MEDICIÓN DE PENDIENTE MEDIANTE UN INCLINÓMETRO DIGITAL PARA EL BANCO DE PRUEBAS DEL LABORATORIO DE CONSTRUCCIONES CIVILES FT UDFJC SLOPE MEASUREMENT USING A DIGITAL INCLINOMETER TEST BENCH FOR LABORATORY OF CIVIL CONSTRUCTION FT UDFJC Daniela Ramirez Trujillo. Resumen: En el presente documento se describe el desarrollo y pruebas de un sistema de medición digital (inclinómetro) para el banco de pruebas del laboratorio de Construcciones Civiles FT UDFJC mediante cada una de sus partes como sistema y su correcto acople haciendo énfasis en su desarrollo por medio de varias pruebas donde se encontraron diferentes requerimientos del montaje y mejoramiento para el resultado final. El resultado final fue el sistema digital implementado en el banco de pruebas para el mejoramiento de las prácticas de laboratorio de los estudiantes de Construcciones Civiles, de esta forma con la implementación digital se obtiene un mínimo margen de error ya que la regla de medición que se encuentra actualmente en el canal de prácticas dependiendo del ángulo de inclinación en el que este se encuentre realiza la medición y entrega el valor de la pendiente en porcentaje. Palabras clave: Banco de pruebas, inclinación, inclinómetro, sistema de medición
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MEDICIÓN DE PENDIENTE MEDIANTE UN INCLINÓMETRO DIGITAL
PARA EL BANCO DE PRUEBAS DEL LABORATORIO DE CONSTRUCCIONES CIVILES FT UDFJC
SLOPE MEASUREMENT USING A DIGITAL INCLINOMETER TEST BENCH FOR LABORATORY OF CIVIL CONSTRUCTION FT UDFJC
Daniela Ramirez Trujillo.
Resumen: En el presente documento se describe el desarrollo y pruebas de un sistema
de medición digital (inclinómetro) para el banco de pruebas del laboratorio de
Construcciones Civiles FT UDFJC mediante cada una de sus partes como sistema y su
correcto acople haciendo énfasis en su desarrollo por medio de varias pruebas donde
se encontraron diferentes requerimientos del montaje y mejoramiento para el resultado
final. El resultado final fue el sistema digital implementado en el banco de pruebas para
el mejoramiento de las prácticas de laboratorio de los estudiantes de Construcciones
Civiles, de esta forma con la implementación digital se obtiene un mínimo margen de
error ya que la regla de medición que se encuentra actualmente en el canal de prácticas
dependiendo del ángulo de inclinación en el que este se encuentre realiza la medición
y entrega el valor de la pendiente en porcentaje.
Palabras clave: Banco de pruebas, inclinación, inclinómetro, sistema de medición
Abstract: In this paper the development and testing of a digital measuring system
(inclinometer) to the test lab Construcciones Civiles FT UDFJC by each of its parts as
coupling system and its proper emphasis on its development through described several
tests where different installation requirements and improvement for the final result were
found. The end result was the digital system implemented in the testbed for the
improvement of laboratory practices students Construcciones Civiles, thus the digital
implementation a minimum margin of error is obtained as the measurement rule that
currently in the channel practices depending on the angle at which this be done the
Figura 2: Calculo de la pendiente por medio de un triángulo rectángulo [7]
Grado de pendiente = 30º
Grado de pendiente= 58%
De acuerdo a la pendiente los terrenos se clasifican así:
Plano o casi plano (pendiente de 0 – 3%)
Ligeramente inclinado o ligeramente ondulado (pendiente de 3 - 7%)
Moderadamente inclinado o moderadamente ondulado (pendiente de 7 – 12%)
Fuertemente inclinado o fuertemente ondulado moderadamente quebrado (pendiente
de 12 – 25%)
Quebrado o moderadamente empinado o escarpado (pendiente de 50 – 80%)
Muy empinado o muy escarpado (pendiente >80%)
Pendiente escarpado: es característica de terrenos muy quebrados, en los mapas se
pueden identificar cuando las curvas de nivel aparecen muy próximas unas de otras.
Pendiente suave: cuando las curvas de nivel aparecen bastante separadas unas de
otras, significa que el terreno que representan es de pendiente suave.
Pendiente Uniforme: se puede interpretar que el terreno representado en el mapa es de
pendiente uniforme cuando las curvas de nivel presentan separaciones iguales entre sí.
𝜃
A 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎
𝑏𝑎𝑠𝑒
2.4 Medición de distancias
La medición de distancias en una obra civil o topografía es importante. La distancia puede
determinarse a pasos, mediante podómetro, odómetro, inclinómetro, estadía vertical y
horizontal, triangulación, trilateración y dispositivos electrónicos [8].
3. Desarrollo del Proyecto
Figura 3. Diagrama de bloques general del Instrumento. Elaborada por el autor.
El inclinómetro digital implementado en el banco de pruebas del laboratorio de Construcciones
Civiles de la Universidad Distrital FJC se desarrolló de la siguiente manera. A continuación
podemos observar un diagrama de bloques que describe el proceso.
3.1 Sistema Físico (Inclinómetro): Este primer bloque cuenta con un sensor de ultrasonido
HC-SR04. Este sensor es capaz de detectar objetos y calcular la distancia a la que se
encuentra en un rango de 2 a 450 cm. Su uso es tan sencillo como enviar el pulso de arranque
y medir la anchura del pulso de retorno, se destaca por su bajo consumo, gran precisión y bajo
precio. Funciona con alimentación de 5V.
Figura 4. Imagen Sensor y Pines. [9]
3.2 Adquisición de Datos: Este segundo bloque se realizó empleando un ARDUINO UNO en
él se analiza la entrada del emite y recibe el sensor:
En primer lugar se definen dos constantes, una de ellas pertenece al pin Tring (Emisor)
que es el que realiza el Disparo del ultrasonido y la otra constante pertenece al pin Echo
(Receptor) que es el que realiza la Recepción del ultrasonido, también se incluye la
librería de la LCD ya que más adelante hare uso de ella para visualizar el resultado de
la medición de la pendiente.
Se realiza la definición de variables que se usan a lo largo de la programación, una de
tipo long llamada “duración” en donde ira el tiempo de viaje entre el disparo y la
recepción y otra variable de tipo entero en donde se tomaran los datos de distancia y
pendiente.
Seguido de esto en la configuración se define el modo del pin Trig como salida (Emisor)
y el modo del pin Echo como entrada (Receptor), también se inicia la comunicación serie
para visualizar los resultados en el monitor serie.
Luego en el bucle del código hay que asegurarse de que el Pin Trig este limpio es por
esta razón que por 2 microsegundos se envía un pulso bajo; seguido de esto
simultáneamente se envía un pulso alto para el Pin Trig es ahí cuando emite el
ultrasonido, luego se envía a este un pulso bajo, para poder configurar un pulso alto al
Pin Echo y de esta forma reciba el ultrasonido.
Después de que el pin Echo recibe el ultrasonido, es ahí cuando se crea la variable
“distancia”, en ella se realiza una simple operación, se multiplica el resultado obtenido
en el Pin Echo*la velocidad del sonido para este caso la velocidad del sonido en
milímetros (0.3400000mm)/2. A la variable Pendiente se le atribuye otra sencilla
operación en ella se toma el valor de la (distancia/5000)*100, en donde 5000 es el largo
del canal de pruebas en milímetros y el 100 corresponde a el valor en porcentaje en el
que se genera la pendiente.
Finalmente en una pantalla LCD se realiza la visualización de la medición de la
pendiente en porcentaje, para esto se imprime en una línea de la LCD el titulo Distancia
al igual que en el puerto serial, maneja un tiempo de espera de (10 segundos), para
visualizar el siguiente título que es la medida de la Pendiente, este se imprime en otra
línea de la LCD y también en el puerto serial, maneja el mismo tiempo de espera para
limpiar la pantalla.
Figura 5. Resolución del inclinómetro digital. Elaborada por el autor.
Para obtener la gráfica anterior se empleó la siguiente ecuación:
𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 =𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜(𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠)
𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑚𝑖𝑙𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠)
Ecuación [3] Resolución del inclinómetro digital.
3.3 Ajuste y Calibración del Inclinómetro: Este tercer bloque se realizó con una regla común
y corriente en la cual se realiza la medida de distancia y en el inclinómetro digital se visualiza
0
1
2
3
4
5
6
0 6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
66
72
78
84
90
96
10
2
10
8
11
4
12
0
12
6
13
2
13
8
14
4
15
0
Distancia (mm) Vs Voltaje (V)
Series1
la misma medida, para la medición de pendiente de forma manual en la calculadora se
introduce la siguiente ecuación:
𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎
5000∗ 100% = 𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
Ecuación [4] Distancia con respecto a Longitud, Medida de Pendiente.
Donde distancia es el valor obtenido manualmente con la regla y el inclinómetro, 5000 es la
medida de largo del canal en (milímetros) y 100 % el ajuste que se le realiza a la ecuación para
lograr entregar el valor de la pendiente en porcentaje. Finalmente se evidencia que el
inclinómetro entrega el mismo valor obtenido para la distancia con la regla y para la pendiente
con la ecuación matemática introducida en la calculadora.
3.4 Interfaz con el usuario: Este último bloque se realiza con una pantalla LCD en donde se
visualiza el resultado de la medida de la pendiente, pero dicha medida también se puede
visualizar a través del monitor serie del programa. En la pantalla es posible visualizar la
Distancia que toma el sensor de ultrasonido y seguido de esto se visualiza la medida de la
Pendiente en grados tal como lo requieren los estudiantes del laboratorio de Construcciones
Civiles.
4 Resultados
A continuación se observa el inclinómetro digital terminado e implementado en el banco de
pruebas del laboratorio de Construcciones Civiles de la Universidad Distrital FJC Facultad
Tecnológica.
Figura 6: Inclinómetro digital terminado e implementado en el banco de pruebas Edibon.
Funcionamiento del inclinómetro:
Figura 8: Vista desde abajo del sensor HC-SR04 y la regla de referencia.
Prueba # 1:
Figura 9: Medida de Distancia: 57,77 mm, Pendiente: 1,16%
Prueba # 2:
Figura 10: Medida de Distancia: 51,94 mm, Pendiente: 1,04%
5 Conclusiones
El objetivo principal planteado al comienzo del proyecto fue desarrollar un sistema de
medición de pendiente mediante un inclinómetro digital para el banco de pruebas del
laboratorio de Construcciones Civiles de la Universidad Distrital FJC Sede Tecnológica
cuyo funcionamiento es entregar la medida de la pendiente en grados, de forma sencilla
y exacta con el fin de facilitar las prácticas de los estudiantes. Efectivamente el
instrumento cumple con el objetivo principal, este resultado se obtuvo luego de varias
pruebas realizadas en el canal.
Finalmente se espera que el funcionamiento del inclinómetro digital en el banco de
pruebas de Construcciones Civiles de la Universidad Distrital FJC FT facilite las
prácticas de laboratorio para los estudiantes y genere óptimos resultados en la toma de
datos prácticos.
Referencias
[1] Sánchez, A. “Conocimiento Geográfico” Ed Narcea.s.a, 2da edición 1999
[2] “Inclinómetro Digital | De Máquinas y Herramientas.” [Online]. Available: http://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-de-medicion/inclinometro-digital-substituye-nivel-de-burbuja. [Accessed: 24-Feb-2016].
[3] Machan, G. Bennett, V(RPI)" Use of Inclinometers for Geotechnical Instrumentation on Transportation Projects". Transportation Research Board 500 Fifth Street, NW Washington, DC 20001
