobre la raíz del número de mediciones.

sp=smn

Con esta ecuación se ve que entre más mediciones tiene, es decir N más grande, más pequeña es la desviación estándar que va a tener como resultado. . 

Haciendo 3 o más series, le permite tener una desviación estándar angular inferior a 1 segundo de arco osea una precisión de inferior a 5 mm sobre un 1 km y eventualmente bajar a una precisión sobre la distancia de 1mm +1ppm

Con este método de mediciones de serie, pude medir  una red de deformación de un volcán con una TC307 de marca Leica. 

Según el fabricante este equipo da una precisión de 7’’ sobre los ángulos o sea 3.4 cm a 1 km y de 2mm+2ppm sobre su EDM. 

Un equipo más para trabajo de construcción que una estación total de precision. 

Gracias a las mediciones de series, logré tener una precisión sobre los ángulos  de 1-2’’ segundo de arco, sobre las distancia de 1mm+1ppm.

Estas precisiones me permitieron detectar movimientos milimétricos sobre reflectores hasta 2 km de distancia. 

Estos métodos son los que también se están usando en el monitoreo de la represa de Cleuson en Suiza. Lo que permite de detectar los movimientos milimétricos de estas obras gigantescas!

Haga sus propias pruebas con sus equipos y compártamelo en un correo 

Vez no es siempre necesario invertir miles de dólares en equipos para lograr una alta precisión!

Lo importante más que todo es tener un conocimiento profundo de la mediciones geodésica, de la física y de la estadística. 

Eso es lo que quiero compartir con usted en este canal. 

Mi plan no es enseñarle técnicas que dentro de un año ya no sirven porque los equipos y los softwares cambiaron.

No lo importante es tener los conocimientos que nunca van a cambiar y de hecho la estadística y las bases de la geodesia no van a cambiar.

Esto es una inversión que de verdad vale la pena!

Gracias a los conocimientos que comparto en este canal, usted va a poder alcanzar nuevos mercados, ahorrar tiempo y dinero en sus proyectos y aumentar sus ganancias.

Alcanzar la precisión óptima para asegurar sus ganancias!

Le interesa?

Entonces suscribase así usted no se va perder ningún video que haga y a mi me permite mejorar mis videos. Tanto usted como yo estamos ganando!

Entiende?

Listo, subscribase!

El truco: cuidado las distancias!

Al final como siempre le comparto un truco, una astucia que le puede hacer ganar dinero y tiempo, algo que le va a permitir de superar a su competidores y ganar la licitación.

Hoy la información que voy compartir con usted es fundamental… algo que si no lo aplica puede arruinar todas las mediciones…

Que dicha que se quedó viendo este video!

Ok, para las distancias, además de la repetición de la mediciones, el punto que le va a permitir alcanzar una precisión, es el de corregir las distancias por la presión, temperatura y humedad.

De hecho, la diferencia de temperatura, la presión y humedad alarga o acorta la distancia, la corrección de estos parámetros atmosféricos se hace a través de un factor de escala en las distancias. 

De memoria, puedo decir que, una diferencia de 1 °C le va a generar un factor de escala que le va dar un error de 1 mm sobre un 1 km. Imagínese si  hay 10°C de diferencia entre su primera medición en verano y la segunda en invierno, se va generar un factor de escala de 10 ppm osea una diferencia de 1 cm sobre 1 km…. 

Bye bye, a la precisión de algunos milímetros.

Aún peor, en el caso del monitoreo de una represa, usted podría decir que la represa se mueve de manera catastrófica y que no es el caso…. 

Hasta aquí llego su carrera de topógrafo.

Tomar en cuenta temperatura, presión y  humedad es sumamente importante.

Algunos me va a decir: obvio!

Pero no es tan obvio, sigo viendo redes de deformación que muestran desplazamientos que son claramente un problema de escala del distanciómetro.

Aquí por ejemplo, los vectores de una red de un túnel de un metro. Usted ve los vectores? 

Parece que todo el túnel se mueve.

Pero si observa de una manera más atenta puede ver que los vectores están sistemáticamente en la prolongación de las distancias….

Eso es claramente un problema de factor de escala sobre la distancia y en este caso fue que el operador quien no tomó en cuenta la temperatura, presión y humedad a la hora de medir su red.

Imagine el pánico que el topógrafo generó cuando presento estos movimientos a los ingenieros civiles de la empresa de construcción y la vergüenza que tuvo cuando fue a confesar una semana después que finalmente se había confundido en la mediciones…. sin hablar de lo miles de dólares perdidos al medir nuevamente la red….

Un momento duro en la vida de un topógrafo… puede decir que esta persona no pondrá más un pie en la obra de un tunel ni de cualquier proyecto de precisión…

Para que no le pase a usted, no olvide medir la temperatura, la presión y la humedad pero sobre todo la temperatura a la hora de hacer mediciones de precisión. 

Se pueden incluir estas mediciones es su estación total para que se tome en cuenta directamente el factor de escala.

Si le gustaría que hable más de este tema mandame un mensaje e intentare hacer un episodio sobre este tema y de los efectos catastrófica de la refracción. 

La ley

Vimos que las mediciones GNSS con tiempo de ocupación de una noche o más, con estación total haciendo mediciones de serie y nivelación de precisión  todo en una misma red que explota las ventajas de cada una de las 3 técnicas se debería obtener la precisión requerida…

Pero hay una ley que puede cambiar todo…. 

Una Ley?

Una Ley que tiene que conocer si quiere empezar a tener proyectos de geodesia más grande.

Contra esta Ley, un abogado no le va ayudar a defenderse….

Esta ley es una ley estadística.

Es la ley de propagación de los errores…. la pesadilla del Geodesta……

Mientras, usted puede descargar el PDF que contiene no solo las ventajas de cada técnica de medición, si no que también la parte de las precisiones de cada técnica. Si está interesado con este PDF, envieme “PDF” a mi correo inscrito aquí abajo cgeodesta@gmail.com