Metodologia de investigación para ingeniería civil

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Guía Metodológica para elaboración de proyectos de investigación en Ing. Civil

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Metodologia de investigación para ingeniería civil

  1. 1. Chiclayo, 2012
  2. 2. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 2 Ing. Manuel Borja Suárez CONTENIDO I. LA CIENCIA 1.1. Definiciones 1.2. El conocimiento empírico 1.3. El conocimiento científico 1.4. Evolución del conocimiento científico 1.5. Clasificación de las ciencias II. LA INVESTIGACION Y EL METODO CIENTIFICO 2.1. El método científico 2.2. Características de la investigación científica 2.3. Tipos de investigación 2.3.1. De acuerdo al fin que se persigue a) Investigación básica ó pura b) Investigación aplicada c) Investigación aplicada 2.3.2. De acuerdo a los tipos de datos analizados a) Investigación cuantitativa b) Investigación cualitativa 2.3.3. De acuerdo a la Metodología para demostrar la hipótesis a) Investigación experimental b) Investigación no experimental III. PROYECTOS DE INVESTIGACION EN INGENIERIA 3.1. Antecedentes 3.2. Problemática en la ingeniería civil 3.3. El tema de investigación IV. CONTENIDO DEL PROYECTO DE INVESTIGACION 4.1. Título del proyecto 4.2. Planteamiento del estudio 4.2.1 Descripción del proyecto 4.2.2. Descripción de la realidad problemática 4.2.3. Formulación del problema de investigación (pregunta de investigación) 4.2.4. Objetivos de la investigación 4.2.5. Justificación 4.2.6. Alcance y limitaciones 4.3. Marco teórico 4.3.1. Antecedentes de la investigación 4.3.2. Base teórica científica 4.3.3. Definiciones de términos 4.3.4. Hipótesis 4.3.5. Variables e indicadores 4.3.6. Operacionalización de variables 4.4. Marco metodológico 4.4.1. Tipo de investigación 4.4.2. Diseño de contrastación de la hipótesis 4.4.2.1 Diseños experimentales
  3. 3. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 3 Ing. Manuel Borja Suárez A) Pre experimentos B) Experimentos puros C) Cuasi-experimentos 4.4.2.2 Diseños no experimentales A) Investigación descriptiva B) Investigación ex post-facto 4.5. Población y muestra 4.5.1. Tamaño de la muestra a) Para población infinita b) Para población finita 4.5.2. Procedimiento de muestreo a) Muestreo probabilístico b) Muestreo no probabilístico 4.5.3. Errores durante el muestreo 4.6. Materiales y equipos 4.7. Técnicas y formatos de recolección de datos 4.7.1. La observación 4.7.2. La entrevista 4.7.3. La encuesta 4.7.4. Pruebas estandarizadas a) Escala de Likert b) Diferencial semántico c) Escalograma de Guttman 4.8. Análisis estadístico de datos 4.9. Cronograma de actividades 4.10. Presupuesto 4.11. Financiamiento 4.12. Referencias bibliográficas
  4. 4. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 4 Ing. Manuel Borja Suárez INVESTIGACION Leyes Conocimiento científico Conceptos Principios Conceptos Principios Leyes CIENCIA I. LA CIENCIA “Los conceptos y principios fundamentales de la ciencia son invenciones libres del espíritu humano”. “El hombre encuentra a Dios detrás de cada puerta que la ciencia logra abrir” (A. Einstein) 1.1. Definiciones Es el conjunto de conocimientos metódicamente organizados en forma sistemática y rigurosa que describen, explican y predicen una realidad externa. Está integrada por conceptos, leyes y principios adecuadamente organizados y concatenados entre sí. Según Mario Bunge, la ciencia es un creciente cuerpo de ideas que puede caracterizarse como conocimiento racional, sistemático, exacto, verificable, aunque no necesariamente verdadero, por medio del cual el ser humano ha logrado conceptualizar la naturaleza y sus fenómenos. Elementos principales: - Su objeto de estudio. La realidad misma. La realidad empírica. - Su contenido. Conjunto de conocimientos. Teorías, leyes, hipótesis - Metodología de estudio. 1.2. El conocimiento empírico  Se adquiere directamente de la práctica y experiencia.  Es una forma primaria de conocimiento que apareció simultáneamente con el hombre.  No puede dar explicaciones racionales de los fenómenos.  Aparece el razonamiento especulativo: imaginación, intuición, deseos, emociones: mitos y leyendas.  Una de las formas principales vinculadas al razonamiento especulativo es el de las pseudociencias, cuya principal debilidad radica en su negativa a contrastar empíricamente sus postulados. 1.3. El conocimiento científico  “Es el conocimiento racional, sistemático, exacto, verificable y por consiguiente falible” (Bunge, 1974)  Surge cuando el conocimiento empírico deja de resolver los problemas planteados.  Las primeras disciplinas científicas estuvieron relacionadas con las necesidades primordiales del hombre: matemáticas, astronomía.  El desarrollo del conocimiento científico ha sido gracias a la investigación, la cual realiza el proceso de búsqueda que permite identificar principios, leyes y generalizaciones con el fin de incorporarlas al conocimiento científico.
  5. 5. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 5 Ing. Manuel Borja Suárez Entender la realidad Comprobar (contrastar) y/o corregir el conocimiento existente Generar nuevo conocimiento Entender la realidad problemática Explicar porqué las cosas ocurren de una manera y no de otra  La ciencias responde no solo al porqué de las cosas, sino también al como, debiendo explicar porqué las cosas ocurren de una forma y no de otra. 1.4. Evolución del conocimiento científico Una de las ciencias que puede servir como ejemplo para analizar la evolución del conocimiento científico es la astronomía. “La ciencia de los cielos”, como un día definiera Lucrecio (98-5 a.C) a la futura Astronomía, es una disciplina que ha apasionado al hombre desde las épocas más remotas. Sin embargo esa pasión estuvo largo tiempo mediatizada por la superstición nacida frente a lo desconocido y lo grandioso. La observación directa y la intuición eran los únicos instrumentos que poseían los hombres antiguos para aproximarse al cielo. La orientación y los horarios terrestres surgieron apoyándose precisamente en aquella observación: en la posición del Sol, la Luna y las estrellas. Así mismo la carencia de instrumentos adecuados determinó que la Astronomía permaneciera durante siglos como un apéndice de las religiones y que cobrara aspectos esotéricos a través de la astrología. Con la introducción del telescopio por Galileo Galilei pudo iniciarse una ruptura que chocó con intereses ideológicos contrarios. Gracias a Copérnico y Galileo se derrumbaron los supuestos iniciales (hipótesis) que consideraban a la tierra como el centro del universo. Posteriormente Kepler y Newton demostraron la validez de la gravitación terrestre y la trayectoria elíptica de los planetas. Finalmente Albert Einstein con sus postulados de la teoría de la relatividad sentaba las bases para el estudio de la cosmología moderna, al postular que el tiempo transcurre más lentamente para los objetos en movimiento y cómo la masa se transforma en energía; así mismo postulaba que la gravedad no es ya una fuerza sino una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo por la presencia de una masa. A continuación exponemos algunos de los principales representantes en la evolución del conocimiento científico:  Tales de Mileto (Siglo VI a.C.) Fue un filósofo griego que buscaba las causas de los fenómenos naturales mediante la observación de la realidad. Así elabora una teoría general del universo, Conocimiento acientífico Conocimiento del cosmos Conocimiento científico Surgimiento del universo Física ReligiónAstrología Astronomía Por qué hacer investigación científica?
  6. 6. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 6 Ing. Manuel Borja Suárez proponiendo que el mundo está formado por una sustancia invariable que adopta diferentes formas.  Aristóteles (Siglo IV a.C) Filósofo, discípulo de Platón, elabora sus teorías del silogismo, la causalidad y la inducción, que constituyen un aporte fundamental para el razonamiento científico. Posteriormente y a lo largo del siglo XVII se desarrolló un nuevo clima intelectual cuya premisa básica consistía en lograr la emancipación definitiva de la filosofía y la ciencia, hasta entonces siervas de la teología; dentro de estos investigadores tenemos:  Francis Bacon (1561-1626), Estableció un método experimental basado en la inducción científica, planteando que solo la reiterada y sistemática observación de los hechos particulares podía dar lugar a conceptos generales y a un conocimiento real de la naturaleza. No obstante, un dominio insuficiente de las cuestiones matemáticas le impidió avanzar en el terreno de la física, siendo superado en sus planteamientos por sus contemporáneos.  Galileo Galilei (1564-1642) Demostró que la realidad era fundamentalmente cuantitativa y que, por consiguiente, solo empleando las matemáticas como método podían ser formuladas las leyes del movimiento. Su método de investigación consistía en plantear una hipótesis de trabajo que, siempre que fuese posible, debía ser corroborada por medio de la experimentación, formulada matemáticamente y enunciada como una ley universalmente válida.  René Descartes (1596-1650) Supo unir la lógica científica y metafísica para alcanzar una nueva comprensión del universo. Descartes definía la razón como el poder dado a todos los hombres para “juzgar bien y distinguir lo verdadero de lo falso”. En caso de error, no debía culparse a la razón misma sino a su mala aplicación. La primera regla de su método consistía en dudar sistemáticamente de todo: se trataba de no tener nunca nada por cierto sin que se conozca evidentemente como tal (duda metódica). Descartes rechazaba la percepción de los sentidos.  Isaac Newton (1643-1727) Físico inglés que inicia la llamada revolución científica al cuantificar la fuerza de la gravedad y postula la Ley de la Gravitación Universal, además las leyes del movimiento que llevan su nombre. Newton afirmaba que la observación no debería ser realizada por filósofos sino por científicos.  Albert Einstein (1879-1955) Físico alemán que sostenía que la única fuente de conocimiento era la experiencia y pensaba que las teorías científicas eran creaciones libres de una aguda intuición física y que las premisas en que se basaban no podían aplicarse de un modo lógico al experimento. Además sostenía que una buena teoría sería aquella que necesitara los mínimos postulados para explicar un hecho físico; así ocurrió con su teoría de la relatividad que fue obtenida mediante razonamientos matemáticos y análisis racional sin contar con una base experimental. A pesar de ello, las ecuaciones permitían deducir fenómenos comprobables.  Karl Popper (1902-1994) Filósofo que sostiene que todo método científico alcanza únicamente respuestas provisionales, pues éstas siempre serán susceptibles de quedar obsoletas. Plantea el procesos del conocimiento como la proyección de conjeturas que deben ser sometidas a la falsación.  Thomas Kuhn (1922-1996) Amplió la idea del conocimiento científico con el concepto de “paradigma”, mediante el que intenta unir al conjunto de axiomas y principios, los intereses y tradiciones con los que actúa la comunidad científica. 1.5. Clasificación de las ciencias En la actualidad se utilizan diversos criterios para clasificar a las ciencias.  Según el objetivo que persiguen la ciencia se puede clasificar en: a) Ciencias básicas o puras: cuyo interés principal es puramente cognoscitivo, como por ejemplo la Física, Biología, Antropología, etc.; y b) Ciencias aplicadas: cuando el interés radica en la posible utilidad práctica del conocimiento resultante, como por ejemplo: La Ingeniería.  Si tomamos en cuenta el objeto de estudio, la ciencia se puede clasificar en: a) Ciencias formales: basadas en ideas y conceptos que no existen en la realidad como la Lógica, las Matemáticas y la
  7. 7. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 7 Ing. Manuel Borja Suárez Semántica, y que por tanto no requieren de la experiencia contrastar sus leyes; y b) Ciencias fácticas o factuales: Referidas a fenómenos, hechos y procesos de la realidad y que requieren de la constrastación empírica de sus leyes. Estas se pueden clasificar a su vez en Naturales: Física, Química, Biología; Sociales: Sociología, Economía y Mixtas: Psicología social, etc. (Bunge 1996)  De acuerdo a su grado de adelanto (nivel de sistematización, grado de desarrollo de sus métodos de estudio, nivel de comprobación de sus hipótesis, etc.) la ciencia puede clasificarse en a) Desarrolladas: como la Física; b) Semidesarrolladas: Biología; y c) Atrasadas o Protrociencia: como la Economía, Sociología, etc. (Bunge, 1996). Ver gráfica:  Otros autores plantean otra clasificación, basada en su objeto de estudio, según el cual las ciencias pueden dividirse en ciencias físico-naturales, ciencias humanas y ciencias sociales. (Sierra Bravo, 1984). En las primeras la realidad observable está conformada por toda la naturaleza y el universo, sin incluir al hombre y la sociedad, que son el objeto de estudio de las ciencias humanas y ciencias sociales respectivamente.  Por último se tiene las ciencias empíricas basadas en la realidad observable y las ciencias no empíricas como las matemáticas y la lógica, también llamadas puras o formales pues su objeto de estudio no es observable en la realidad. * Características de la ciencia factual (Tomado de Bunge,M. 1972) 1. Es fáctica, puesto que parte de los hechos, reflejados en datos empíricos, los analiza, los estudia, les busca una explicación en el marco de las teorías existentes o crea una nueva para tal fin. 2. Es analítica, ya que descompone el objeto de estudio en sus partes componentes para llegar al conocimiento. Para la ciencia es imposible el análisis directo de la totalidad. 3. Cada ciencia en particular estudia un aspecto específico de la realidad, en la medida en que el objeto de estudio se va volviendo más complejo surgen nuevos campos de la investigación y da lugar a una nueva ciencia; así desde la filosofía que era la única actividad intelectual de la antigüedad, han surgido todas las disciplinas que conocemos actualmente. 4. El conocimiento científico es verificable, es decir todas las hipótesis o planteamientos científicos deben ser sometidos a contrastación; proceso que es válido para la muestra de estudio, ya que hacer un análisis para el 100% del universo demandaría demasiados recursos y tiempo, imposible de obtener. Es por esta razón que el conocimiento científico no es totalmente exacto, y siempre podrá ser enriquecido variando los límites de validez de las hipótesis o teorías. 5. La ciencia es metódica, es decir basa la búsqueda de conocimiento en métodos elaborados por ella misma. Los métodos de intuición, si bien son importantes, no pueden llegar al conocimiento científico si no se enmarcan dentro del método de la ciencia. 6. El conocimiento científico es sistemático, es decir es un sistema de ideas relacionadas lógicamente entre sí (teorías, leyes, hipótesis, principios, conceptos). Este carácter sistemático permite el desarrollo de la ciencia no solo por acumulación gradual, sino también por revoluciones, cuando se produce la sustitución de leyes o hipótesis de gran alcance por otras nuevas que modifican todo el sistema de conocimientos establecidos. 7. La ciencia es explicativa, no se ocupa únicamente de la descripción de los fenómenos y como ocurren, sino también tata de explicar porqué ocurren de una manera y no de otra. 8. El conocimiento científico es predictivo, procura explicar cómo ha sido el pasado, cómo es el presente y como será el futuro. Esta predicción no se debe interpretar como una profesión que carece de fundamento. Así por ejemplo: mientras que una profecía puede decir: “En el año 2010 ocurrirá un terremoto devastador en la ciudad de Chiclayo”; la predicción científica expresa: “Analizando los registros de las intensidades sísmicas producidos durante los últimos 100 años en la costa norte del perú, con un margen de error de 10%, indica que en los próximos años se podría producir en sismo de grado 8 en la escala de Richter en la ciudad de Chiclayo”.
  8. 8. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 8 Ing. Manuel Borja Suárez II. LA INVESTIGACION Y EL METODO CIENTIFICO 2.1. El método científico El método científico es el procedimiento que se sigue para contestar las preguntas de investigación que surgen sobre diversos fenómenos que se presentan en la naturaleza y sobre los problemas que afectan a la sociedad. Sus orígenes pueden hallarse desde la existencia del hombre racional, aunque recién con la aparición de los filósofos griegos (Siglo VI a.c) empieza a esbozarse una reflexión consciente sobre la ciencia. En una primera etapa se identifica la inducción, llegando a la manifestación más desarrollada de esta tendencia con F. Bacon. Para esta corriente, el conocimiento científico sólo puede provenir de los datos de la experiencia, apoyados en los cuales es posible llegar a generalizaciones. Posteriormente con Galileo, la experimentación pasó a ser el método fundamental de la ciencia; sin embargo, reconocer este método experimental como único procedimiento válido desconocería el carácter científico de aquellas disciplinas que no pueden utilizarlo por las peculiaridades de su objeto de estudio. Posteriormente, el carácter deductivo de la investigación se debe a los aporte de Descartes y posteriormente al desarrollo de la hipótesis, como una de las principales categorías del método y de la ciencia. Las hipótesis alcanzan un reconocimiento importante en el desarrollo de las ciencias naturales en el siglo XIX. Antes de esa fecha, Bacón, y el mismo Newton se negaban a aceptarla como una etapa del conocimiento científico. El propio Darwin, a mediados del siglo pasado, llego a negar el papel de la hipótesis en la investigación. (Velasquez, A. 2001). Finalmente, para definir el método científico, citaremos primero algunos conceptos de otros autores:  “Lo que hoy se llama método científico no es ya una lista de recetas para dar con las respuestas correctas a las preguntas científicas, sino el conjunto de procedimientos por los cuales a) se plantean los problemas científicos y b) se ponen a prueba las hipótesis científicas”, (M. Bunge. 1972)  “El método científico, para la solución implica una experimentación controlada. Esto quiere decir que, aún a pesar de que un problema pueda resolverse mediante la aplicación de la observación empírica casual… no se ha llegado a una solución científica. Para ello se tiene que emplear dentro de un encuadre científico, la definición exacta, la medición y el control de las variables” (Goode, W.J.; Hatt P.K. 1971). Lo que no se puede medir no se puede controlar, si no se puede controlar no se puede administrar y si no se puede administrar no se podrá mejorar.  “Bacon argumentó con energía que la deducción puede servir para las matemáticas pero no para la ciencia. Las leyes de esta última deben hallarse por inducción, esto es, deben establecerse como generalizaciones extraídas de una amplia cantidad de observaciones específicas. Esta ciencia experimental ya se había puesto en práctica pero Bacon le aportó el respaldo teórico, describiendo lo que hoy llamamos método científico”. (Asimov, I. 1989)  Comúnmente se escucha decir que el método científico utiliza la inducción, es decir crea leyes a partir de la observación de los hechos, dando como general el comportamiento particular observado en una muestra. Una vez que una ley o teoría es admitida como válida, las conclusiones o ideas que surgen a partir de ella son de carácter deductivo; es decir siguen el camino inverso, de lo general a lo particular. Del análisis de las citas anteriores, se puede plantear la siguiente definición: “El método científico es el conjunto de estrategias y procedimientos metódicamente secuenciales que tiene como objetivo la comprobación empírica de un planteamiento(hipótesis) y que permitirá la interpretación de la realidad; sin embargo sus conclusiones no pueden tomarse como una verdad absoluta”.
  9. 9. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 9 Ing. Manuel Borja Suárez El método científico generalmente tiene los siguientes grandes pasos: Respecto a la demostración (contrastación) de la hipótesis la secuencia lógica para intentar demostrarla sería a siguiente: 2.2. Características de la investigación científica: (1 ) La investigación de alta calidad se caracteriza por varios atributos, que son los siguientes: a) Se basa en el trabajo de otros: La investigación está basada en el trabajo de otros investigadores. Esto significa que siempre se deben examinar trabajos anteriores parecidos al nuestro. A este estudio se le conoce como el “estado del arte” y servirán de base o punto de partida. También será útil analizar la metodología empleada en los estudios anteriores y en los resultados obtenidos. Un ejemplo sería la investigación sobre los efectos sísmicos en las edificaciones. b) Se puede repetir. La investigación es una actividad que necesariamente debe poder repetirse. Es decir si un experimento se hace bajo ciertas condiciones, en una fecha determinada; este mismo experimento se debe poder repetir en el futuro, incluso bajo otras condiciones; por supuesto que los resultados serán distintos. Por ejemplo, si quisiera investigar la influencia de la relación agua/cemento (a/c) sobre la resistencia f’c del concreto; este experimento deberá poder hacerse varias veces. 1 Basado en Neil J. Salkind. “Métodos de Investigación”. Prentice Hall, México, 1998. Pags 2-15 Plantear Estrategia para demostrar la Hipótesis Operacionalización de las variables (subvariables, indicadores, etc) Medición de las variables mediante pruebas empíricas (Recolección de datos) Análisis y sistematización de los datos Conclusiones y generalización de resultados Planteamiento del problema de investigación (Pregunta de Investigación) Formulación de la Hipótesis Demostración de la Hipótesis Conclusiones Verificación: - Hipótesis Verdadera - Hipótesis Falsa Reflexión Realidad Problemática
  10. 10. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 10 Ing. Manuel Borja Suárez c) Se puede generalizar a otras situaciones: Esto significa, por ejemplo, que si se averigua que la calidad de los acabados en la construcción en Chiclayo depende del nivel de capacitación de la Mano de Obra, los resultados probablemente podrían ser válidos en otra localidad similar. Sin embargo, muchas veces la generalización es limitada, ya que es difícil duplicar las condiciones exactas en las que se efectuó la investigación. d) Se basa en un razonamiento lógico y está vinculada a una teoría: La investigación proporciona respuestas a preguntas que ayudan a llenar vacíos de lo que podría ser un rompecabezas grande y complicado. Sería poco razonable pensar que alguien, con un solo proyecto de investigación, pueda entender y describir científicamente el problema del tránsito vehicular en la Ciudad de Chiclayo, por ejemplo. e) Se puede hacer!: Frecuentemente y sobre todo si el investigador tiene poca experiencia, el reto de encontrar una idea factible presiona tanto que cualquier cosa, muchas veces se considera tema de investigación. Por ejemplo, al tratar de investigar la calidad de las edificaciones en la ciudad de Lambayeque, nos encontraríamos primero con el problema de definir que es calidad de una edificación, lo cual sería muy ambiguo. f) Genera nuevas preguntas y es de naturaleza cíclica: Las respuestas a las preguntas de investigación de hoy serán la base para las preguntas de investigación que se harán mañana. g) Es incremental: “Ningún científico se yergue solo; todos se paran sobre los hombres de otros”. Por ejemplo para llegar a desarrollar la tecnología de Sistemas de Posicionamiento Global (GPS), los investigadores han tenido que basarse en otras investigaciones relacionados con la Geodesia, Cartografía, Comunicaciones, satélites, etc. El conocimiento total no existe, lo que existe es la suma de partes, donde cada una de ellas es un aporte que no solo nos informa, sino que sirve para ver el problema desde una perspectiva diferente. h) Es apolítica: La investigación científica debe tener como meta final el mejoramiento de la sociedad. 2.3. Tipos de Investigación En la ciencia existen diferentes tipos de investigación y es necesario conocer sus características para saber cual de ellos se adapta mejor a la investigación que se realizará. Aunque no hay acuerdo entre los distintos autores sobre la clasificación de los tipos de investigación, hemos considerado los siguientes criterios: 2.3.1. De acuerdo al fin que se persigue De acuerdo al fin que se persigue, la investigación se puede clasificar en tres grandes rubros: investigación básica o pura, aplicada y tecnológica. a) Investigación básica o pura: - Se centra en la solución de problemas de carácter cognoscitivo, es decir busca la creación de nuevo conocimiento científico que sea válido hasta que no se demuestre lo contrario. - Este tipo de investigación no tiene una aplicación inmediata en el momento que se termina, ni tiene objetivos prácticos en el corto plazo. - Recoge información de la realidad para enriquecer el conocimiento científico orientándose al descubrimiento de principios y leyes generales que expliquen la realidad y el porqué de las cosas. - Algunos ejemplos de este tipo de investigación son La teoría de la relatividad, la teoría de la gravitación universal, las leyes de Newton, etc. - Es importante tener en cuenta que toda investigación básica tarde o temprano conducirá a alguna aplicación valiosa. b) Investigación aplicada: - Busca conocer, actuar, construir y modificar una realidad problemática. - Está más interesada en la aplicación inmediata sobre una problemática antes que el desarrollo de un conocimiento de valor universal. - Los proyectos de ingeniería civil están ubicados dentro de este tipo de clasificación, siempre y cuando solucionen alguna problemática. Por ejemplo: “Diseño de una cimentación para
  11. 11. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 11 Ing. Manuel Borja Suárez suelos arenosos”, “Propuesta para el relleno sanitario de Chiclayo”, “Análisis estructural para la ampliación del Puente Reque”, etc. c) Investigación tecnológica: - Tiene como objetivo la solución de problemas prácticos, lo cual implica la intervención o transformación de la propia realidad, que se manifiesta en el diseño de nuevos productos, nuevos procedimientos, nuevos métodos, etc. - Su criterio de valoración radica en su utilidad, en su eficiencia y en su práctica. - La investigación tecnológica no resuelve problemas prácticos aislados, sino que tiene un efecto multiplicador, por ejemplo: el diseño de un nuevo sistema de encofrado en base a resinas y plásticos que pueda ser usado para diferentes elementos estructurales. - La investigación tecnológica no emplea las habilidades profesionales para la solución de un complicado problema de un enfermo, sino que “establece los procedimientos para el tratamiento de toda una enfermedad”. - La investigación tecnológica no elabora el programa de costos y presupuestos de una empresa constructora, sino más bien elabora un sistema de costos que puede ser aplicado a un conjunto de empresas. - Esta investigación también genera una importante cantidad de conocimientos y contribuye en forma decisiva a la interpretación de la realidad. - La investigación tecnológica además de utilizar ciencia aplicada, utiliza también la “expertez”. - Incorpora dentro de su metodología, los procedimientos de control de calidad. Relación entre los tipos de investigación - Existe una fuerte interdependencia entre estas tres clases de investigación y muchas veces encontrar los límites entre los cuales se desarrollan cada una de ellas será complicado. La investigación básica como ya se ha planteado, tiene un fin netamente cognoscitivo; la investigación aplicada busca una posible utilidad práctica y la investigación tecnológica buscará una masificación de esta utilidad práctica. - Así por ejemplo un Biólogo que estudia las características de una nueva especie de planta recién descubierta para conocer sus propiedades, estará haciendo investigación básica. Cuando otro investigador se pregunte: ¿De las propiedades descubiertas de esta nueva planta, cuáles indican que podrían ser utilizadas para la cura de una determinada enfermedad?, en este caso se estará desarrollando investigación aplicada; es decir la ciencia aplicada se basa en el sistema de conocimientos descubiertos por la ciencia básica para poder resolver sus problemas. Posteriormente y siguiendo nuestro ejemplo, un farmacólogo diseña un nuevo medicamento cuya base cognitiva le ha proporcionado el biólogo aplicado, producto que se producirá industrialmente en serie después de haber pasado los controles de calidad respectivos. Con este ejemplo se describe el ciclo Investigación–Desarrollo–Producción, como se conoce actualmente. - Como se puede apreciar, estas clases de investigación son realizadas por investigadores que utilizan el método científico, pueden hacer uso incluso de procedimientos y métodos similares, la rutina de trabajo podría ser idéntica, igualmente que el nivel de calificación exigido al personal. Las tres producen nuevos conocimientos, la primera para aumentar el nivel de comprensión de la realidad; la segunda para tratar de mejorar la calidad de vida de los consumidores y la última para masificar la utilización del nuevo producto o para incrementar las utilidades de las empresas. - Finalmente podemos comentar que algunos estudiosos de la ciencia consideran a la investigación tecnológica dentro de la aplicada. 2.3.2. De acuerdo a los tipos de datos analizados Según la información analizada, la investigación se puede clasificar en cuantitativa y cualitativa. Estos dos enfoques son muy valiosos ya que han realizado notables aportes al avance del conocimiento. Ninguno es mejor que el otro, solo constituyen diferentes aproximaciones al estudio de un fenómeno. a) Investigación Cuantitativa  Plantea que una forma confiable para conocer la realidad es a través de la recolección y análisis de datos, con lo que se podría contestar las preguntas de la investigación y probar las hipótesis. Este tipo de investigación confía en la medición numérica, el conteo y
  12. 12. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 12 Ing. Manuel Borja Suárez frecuentemente en el uso de la estadística para establecer con exactitud patrones de comportamiento en una población.  Por lo común en los estudios cuantitativos se establece una o varias hipótesis(suposiciones acerca de la realidad), se diseña un plan para someterlas a prueba, se miden los conceptos incluidos en las hipótesis (variables) y se transforman las mediciones en valores numéricos para analizarse posteriormente con técnicas estadísticas y extender los resultados a un universo más amplio o para consolidar las creencias de una teoría.  Cuando los resultados de diversas investigaciones aportan evidencia a favor de la hipótesis, se genera confianza en la teoría que las sustenta o apoya. Si no es así, se descartan la hipótesis y, eventualmente se descarta la teoría. Una teoría científica se mantiene hasta que se refute o se alcance una mejor explicación. b) Investigación Cualitativa  Conocida también como investigación naturalista, fenomenológica, interpretativa o etnográfica. Estos estudios involucran la recolección de datos utilizando técnicas que no pretenden hacer medición numérica, como las descripciones y las observaciones. Otras técnicas empleadas son las entrevistas, revisión de documentos, discusiones en grupo, evaluación de experiencias personales, etc.  Su propósito consiste en “reconstruir” la realidad, tal y como la observan los actores de un sistema social previamente definido, es decir busca comprender el fenómeno de estudio en su ambiente usual (cómo vive, se comporta y actúa la gente; qué piensa; cuáles son sus actitudes, etc.)  En esta investigación, por lo general las preguntas e hipótesis surgen dentro del proceso de investigación. Las variables de estudio no se definen con el propósito de manipularse ni de controlarse experimentalmente.  Los estudios cualitativos no pretenden generalizar los resultados a poblaciones más amplias, ni necesariamente obtener muestras representativas. Se basan más en un proceso inductivo, es decir exploran la realidad describiéndola y después proponen algunas teorías), por lo que son estudios que tiene un alto contenido subjetivo.  Un ejemplo de este tipo de investigación podría ser: - Estudio que trate de entender los sentimientos de enfermos terminales de SIDA - Estudio que intente analizar el desempleo de los profesionales de ingeniería en el Perú. Para poder diferenciar el enfoque entre una investigación cuantitativa y cualitativa, se ha adaptado el siguiente ejemplo: (Adaptado de Metodología de la Investigación, Hernandez, R. y otros, 2003, p.15- 16).  Supongamos que un estudiante se encuentra interesado en saber qué factores influyen en que un ingeniero sea definido y percibido como “un profesional de éxito”. Entonces, decide llevar a cabo un estudio.  Bajo el enfoque cuantitativo, el estudiante plantearía su problema de estudio definiendo primero su objetivo y luego su pregunta de investigación. Por ejemplo el objetivo podría ser “conocer los factores que determinan el hecho que un ingeniero sea percibido como un profesional de éxito”; y la pregunta de investigación sería ¿Qué factores determinan el hecho que un ingeniero sea percibido como un profesional de éxito?.  Posteriormente revisaría estudios sobre el desempeño laboral de los ingenieros, la formación académica en las universidades, etc.  Precisaría su problema de investigación; seleccionaría una teoría que explicara satisfactoriamente de qué depende el éxito profesional; y, de ser posible, establecería una hipótesis (por ejemplo: los alumnos de ingeniería que obtienen mayores calificativos en sus cursos serán profesionales de éxito).  Después podría entrevistar a estudiantes de ingeniería y profesionales egresados y los interrogaría sobre el grado en que unos mayores calificativos en los cursos de la universidad aseguran el éxito profesional. Incluso, llegaría a utilizar cuestionarios ya establecidos, bien diseñados y confiables. Tal vez entrevistaría solamente a una muestra estudiantes y conversaría con profesionales que tengan buena reputación.  Y analizaría los datos e información, producto de las encuestas y entrevistas para obtener conclusiones acerca de sus hipótesis.  Su interés sería generalizar sus resultados, al menos, en lo que ocurre en su comunidad. Busca probar otras sus creencias y si resulta que no consigue demostrar que las altas calificaciones en la universidad aseguran un éxito profesional, intentaría otras explicaciones; tal vez agregando otros factores como la facilidad de palabra, tipos de personalidad, etc.  Bajo el enfoque cualitativo, el estudiante, más que plantear el problema de investigación, lo que haría sería ubicar a algunos profesional de éxito y observar su forma de comportamiento, las empresas donde
  13. 13. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 13 Ing. Manuel Borja Suárez trabajan y la forma de relacionarse con los demás. De ahí podría derivar algún esquema que explique las razones por las cuales tienen éxito.  Después entrevistaría con preguntas abiertas a algunos profesionales y también a algunos alumnos. De ahí derivaría conclusiones y contrastaría sus hallazgos con los de otros estudios. No sería indispensable obtener una muestra representativa ni generalizar sus resultados. Su proceder sería inductivo: de cada caso de un profesional con éxito obtendría el perfil buscado. 2.3.3 De acuerdo a la Metodología para demostrar la hipótesis a) Investigación no Experimental Las investigaciones no experimentales no establecen, ni pueden probar relaciones causales directas entre dos variables o entre dos elementos. Los tipos de investigación no experimental más conocidos son los siguientes: a.1) Investigación Descriptiva  Investigan y determinan las propiedades y características más representativas de los objetos de estudio como personas, viviendas, concreto armado, probetas o cualquier otro fenómeno que se quiera estudiar.  Una de las características principales de la investigación descriptiva es la capacidad para seleccionar las características fundamentales del objeto de estudio y su descripción detallada de las partes, categorías o clases de dicho objeto (Prof. Elías Holguín: UCV). Algunos ejemplos de investigaciones descriptivas pueden ser: - “Estudio sobre la informalidad en la construcción de viviendas de concreto armado en el departamento de Lambayeque”. - “Análisis de la congestión vehicular en el cercado de la ciudad de Chiclayo”. - “Estudio de la vulnerabilidad sísmica de los centros educativos privados en el Departamento de Lambayeque”. - “Investigación para describir el nivel de desempleo y subempleo existente de los profesionales de las carreras de ingeniería”. a.2) Investigación Histórica  Según Neil Salkind esta investigación relaciona sucesos del pasado con otros sucesos de la época y también con acontecimientos actuales.  Se busca entender el pasado y su relación con el presente y el futuro.  Este tipo de in investigación podría responder a la pregunta: ¿Cuál es la naturaleza de los acontecimientos que han ocurrido en el pasado y como han influenciado en el presente?.  Aunque no es muy común plantar investigaciones de este tipo en el sector de la construcción, algunas temas de investigación podrían ser: “Análisis de la evolución de la Ley de contrataciones y adquisiciones del Estado”; “Evolución de las técnicas empleadas en los levantamientos topográficos”; “Evolución histórica de la fabricación del cemento”; “Análisis de las resistencias mecánicas alcanzadas del concreto en el siglo XIX” a.3) Investigación Correlacional  Según Sailking, una investigación correlacional es aquella en que se analiza la relación entre ciertos sucesos, proporcionando indicios de la relación que podría existir entre dos o más cosas, o de que también uno o más datos podrían predecir un resultado específico.  Se utiliza un índice numérico llamado coeficiente de correlación como medida de fuerza de la fortaleza de tal relación.  Determina como se puede comportar un concepto o variable conociendo el comportamiento de una u otras variables relacionadas.  Si bien es cierto con la investigación correlacional se explica la relación entre dos variables, no necesariamente significa que una sea la causa de otra, es decir investiga asociaciones entre dos variables pero no relaciones causales. (Causa – Efecto).  Si no hay correlación entre las variables, ello significa que éstas varían sin seguir un patrón sistemático entre sí.  Si dos variables están correlacionadas y se conoce la correlación, se tendrán bases para predecir el valor aproximado que tendrá una situación representada por la variable Y, sabiendo el valor que tiene la variable X.
  14. 14. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 14 Ing. Manuel Borja Suárez  Ejemplos: Investigaciones cuyo propósito sea conocer la relación entre el nivel de remuneración del personal obrero y su nivel de productividad en obra.  Otro ejemplo podría ser una investigación que relacione el número de horas que los alumnos de ingeniería estudian con las calificaciones obtenidas.  Uno más, una investigación que relacione la disminución del interés para préstamos hipotecarios con el incremento de la construcción de viviendas en el Perú.  Una secuencia lógica bastante práctica que se utiliza para plantear investigaciones correlacionales es el siguiente: 1) Definir las variables X, Y que se desean medir 2) Plantear una correlación entre las dos variables a nivel de hipótesis 3) Formular el problema de investigación (pregunta de investigación) 4) Plantear los objetivos 5) Redactar el título 6) Plantear la estrategia de investigación a.4) Investigación Explicativa  Van más allá de la descripción de conceptos o fenómenos o del establecimiento de relaciones entre variables.  Buscan las causas que originan ciertos fenómenos físicos o sociales.  Su interés se centra en explicar porqué ocurre un fenómeno y en qué condiciones se da éste, o porqué se relaciona entre dos o más variables.  Ejemplos de este tipo de investigación responderían a las siguientes preguntas:  Porqué se fisuran los muros de albañilería?.  Porqué hay asentamientos de las cimentaciones?.  Porqué se producen agrietamientos en el concreto endurecido?.  Porqué las edificaciones colapsan frente a un sismo?. De acuerdo a las características de la información que se utiliza en el estudio, los diseños No experimentales pueden clasificarse también en: transversales y longitudinales. a.5) Investigación transversal  Describe el fenómeno de estudio en un momento determinado del tiempo. No le interesa la evolución del fenómeno. Ejemplo:  “¿Cuáles son las características socioeconómicas de los estudiantes universitarios de Lambayeque?”  “¿Cuál fue la configuración del parque automotor de Chiclayo en el año 1970?”  “¿Cuáles son los materiales predominantes en las viviendas y locales comerciales del centro urbano de Chiclayo?” a.6) Investigación longitudinal  Estudian la evolución del fenómeno a través del tiempo. Corresponde a las investigaciones históricas. Por ejemplo:  “Análisis de la evolución en la fabricación del cemento”.  “Evolución de los materiales de construcción empleados en la construcción de viviendas en el Perú”. b) Investigación Experimental  Es aquella investigación en que la hipótesis se verifica mediante la manipulación “deliberada” por parte del investigador de las variables,  Esta investigación determinará la relación causa - efecto de un fenómeno físico o social  Existen tres requisitos principales para que una investigación sea de tipo experimental: 1) Manipulación intencional de las variables independientes  La hipótesis tendrá validez cuando la manipulación de las variables independientes produzcan modificaciones en el comportamiento de la variable dependiente.  La manipulación de las variables se puede presentar de las siguientes formas:
  15. 15. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 15 Ing. Manuel Borja Suárez 1.1. Presencia – ausencia Implica que al grupo experimental se le aplica el estímulo y al grupo de control no. Ejemplos:  La prueba de efectividad de un medicamento en un grupo de pacientes (grupo experimental), mientras el otro grupo continúa con su tratamiento habitual.  Incorporación de un nuevo aditivo para el combustible usado por un grupo de vehículos, mientras que otro grupo continúa utilizando los combustibles convencionales.  Incorporación de un nuevo material en las probetas de concreto, mientras que las otras se construyen con los elementos tradicionales.  Prueba de un nuevo procedimiento para analizar los rendimientos en las empresas, mientras que otro grupo continúa con los procedimientos tradicionales. 1.2. Intensidad Significa utilizar diferentes niveles de aplicación de la(s) variable(s) independiente(s) para verificar el efecto que provoca en la variable dependiente. Ejemplos:  Aplicación de diferentes niveles de dosificación de la relación a/c.  Utilización de diferentes voltajes para evaluar la resistencia de un determinado equipo electromecánico. 1.3. Modalidad Significa utilizar diferentes formas en que se puede manifestar la variable independiente, sin que ello implique distintos niveles de intensidad. Ejemplos:  El cambio en el sistema de evaluación del aprendizaje: monografías, exámenes.  El cambio en el sistema de suspensión de los vehículos para evaluar el desgaste de los neumáticos.  El cambio en el sistema de encofrados para losas aligeradas, para evaluar el rendimiento del personal obrero.  El cambio del sistema de horario de trabajo en una fábrica: horario partido, horario corrido, tres turnos de trabajo. 2) Medición del efecto de la variable independiente  Consiste en determinar el nivel de influencia de la variable independiente sobre la dependiente. Para esto se utilizará cualquier método de medición disponible. 3) Control interno de la situación experimental  Implica asegurarse que las modificaciones que sufra la variable dependiente durante los experimentos, se deban exclusivamente a los cambios en las variables independientes. III. PROYECTOS DE INVESTIGACION EN INGENIERIA 3.1. Antecedentes En ingeniería, particularmente en Ingeniería civil existe una confusión al momento de plantear los proyectos de Tesis, ya que se asume que un expediente técnico para construir una carretera, un canal o cualquier otro proyecto de ingeniería es un proyecto de investigación científica. La particularidad de estos estudios es que es difícil plantear una pregunta de investigación y una hipótesis cuya demostración estaría sujeta a que se construya el proyecto de infraestructura; hecho que nunca será realizado por el investigador. Mas bien este tipo de proyecto de “tesis” se adaptarían mejor a un proyecto de inversión donde se analizan las alternativas técnicas-económicas y se presenta toda la documentación necesaria para que el proyecto se pueda construir físicamente; en este tipo de proyectos de inversión no sería
  16. 16. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 16 Ing. Manuel Borja Suárez necesaria la formulación de una hipótesis científica, por lo tanto no se deben considerar como proyectos científicos. Otro aspecto que debemos tener en cuenta al momento de plantear un proyecto de investigación en ingeniería es analizar cual será el aporte a la ciencia, al conocimiento, que cosas nuevas aportará que genere desarrollo en el sector de la construcción; la construcción de una carretera por lo general no aporta mayor conocimiento nuevo a la ciencia, ya que son “recetas” típicas que hay que adaptarlas a la realidad donde se construirá; salvo que dentro de este proyecto se plantee la utilización de un nuevo producto, sistema, insumo, recurso, etc, que aporten un valor agregado al conocimiento y a la ciencia. Esta realidad, sin embargo, no significa que en ingeniería civil no se puedan plantear proyectos de investigación, por supuesto que sí, y este libro pretende dar algunas pautas para hacerlo adecuadamente. 3.2. Problemática en la ingeniería civil Los problemas en la ingeniería civil se pueden agrupar teniendo en cuenta dos aspectos: a) Problemática relacionada con la deficiencia de infraestructura en diferentes áreas de la ingeniería y que retrasan el crecimiento y desarrollo de la sociedad. Mencionamos algunos de ellos: En el Area de transportes:  Pavimentos en carreteras y calles que colapsan en el corto plazo  Baja capacidad de soporte de las bases y sub-bases  Deficiente sistemas de drenaje en las carreteras  Taludes inestables en la mayor parte de las carreteras en la sierra  Congestionamiento vehicular en las principales capitales de departamento  Inconsistencia del diseño geométrico de una carretera respecto a las normas vigentes. En el Area de edificaciones:  Viviendas vulnerables frente sismos e inundaciones  Informalidad en la construcción de las viviendas  Alto índice de viviendas de adobe en casi todas las ciudades del país. En el Area de Hidráulica:  Escaso almacenamiento de agua en las cabeceras de los ríos  Deficientes sistemas de protección en los principales causes de ríos de la costa  Inexistentes sistemas de drenaje para aguas pluviales dentro de las ciudades.  Redes de alcantarillado que colapsan antes de cumplir su ciclo de vida  Inundaciones de las ciudades de costa por el Fenómeno del Niño. En el Area de seguridad y gestión del riesgo de desastres:  Altos índices de inseguridad durante la construcción de un proyecto  Crecimiento de las ciudades en zonas de alto riesgo b) Problemática relacionada con el desconocimiento de como mejorar algunos de los componentes que intervienen en los proyectos de infraestructura: materiales, rendimientos, costos de obra etc. Así tenemos que los principales problemas que siempre estarán en constante solución son los siguientes: - Cómo mejorar las características mecánicas de algunos materiales?, buscando que sean más resistentes, menos pesados, más flexibles, etc. - Qué otros materiales se pueden utilizar como alternativos a los ya conocidos? - Que otras tecnologías y/o procesos constructivos se pueden emplear que permitan mejorar los rendimientos y disminuir los tiempos de ejecución de una obra?
  17. 17. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 17 Ing. Manuel Borja Suárez 3.3. El tema de investigación La realidad problemática anterior nos puede servir de referencia para proponer algún tema de investigación, el cual no podría surgir si es que el investigador no conoce el problema al detalle, en este sentido lo que la ingeniería civil debe buscar constantemente es lo siguiente: - Creación de materiales de construcción más resistentes y económicos - Mejorar los rendimientos de obra disminuyendo los tiempos muertos y los costos de producción - Mejorar los procesos constructivos. - Para plantear un buen tema de investigación se recomienda lo siguiente:  La idea debe ser novedosa  Debe contribuir a resolver un problema  Debe contribuir con el desarrollo del sector construcción y del país.  Debe ser factible de ejecutarse  Cuestionarse siempre: “¿Porqué venimos haciendo las cosas de la misma manera?” Bibliografía recomendada: “El espíritu creativo” (2000), de Daniel Goleman “Creatividad para el cambio” (2001), Liliana Galván – UPC Danhke(1986) menciona diversos criterios que inventores famosos han sugerido para generar ideas de investigación productivass, entre los cuales destacan:  Las buenas ideas intrigan, alientan y excitan al investigador de manera personal. Al elegir un tema para investigar, y más concretamente una idea, es importante que resulte atractiva. No hay nada más tedioso que trabajar en algo que no nos interese. En la medida en que la idea estimule y motive al investigador, éste se compenetrará más en el estudio y tendrá una mayor predisposición para salvar los obstáculos que se le presenten.  Las buenas ideas de investigación no son necesariamente nuevas pero sí novedosas. En muchas ocasiones es necesario actualizar o adaptar los planteamientos derivados de investigaciones efectuadas en contextos diferentes, o a través de nuevos caminos.  Las buenas ideas de investigación pueden servir para elaborar teorías y la solución de problemas. Una buena idea puede conducir a una investigación que ayude a formular, integrar o probar una teoría o a iniciar otros estudios que, unidos a la investigación, logren constituir una teoría. O bien, generar nuevos métodos de recolectar y analizar datos.  Las buenas ideas pueden servir para generar interrogantes y cuestionamientos. Hay que responder a algunos de éstos pero también crear otros. A veces un estudio llega a generarnos más preguntas que respuestas. Finalmente, y antes de empezar a plantear formalmente el proyecto de investigación, el investigador debe responderse a sí mismo las siguientes interrogantes: - ¿Cuál es la pregunta de investigación que quiero responder con mi investigación? - ¿Cuál es mi hipótesis inicial y mi hipótesis nula? - ¿Cómo voy a hacer para intentar probar mi hipótesis? - ¿Dónde se va a hacer? - ¿Cuándo se va a hacer? - ¿Con qué recursos se va a hacer? Estas preguntas, respondidas de manera consciente y coherente, ayudarán al investigador a analizar la viabilidad del proyecto y estar a tiempo para modificar o cambiar su proyecto de investigación. IV. CONTENIDO DEL PROYECTO DE INVESTIGACION 4.1. Título del proyecto
  18. 18. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 18 Ing. Manuel Borja Suárez  Es la frase que expresa la esencia de la idea o proyecto a investigarse  No es aconsejable poner títulos muy generales, sino más bien específicos. Tampoco se recomienda poner títulos muy extensos.  El título de un proyecto de investigación puede modificarse durante el desarrollo de la investigación. Por ejemplo:  Si nuestro interés es conocer el estado actual de las empresas constructoras de un país, pero solamente podrá obtenerse información de empresas dedicadas a la construcción prefabricada, el título podría ser: “Análisis de la situación económica actual de las empresas dedicadas a la construcción prefabricada en Lima”.  Si el interés es estudiar la motivación del personal obrero en las empresas constructoras de Lambayeque, el título podría ser: “Diagnóstico del nivel de motivación del personal obrero en las empresas constructoras del departamento de Lambayeque”.  “Análisis de la vulnerabilidad sísmica de los C.E. Privados en el departamento de Lambayeque”, utilizando el método de Hirosawa. 4.2. Planteamiento del estudio 4.2.1 Descripción del proyecto  Se deberá explicar a manera de resumen en que consiste el proyecto de investigación, que cosa se investigará y cuales son las expectativas que el investigador tiene de la investigación. 4.2.2. Descripción de la realidad problemática  Consiste en narrar y describir lo que está sucediendo respecto a una situación problemática en particular y cuales son las consecuencias de esta realidad problemática.  Se describe la situación problemática de un proyecto, de una construcción, de una institución y cualquier otro objeto de estudio.  No es posible describir una situación problemática si es que no se ha leído antes sobre el tema.  También se le puede nombrar como “Situación problemática”, “Planteamiento del problema” y otras frases similares. 4.2.3. Formulación del problema de investigación (pregunta de investigación)  La formulación del problema es la interrogante que se plantea el investigador; también se le llama pregunta de investigación.  Una pregunta de investigación se debe formular de tal manera que amerite realizar la investigación para responderla. Si se plantea una pregunta de investigación que no necesita realizar un estudio para responderla, entonces estaría mal planteada o el estudio simplemente no sería necesario.  Debe estar expresado en forma de pregunta en forma clara y sin ambigüedades.  La formulación del problema debe implicar la posibilidad de realizar una prueba empírica o una recolección de datos. Es decir debe existir la posibilidad de observarse en la realidad.  Para el caso de investigaciones correlacionales deberá existir una relación entre dos o más variables.  La pregunta de investigación debe ser redactada de tal manera que sea posible plantear alguna hipótesis que le dé respuesta a esa pregunta.
  19. 19. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 19 Ing. Manuel Borja Suárez 4.2.4. Objetivos de la investigación  Los objetivos son los logros que el investigador quiere alcanzar al final de su investigación, por lo tanto el desarrollo del trabajo de investigación se debe orientar a lograr estos objetivos.  Se deben redactar en forma clara y casi siempre deben empezar utilizando un verbo en infinitivo. Por ejemplo: - Determinar - Elaborar - Describir - Conocer - Evaluar - Analizar - Diseñar - Plantear - Formular - Definir - Construir - Proponer - Verificar - Estudiar  Muchas veces se confunden los objetivos con acciones finales que no necesariamente nuestra investigación conseguirá. Así por ejemplo se utilizan verbos como: “capacitar, motivar, enseñar, mejorar” que implican acciones que casi nunca se logran durante el desarrollo de la investigación; por lo que se recomienda no incluirlos en el proyecto.  Los objetivos deben ser medibles y factibles de alcanzar; caso contrario es mejor no considerarlos en el proyecto a) Objetivo general  Debe reflejar la esencia del planteamiento del problema y la idea expresada en el título del proyecto de investigación  El objetivo general casi siempre debe ser el mismo título del proyecto pero con el verbo en infinito al inicio del párrafo. b) Objetivos específicos  Deben estar orientados al logro del objetivo general.  Cada objetivo específico está diseñado para lograr una parte del objetivo general y todos en conjunto lograr el objetivo general.  Muchas veces los objetivos específicos son los pasos que se realizan para lograr el objetivo general. 4.2.5. Justificación  El investigador debe sustentar adecuadamente las razones por las cuales su proyecto de investigación es importante para la ciencia y el conocimiento  Existen dos tipos de justificación, de acuerdo al nivel del proyecto de investigación. a) Justificación práctica:  Existirá una justificación práctica cuando con la investigación se ayudará a resolver un problema.  Deberá ser bien planteada para que se justifique su realización  Se debe analizar cuales serán los beneficios que se derivarán de la investigación.  Es necesario tener en cuenta que la justificación puede ser relevante para algunos investigadores y para otros puede no serlo.  Se debe responder a la pregunta: Porqué es conveniente llevar a cabo la investigación? b) Justificación teórica:  Este tipo de justificación se deberá plantear cuando el propósito de la investigación es generar reflexión y debate académico sobre el conocimiento existente (Investigación pura).  Se proponen nuevos paradigmas  Cuando se quiere confrontar una teoría  Empleada en programas de Doctorado y Maestría. Criterios para evaluar la utilidad de una investigación
  20. 20. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 20 Ing. Manuel Borja Suárez A continuación mencionamos algunos criterios que nos pueden ayudar a definir la justificación de una investigación:  Conveniencia: Qué tan conveniente es la investigación?, Para qué sirve?  Relevancia social: Cuál es su trascendencia para la sociedad?, Quiénes se beneficiarán con los resultados de la investigación?, de qué modo?  Aplicaciones prácticas: Ayudará a resolver algún problema real?  Valor teórico: Se llenará algún vacío del conocimiento?, se podrán generalizar los resultados a situaciones más amplias?, pueden surgir ideas, recomendaciones o nuevas hipótesis para futuras investigaciones.  Utilidad metodológica: La investigación ayudará a crear un nuevo instrumento de recolección de datos. Si la investigación responde positivamente a la anteriores interrogantes, podríamos afirmar que tiene muy buenas justificaciones. 4.2.6. Alcance y limitaciones  El alcance y limitaciones debe redactarse como un solo ítem y comprenderá una descripción de la magnitud de la investigación, hasta donde se llegará con la investigación y que tan profunda se ejecutará. Las limitaciones deben ser entendidas como algunas acciones que no se realizarán, no se deben explicar las causas de estas limitaciones.  Se debe indicar que aspectos no se serán abarcados en el proyecto.  Para definir el alcance y las limitaciones se tendrá que tener en cuenta algunas limitaciones de tiempo, espacio y recursos logísticos.  Algunas investigaciones tiene que ser delimitadas durante un periodo de tiempo en e cual el fenómeno de estudio está presente.  Algunas limitaciones pueden ser delimitadas a una sector de una ciudad, a una ciudad entera, a un país, a un Pueblo Joven, etc.  4.3. Marco teórico 4.3.1. Antecedentes de la investigación  Responderá a la pregunta: ¿Qué se ha investigado sobre el mismo tema por otros autores?, ¿Qué han dicho otras autores sobre como solucionar el problema?  Es la fundamentación teórica dentro de la cual se enmarcará la investigación.  Descripción de las principales “escuelas”, enfoques o teorías existentes sobre el tema de investigación.  Se recomienda leer de preferencia aquellos documentos y libros especializados que muestran los resultados de las últimas investigaciones realizadas sobre el tema.  Se le conoce también como el “estado del arte”.  Los antecedentes de la investigación pueden abarcar el ámbito regional, nacional, continental o mundial, según sea el nivel en el que se está planteando la investigación; así una tesis a nivel de pregrado sería suficiente considerar el estado del arte a nivel nacional; una tesis de maestría deberá considerar el ámbito continental y una tesis de maestría debe hacerlo a nivel mundial, esto quiere decir que para esta última, el investigador debe saber todo lo que se conoce sobre su tema de investigación en el mundo, es por esto que se exigen el conocimiento de algunos un idioma adicional. Importancia:  Ayuda a prevenir errores que se han cometido en otros estudios.  Orienta sobre como habrá de realizarse el estudio
  21. 21. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 21 Ing. Manuel Borja Suárez  Inspira nuevas líneas y áreas de investigación  Provee de un marco de referencia para interpretar los resultados del estudio. Modo de redacción:  “Un estudio similar se realizó en el año …… en la ciudad de …… por la institución …… cuyos resultados fueron los siguientes ……”  “Los estudios realizados por …… han demostrado que ……. “  “La teoría sobre …… plantea lo siguiente …….”  “El Reglamento ……. del año …. publicado por …….. en su capítulo …..…. manifiesta lo siguiente …….. normas que nos sirven de base para ……..” 4.3.2. Base teórica científica  Incluye toda la teoría científica especializada referente al tema de investigación.  Incluye una descripción rápida de los reglamentos y normas que se utilizarán para el diseño de una propuesta de infraestructura (para el caso de expedientes técnicos) 4.3.3. Definiciones de términos  Contiene un glosario de términos claves relevantes utilizados en la investigación.  Los términos se deben definir directamente sin ambiguedades, de manera que puedan ser entendibles por cualquier persona que no sea de la especialidad. 4.3.4. Hipótesis  La hipótesis es un supuesto o una respuesta tentativa a la pregunta de investigación formulad; la forma adecuada de plantearla es como una respuesta directa a la pregunta de investigación. Su redacción debe ser clara en forma afirmativa evitando falsas interpretaciones. Siempre deberá existir una relación directa entre la pregunta de investigación y la hipótesis formulada.  Las hipótesis es una proposición para responder tentativamente a la pregunta de investigación científica.  La hipótesis es la suposición de una verdad que aún no se ha establecido, es decir, una conjetura que se hace sobre la realidad que aún no se conoce y que se ha formulado precisamente con el objeto de llegar a conocerla. (Grasseau)  La hipótesis se debe contrastar con la realidad, es decir se deben buscar pruebas para demostrarla. Si una hipótesis no puede ser sometida a verificación empírica, entonces desde el punto de vista científico no tendría validez.  Desde un punto de vista lógico no es la verificabilidad lo que da valor a una hipótesis, sino la refutabilidad, es decir, la posibilidad de ser puesta bajo refutación y salir sin contradicciones.  Cuando se plantean hipótesis que son capaces de romper paradigmas se dice que se ha conseguido una “revolución científica”.  La hipótesis es el eslabón entre los planteamientos teóricos y el descubrimiento de nuevos hechos y la generación de nuevo conocimiento.  Toda hipótesis por lo general debería tener dos variables (Dependiente e independiente) entre las cuales podría existir una correlación numérica o una relación de causa-efecto; sin embargo se pueden plantear hipótesis de una sola variable.  Una hipótesis bien formulada deberá contener elementos o términos que sean observables, y en consecuencia, sujetos a medición.  Las hipótesis no necesariamente son verdaderas, ya que podrían ser falsas; sin embargo que una investigación sea falsa no significa que la investigación haya sido en vano, ya que esta falsedad también es generación de conocimiento al saber que la hipótesis planteada no era la correcta. La ciencia por lo general siempre ha aprendido más de los errores que de los aciertos.
  22. 22. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 22 Ing. Manuel Borja Suárez  Toda hipótesis está relacionada con las siguientes preguntas de reflexión interior: ¿Qué es lo que se quiere demostrar o probar?, ¿Qué cosas desconozco que con mi investigación llegaré a conocer?, ¿Mi hipótesis ameritará realizar una investigación para demostrarla, o es imposible intentar demostrarla? Una hipótesis también puede plantearse según los siguientes enfoques: a) Hipótesis Descriptiva: Cuando la hipótesis supone los rasgos de un fenómeno. Así por ejemplo:  Una investigación que estudie la informalidad existente en la construcción de viviendas en el Perú, podría plantear la siguiente hipótesis descriptiva: “La informalidad en la construcción de viviendas en el Perú se inicia por los altos costos que significa obtener una licencia de obra” b) Hipótesis Estadística: Cuando la hipótesis se expresa cuantitativamente. Así por ejemplo:  Una investigación que estudie el nivel de productividad del personal obrero en las empresas agroexportadoras de la región, podría plantear la siguiente hipótesis estadística: “El porcentaje de horas hombre muertas en las empresas agroexportadoras de la región es superior al 50%”.  El estudio del estado actual del parque automotor de vehículos de transporte público en el Perú podría plantear la siguiente hipótesis: “En el Perú, más del 60% de los vehículos utilizados en el transporte público superan los límites de antigüedad establecidos por la ley”. c) H. Causal: Cuando en la hipótesis se relaciona dos o más variables pudiendo atribuirse entre ellas una relación de causa- efecto directa, existiendo una variable dependiente (efecto) y una variable independiente (causa). Así por ejemplo: una investigación sobre la resistencia del concreto podría plantear la siguiente hipótesis: - “La relación agua cemento influye directamente en la resistencia a la compresión del concreto”. - “La adición de fibras de acero aumenta la resistencia a la compresión del concreto” d) Hipótesis Correlacional: Es aquella en la cual existe una correlación entre dos variables; tiene también una variable dependiente y otra variable independiente. En esta investigación se intenta probar que existe una correlación entre dos o más variables, sin embargo no necesariamente prueba que una sea causa de la otra. Así por ejemplo: una investigación que estudie el rendimiento el rendimiento académico de los estudiantes de ingeniería de las universidades del Perú, podría plantear la siguiente hipótesis: “El bajo rendimiento académico de los estudiantes de ingeniería en el año 2009 se debe a la disminución de horas de asistencia a clases” En esta hipótesis se manifiesta que existe cierta correlación entre la disminución de horas de asistencia a clases y el bajo rendimiento académico durante el año 2009; pero esto no significa que una sea realmente causa de la otra. d) Hipótesis Nula: Es la negación de la hipótesis planteada. Se utiliza cuando en el estudio será difícil demostrar la veracidad de la hipótesis, por lo tanto se puede demostrar la falsedad de la hipótesis nula. H1 ---> Hipótesis Inicial Ho ---> Hipótesis Nula Se pueden obtener dos resultados  Si H1 es V ----> Se ha demostrado H1
  23. 23. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 23 Ing. Manuel Borja Suárez  Si H1 es F ----> No se ha demostrado H1 ------------------------------------------------------------------------- • Si Ho es V ----> No se ha demostrado H1 • Si Ho es F ----> H1 podría ser verdadera 4.3.5. Variables  Una variable es una característica, atributo, propiedad o cualidad que puede estar o no presente en el objeto de estudio  Una variable es una propiedad cuyo contenido puede variar y cuya variación es susceptible de medirse y observarse en forma directa o indirecta. (Hernández Sampieri, Roberto, 2000).  Los objetos de estudio para una investigación puede ser: individuos, fenómenos, procesos, obras de infraestructura, viviendas, máquinas, probetas de concreto, columnas de una vivienda, 1 km de carretera, 1 km de canal, etc. Tipos de variables: Para el caso de proyectos donde se quiere probar la correlación existente entre dos características del objeto de estudio o se quiere demostrar su relación causa-efecto, existen dos tipos de variables que deben estar incluidas en la hipótesis: a) Variable independiente: Es la variable que produce el efecto o es la causa de la Variable Dependiente. Se la representa por la letra “X”. b) Variable dependiente: Es el resultado o efecto producido por la acción de la variable independiente. Se la representa por la letra “Y”. Así se puede definir la relación Y = f(X) c) Variables intervinientes: Son variables que no necesariamente están formuladas en la hipótesis, pero que están presentes en el objeto de estudio y una variación en sus valores podrían afectar los resultados.  En los siguientes ejemplos se detallan algunos objetos de estudio y sus variables a estudiar:  Hipótesis 1: “La vulnerabilidad física frente a un sismo de las viviendas de la ciudad de Chiclayo es muy alta” - Objeto de estudio : Las viviendas de la ciudad de Chiclayo - Variable a estudiar : La vulnerabilidad física  Hipótesis 2: “El mal estado de conservación de los pavimentos en la ciudad de Chiclayo se debe a una baja calidad del material granular de la base y subbase”  - Objeto de estudio : Los pavimentos de la ciudad Chiclayo - Variables a estudiar : Variable Independiente: Calidad del material granular de la base y subbase Variable Dependiente: Estado de conservación de los pavimentos  Hipótesis 3: “La incorporación de fibras de acero mejora el comportamiento estructural del concreto”
  24. 24. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 24 Ing. Manuel Borja Suárez - Objeto de estudio : El concreto - Variables a estudiar : Variable Independiente: Incorporación de fibras de acero Variable Dependiente : Comportamiento estructural del concreto 4.3.6. Operacionalización de variables  Es el proceso mediante el cual se explica como se medirán las variables formuladas en la hipótesis, para lo cual en muchos casos habrá que descomponerlas en indicadores susceptibles de poder medirse.  No podrá desarrollarse una investigación si no se emplean indicadores que, en su conjunto, midan las variables de las hipótesis planteadas.  La variable siempre se aplica al grupo u objeto que se investigan, los cuales adquieren distintos valores en función de la variable estudiada.  El investigador debe definir los indicadores de las variables antes de realizar la recolección de datos, y para ello deberá utilizar términos operacionales, es decir, que produzcan datos concretos, que sean cuantificables.  En muchas investigaciones las variables de estudios se deben descomponer en variables intermedias, variables empíricas o indicadores que permitan su medición: Variable (Teórica de la hipótesis) Variables intermedias Variables empíricas ó indicadores Medición Valoración Vulnerabilidad sísmica de las edificaciones de Chiclayo Resistencia del suelo Resistencia de las edificaciones - Nivel de licuefacción - Capacidad portante - Nivel freático - Resistencia de la albañilería - Rigidez de los pórticos - Densidad de muros  Los siguientes ejemplos muestras una propuesta para operacionalizar variables en proyectos de ingeniería civil.  Hipótesis: “La incorporación de fibras de acero al concreto mejora significativamente su comportamiento estructural” VARIABLE INDICADOR MEDICION RANGO DE VARIABILIDAD Var. Independiente: (X) Incorporación de fibras de acero  Cantidad de fibras de acero % en peso % en volumen 5 , 10 y 15%  Diámetro de la fibra de acero mm 1 y 3 mm  Longitud de la fibra de acero Cm 1, 2 y 3 cm  … Var. Dependiente: (Y)  Resistencia a la compresión Kg/cm2 ----
  25. 25. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 25 Ing. Manuel Borja Suárez Comportamiento estructural del concreto  Trabajabilidad (Slump) Pulg ----  Resistencia a la flexiónte Kg/cm2 ---  Resistencia al corte Kg/cm2 ---  … Var. Intervinientes: - Resistencia inicial de diseño - Agregado grueso - Curado del concreto  F’c de diseño inicial Kg/cm2 175, 210, 280  Tamaño del agregado grueso Pulg 1/2”, 3/4”ó 1”  Tiempo de curado del concreto Días 7, 14 y 28 días  Hipótesis: “La Informalidad en la construcción influye en la vulnerabilidad de las viviendas en la ciudad de Chiclayo” VARIABLE INDICADOR / SUB INDICADOR MEDICION VALORACION Var. Independiente: (X) Informalidad en la construcción  Asesoramiento técnico Presencia del Ing. Residente - Siempre : 1 - Algunas veces: 2 - Nunca : 3  Licencia de construcción Otorgamiento - Tiene : 1 - No tiene : 3  Supervisión obra Presencia del Ing. Supervisor - Siempre : 1 - Algunas veces: 2 - Nunca : 3  Planos de obra Existencia de planos - Todos : 1 - Algunos : 2 - Ninguno : 3  Controles de calidad - Resistencia del concreto - Curado del concreto  Rotura de probetas  Días de curado - Si : 1 - No : 3 - 5 a 7 días : 1 - 1 a 4 días : 2 - Ninguno : 3  Seguridad en la obra Implementación medidas de seguridad - Hubo : 1 - A veces : 2 - No hubo : 3 Var. Dependiente:(Y) Vulnerabilidad de las viviendas  Capacidad portante del suelo Kg/cm2 - > 1 : 1 - 0.5 – 1 : 2 - < 0.5 : 3  Materiales de construcción - Adobe - Ladrillo arcilla - Ladrillo cemento  Sistema estructural - Irregularidades en planta - Presencia columnas cortas - Tabiques sin confinar. - Discontinuidad en planta y elevación - Densidad de muros
  26. 26. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 26 Ing. Manuel Borja Suárez  Otros… 4.4. Marco metodológico 4.4.1. Tipo de investigación Se deberá indicar el tipo de investigación, según las diferentes clasificaciones 4.4.2 Diseño de contrastación de la hipótesis (Estrategia para demostración de la hipótesis) Consiste en proponer ¿Cómo se procederá para demostrar la verdad de la hipótesis?. Es la estrategia concebida para poner a prueba la hipótesis o para intentar verificarla y así obtener la información que se desea. En esta etapa se debe describir los pasos a seguir para demostrar la hipótesis. La estrategia dependerá del enfoque de la investigación; una investigación de tipo experimental tendrá una estrategia diferente a una investigación de tipo descriptiva (no experimental) Por lo general en la investigación científica existen dos tipos de diseños para contrastar la hipótesis: el diseño experimental y el diseño no experimental. Si la investigación es de tipo experimental habrá que definir una de las modalidades, identificar el objeto de estudio, el estímulo (variable X) y la medición (variable Y). En algunos casos es conveniente confeccionar un diagrama de flujo de la secuencia para intentar demostrar la hipótesis. 4.4.2.1 Diseños experimentales El esquema lógico para demostrar una hipótesis en una investigación experimental podría ser el siguiente:  Las variables que se manipulan son las variables independientes (X, X1, X2, …) A = Conjunto de variables independientes (X1, X2, X3 X) B = Variable dependiente (Y) Hipótesis: “A” es la causa que ocurra “B” 1er experimento: X1, X2, X3 ------- Y1 ( Cuando aparecen las causas X1, X2, X3, aparecerá un efecto Y1) 2do. experimento: X1, X2, ------ Y2 ( Cuando aparecen las causas X1, X2, aparecerá un efecto Y2) Esto significa que en el 1er y 2do. experimento existen elementos de semejanza que es la presencia de X1 y X2 y también existen elementos de diferencia que es la ausencia de la variable X3. De lo anterior se puede concluir que la ausencia de la variable X3 es la causa de Y2. Sin embargo la conclusión anterior debe plantearse con sumo cuidado, ya que las causas reales del efecto Y2. podrían ser: - Una cuarta variable X4 no detectada en el experimento - Una combinación de X1 con X4 - Una combinación de X3 con X1 - Una combinación de X3 con X2  Para tratar de reducir estos inconvenientes del procedimiento experimental se debe repetir la experimentación un número suficiente de veces que permita disminuir los elementos fortuitos. Ejemplo:
  27. 27. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 27 Ing. Manuel Borja Suárez A = Componentes físicos del concreto X1: relación a/c X2: tamaño máximo del agregado grueso X3: temperatura del agua B = Resistencia a la compresión del concreto (Y) Hipótesis: “La relación a/c, el tamaño máximo del agregado grueso y la temperatura del agua influyen en la resistencia a la compresión del concreto “ 1er experimento: (para cierta cantidad de X1, X2 y X3 ) X1, X2, X3 ------- 175 Kg/cm 2 2do. experimento: (para las mismas cantidades de X1, X2 y una variación de X3) X1, X2 X3 ------- 150 Kg/cm2 Esto significa que en el 1er y 2do. experimento existen elementos de semejanza que es la misma relación a/c y el tamaño máximo del agregado grueso: (X1 y X2) y también existe un elemento de diferencia que es la variación de la temperatura del agua X3. De lo anterior se puede concluir que para los mismos valores de X1 y X2 , la variable X3 es la causa de la reducción de la resistencia (de 175 a 150 Kg/cm 2 ) Sin embargo la conclusión anterior debe plantearse con sumo cuidado, ya que las causas reales de la disminución de la resistencia del concreto podrían haberse debido a la presencia de otro elemento no detectado en el experimento. Tipos de experimentos: Existen diferentes tipos de experimentos que están en función del control de las variables. Para analizarlos utilizaremos la siguiente simbología: O = Objeto de estudio o unidad de análisis X = Estímulo a la variable independiente -X = Ausencia del estímulo M = Medición de la variable dependiente “Y” A) Pre-experimentos  Su grado de control es mínimo. Consiste en administrar un estímulo a los objetos de estudio para luego determinar el nivel en que se manifiesta la variable dependiente. Este tipo de experimento se utiliza en investigaciones técnicas para medir la efectividad y eficacia de los resultados. Se presentan las siguientes modalidades: A.1) Estudio con una medición de post-prueba con un solo grupo O ---- X ----- M Ejemplos: - “Encuesta a los alumnos después de recibir el estímulo de una actividad lectiva para determinar su satisfacción con la clase del profesor” - “Estudio del grado de satisfacción de las personas que van al cine los días lunes de promoción 2x1” A.2) Estudio de pre-prueba y post-prueba con un solo grupo
  28. 28. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 28 Ing. Manuel Borja Suárez Al objeto de estudio se le aplica una medición antes y después del estímulo para comprobar la evolución de la variable dependiente. En este caso existe un punto de referencia inicial para analizar el comportamiento del objeto. O ---- M1 ---- X ----- M2 Ejemplos: - “Aplicación de un examen de entrada y de salida en una sesión de aprendizaje”. - “Evaluación del impacto ambiental antes y después de haber construido un proyecto de ingeniería”. - Evaluación de las enfermedades gastrointestinales de un sector de la población antes y después de la construcción de las redes de alcantarillado en sus viviendas.” B) Experimentos puros  Es el experimento en donde se manipulan las variables a través de la existencia de dos grupos de estudio: (un Grupo Experimental: Oe y un Grupo de Control: Oc). Estos dos grupos tienen que tener características equivalentes. Al Grupo Experimental se le aplicarán los estímulos y al Grupo de Control en ningún momento se le aplicará el estímulo, de esta manera este grupo servirá como patrón de comparación.  El objetivo de este experimento es asegurar que la relación entre las variables independiente y dependiente (X, Y) es establezca en la forma más pura posible, sin interferencias de variables intervinientes no controladas. Se presentan las siguientes modalidades: B.1) Estudio únicamente con post-prueba Oe ---- X1 ----- M1 : Para el Grupo Experimental Oc ---- -X1 ----- M2 : Para el Grupo de Control Ejemplo: “Estudio del rendimiento de un motor en kilómetros por galón de gasolina, afectado por la incorporación de un aditivo especial”. B.2) Estudio con preprueba, post-prueba Oe ---- M1 ---- X1 ----- M2 Oc ---- M1 ---- -X1 ----- M2 Ejemplo: “Estudio del crecimiento de cultivo de tomates afectado por la aplicación de un nuevo abono; en este caso al grupo de control no se le aplicará el abono”. B.3) Estudio series cronológicas sin repetición del estímulo: (varias post-pruebas en el tiempo)  En este caso el efecto provocado por la variable independiente no se manifiesta de manera inmediata, sino que ocurre de manera paulatina en el tiempo, aumentando gradualmente su intensidad, por lo que será necesario realizar varias post-pruebas de la variable dependiente en diferentes períodos. O1 ---- M1 ---- X1 ----- M2 ----- M3 ----- …….. Mn O2 ---- M1 ---- -X1 ----- M2 ----- M3 ----- …….. Mn Ejemplo: “Estudio para medir el aumento de la resistencia del concreto después de haber sido curado con un aditivo especial”. B.4) Estudio de series cronológicas con repetición del estímulo:
  29. 29. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 29 Ing. Manuel Borja Suárez (varias post-pruebas en el tiempo)  En este caso el estímulo se aplica varias veces en el tiempo para poder apreciar el efecto sobre la variable dependiente. O1 --- M1 --- X1 --- M2 --- X2 --- M3 … --- Xn …--- ….. Mn O2 --- M1 --- -X1 --- M2 --- -X2 --- M3 … --- -Xn … --- ….. Mn Ejemplos: “Evaluación del desgaste superficial de una carretera experimental afectada por la repetición e incremento de cargas durante un periodo de tiempo de un año”. “Análisis de la deformación de una viga por el incremento de una carga distribuida hasta llegar a la rotura”. Pasos para la realización de un experimento: Los pasos a seguir estarán en función al tipo de experimento, para este caso se ha tomado el tipo de experimento puro con pre-prueba, post-prueba y grupo de control. La hipótesis que queremos someter a contrastación experimental es la siguiente: “Un mejor salario contribuye al aumento de la productividad en las empresas productivas de la región Lambayeque”. 1° Determinar las variables: Var. Independiente (X) - Salario (Es el estímulo) Var. Dependiente (Y) - Productividad (Es el efecto) 2° Escoger dos grupos similares de obreros (edad, especialidad, años de experiencia, etc.). Uno será el grupo al cual se le aplicará el experimento (GE) y el otro será el grupo de Control (GC) 3° Medición inicial de la variable dependiente (productividad) en ambos grupos. Esta variable puede expresarse con el siguiente indicador: número de elementos producidos por unidad de tiempo. 4° Aplicación de la variable independiente (estímulo). Para nuestro ejemplo un grupo de obreros recibirá un aumento de sueldo y el otro grupo no. 5° Realización de una nueva medición de la variable dependiente (productividad) en ambos grupos (GE y GC). 6° Comparación entre las mediciones de la variable dependiente en el GE y el GC, para conocer si hay variaciones y de que magnitud son éstas. 7° Interpretación de los resultados. Sin en el GE se observa un mejoramiento notable de la productividad entonces se habrá demostrado la hipótesis. 8° La representación lógica es la siguiente: Oe ---- M1 ---- X1 ----- M2 (Grupo Experimental) Oc ---- M1 ---- -X1 ----- M2 (Grupos de Control) C) Cuasi-experimentos  Se le llama así a los experimentos en los cuales los grupos de estudio no han sido escogidos al azar porque ya estaban formados de esa manera antes de la investigación.  Adoptan las mismas modalidades que los experimentos puros. 4.4.2.2. Diseños No Experimentales  Se basan en la obtención de información sin manipular los valores de la variables, es decir tal y como se manifiestan las variables en la realidad.  En algunos proyectos de investigación de ingeniería existen una serie de características que no se pueden manipular como por ejemplo: el sistema constructivo de una vivienda, el nivel educacional del personal obrero, el estado actual de una carretera, la calidad de
  30. 30. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 30 Ing. Manuel Borja Suárez materiales de una edificación, la edad del personal, el estado de salud, material de ciertos equipos, sistema de frenos de un vehículo, etc.  Así mismo existen investigaciones en las que a pesar que se pudieran manipular las variables, existen factores éticos que no lo hacen viable.  Las principales modalidades de una investigación no experimental son las siguientes: A) Investigación descriptiva:  Tal como se mencionó en los tipos de investigación, la investigación descriptiva es aquella en que se busca describir determinadas características del objeto de estudio. Por ejemplo: “Estudio de la vulnerabilidad sísmica de edificios mayores o iguales a 5 pisos en la ciudad de Chiclayo”. B) Investigacion ex posfacto:  Trata de determinar las relaciones entre las variables tal como se manifiestan en la realidad, sin la intervención y manipulación por parte del investigador.  En este tipo de investigación se parte de un fenómeno al que se le buscan las posibles causas en el pasado (estudio retrospectivo). Así por ejemplo:  “¿Cuáles fueron las causas de la disminución del rendimiento académico de los estudiantes de la Universidad en el año 2008?”  “¿Cuáles fueron las causas por las cuales las viviendas de Nazca no resistieron el sismo del año 2002?”  En otra modalidad de este tipo de investigación se parte de la observación de uno o varios factores a los que se les trata de buscar los efectos en un intervalo de tiempo (estudio prospectivo). Por ejemplo:  “¿De que manera influirá la descentralización de la educación en la calidad de enseñanza en el Perú?”  “¿Cómo influirá la variación de las tarifas de papeletas de transito en la disminución de la corrupción a los policías de tránsito?”  “Influencia de la informalidad de la construcción de viviendas del PJ. “Simón Bolivar” en su vulnerabilidad frente a un sismo” 4.5. Población y muestra  Desde un punto de vista estadístico, se denomina población o Universo al conjunto de elementos o sujetos que serán motivo de estudio. Si queremos estudiar, por ejemplo el coeficiente de inteligencia de los estudiantes universitarios del Perú, el universo serán todos los estudiantes universitarios a nivel nacional. Si quisiéramos estudiar los problemas estructurales de las viviendas en la ciudad de Chiclayo, el Universo será todas las viviendas ubicadas en esta ciudad.  Dado que un estudio de este tipo resultaría muy costoso y extenso, salvo en el caso de los censos donde si hay que estudiar a toda la población, tenemos que utilizar la estadística para seleccionar una fracción de la población, que cumpla la siguiente condición: “Con una probabilidad P, las conclusiones que se puedan obtener de ella, tengan validez para todo el universo.  En una investigación pueden existir varias muestras. Por ejemplo, si se quiere realizar una investigación acerca de la competitividad del sector construcción, sería necesario determinar una muestra para los proyectos construidos, y otra para los profesionales involucrados en este proceso.
  31. 31. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 31 Ing. Manuel Borja Suárez  Para seleccionar una muestra, lo primero que hay que hacer es definir una unidad del objeto de estudio en la investigación (personas, familias, obras construidas, vehículos de transporte público, viviendas, kilómetros de una carretera, metros lineales de veredas, ladrillos fabricados por una máquina, bolsas de cemento envasadas por una fábrica, ensayos de laboratorio, fenómenos registrados, etc.)  Para una investigación cuantitativa, la muestra de estudio es un subgrupo representativo de la población, sobre la cual se habrán de recolectar datos. El investigador se deberá interesar que los resultados encontrados en la muestra logren generalizarse o extrapolarse a la Población o Universo. La muestra debe ser estadísticamente representativa.  Para obtener la muestra, el investigador tiene que realizar lo siguiente: 1°) Calcular el tamaño de la muestra y 2°) determinar cuales serán los miembros de esta muestra que serán estudiados (procedimiento de muestreo). 4.5.1. Tamaño de la muestra Es obvio que si cada uno de los sujetos de estudio de una investigación tuvieran exactamente las mismas características, el tamaño requerido de la muestra sería solamente de uno; pero al no presentarse el caso, necesitamos establecer un tamaño de muestra mayor de uno, pero menor que la población total o universo. El tamaño de la muestra muchas veces se limita por el costo que involucra, o por el tiempo disponible para la investigación. Existen dos casos para determinar el tamaño de la muestra: a) Para población infinita (mas de 100,000 elementos) Z2 .p.q n = Tamaño de la muestra n = ----------- p = Probabilidad que la hipótesis sea verdadera e2 q = (1-p) Probabilidad de No ocurrencia de la hipótesis e = Error estimado por estudiar una muestra en lugar de toda la población. aceptable Z = Coeficiente de confiabilidad (Nivel de Significancia) que corresponde a una distribución normal según el % de confianza requerida. Nivel de confianza Coeficiente de confiabilidad (Z) 99 % 2.58 98 2.33 97 2.17 96 2.05 95 1.96 90 1.65 80 1.28 50 0.67 Nota: En algunas investigaciones se puede reemplazar la expresión p.q por la varianza de la variable: σ 2 b) Para población finita (menos de 100,000 elementos) Z2 .p.q. N N = Tamaño de la Población o Universo n = --------------------------- e2 (N-1) + Z2 .p.q Nota: cuando no existen estudios previos, hay que asumir p = q = 50%
  32. 32. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 32 Ing. Manuel Borja Suárez 4.5.2. Procedimiento de muestreo El elegir entre una muestra probabilística o una no probabilística depende de los objetivos de la investigación y de la contribución que se piensa hacer con ella. a) Muestreo probabilístico En este tipo de muestreo todos los elementos de la población tienen la misma probabilidad de ser escogidos. Existen dos tipos: a.1. Muestreo aleatorio simple.- Donde todos los objetos de estudio tienen las mismas probabilidades de salir seleccionadas como parte de la muestra. En este caso se distinguen dos casos, que son: la selección con reemplazo y la selección sin reemplazo. En este tipo de muestreo se pueden utilizar los números Random. a.2. Muestreo sistemático.- La selección se realiza cada cierto intervalo “K” de una lista de datos que representan a los sujetos de estudio, donde K = N / n b) Muestreo No probabilístico En las muestras no probabilísticas no es posible calcular el error estándar, así como el nivel de confianza con el que hacemos la estimación. Sin embargo este tipo de muestreo es muy importante en estudios cualitativos. En este caso la selección de los elementos no depende de la probabilidad sino del criterio del investigador. b.1. Muestra espontánea.- Se utiliza cuando no se tienen referencias precisas acerca de la población total. Consiste en seleccionar en forma informal los objetos de estudio de más fácil acceso. Sus resultados son de escaso valor predictivo, es decir no se pueden generalizar a la población. b.2. Muestra por cuotas.- Consiste en seleccionar los objetos de estudio en forma proporcional respecto a su representatividad en la población total. Por ejemplo, si se quiere conocer el área promedio construida de las viviendas en el Perú según su nivel socio-económico, se deberán seleccionar una cantidad de viviendas para cada nivel (A,B,C,D y E), según su proporción de representatividad con respecto a la población total del país. 4.5.3. Errores durante el muestreo Existen dos tipos de errores que se pueden cometer durante un proceso de investigación. a) Error muestral.- Se comete cuando se sacan conclusiones sobre un resultado obtenido en una muestra y se da como válido para la población en general. Este error se puede controlar, pues depende del tamaño de la muestra. b) Error no muestral.- Son todos los demás errores que se pueden presentar durante la investigación. Por ejemplo: - Definir equivocadamente la población. - Calcular erróneamente el tamaño de la muestra - Diseño pobre de una encuesta - Falta de respuesta de los entrevistados - Errores en el procesamiento, análisis e interpretación de los datos 4.6. Materiales y equipos  Detallar todos los materiales y equipos que se emplearán durante la ejecución del proyecto de investigación  Este item es muy utilizado sobre todo en los proyectos de tipo experimental.
  33. 33. Metodología de la Investigación Científica para ingenieros 33 Ing. Manuel Borja Suárez 4.7. Técnicas y formatos de recolección de datos  En este item se deben describir las técnicas que se utilizarán para recopilar toda la información de campo, se deben presentar todos los formatos utilizados en esta tarea; para el caso de proyectos de ingeniería se deben presentar los formatos utilizados, por ejemplo, para realizar un levantamiento topográfico, formatos para hacer los estudios de suelo, estudios de tráfico, formatos para realizar los ensayos. Estos formatos deben estar sin datos. El proceso de recolección de datos implica tres actividades estrechamente vinculadas entre sí:  Seleccionar el instrumento de recolección de datos, el mismo que debe ser válido y confiable.  Aplicar el instrumento a la muestra de estudio; es decir obtener observaciones registros o mediciones de variables.  Analizar la información recopilada. Existen diferentes técnicas para la recolección de información, las mismas que no son excluyentes y muy por el contrario son complementarias. Las principales técnicas son las siguientes: La observación, la entrevista, la encuesta y las pruebas estandarizadas. 4.7.1. La Observación  Para los proyectos de investigación en ingeniería, todos los datos observados se deben plasmar en formatos adecuados de recolección de información; por ejemplo: Formatos para el estudio de tráfico, estudio de suelos, levantamientos topográficos, diseño de mezclas, etc.  La observación científica es la más antigua y al mismo tiempo la más moderna técnica de investigación.  La observación se define como la percepción intencionada e ilustrada de un hecho o un conjunto de hechos o fenómenos.  El objeto de la observación es un hecho de la realidad.  Es directa ya que no se observan sentimientos sino conductas, no se observan enfermedades sino síntomas.  Los elementos de la observación son los siguientes:  Objeto de observación.- que es portador de las características que son objeto de estudio (variables).  Observador.- que es el investigador  Circunstancias en que ocurre la observación.- Influenciado por le medio ambiente del objeto y del observador.  Medios de observación.- Formado por los sentidos, instrumentos de medición y procedimientos.  Conocimientos observados. 4.7.2. La entrevista  La entrevista con fines de investigación puede ser entendida como la conversación que sostienen dos personas (entrevistador y entrevistado), celebrada por iniciativa del entrevistador con la finalidad de obtener alguna información importante para la investigación. (Adonay Moreno, Serie: aprender a investigar).  Se emplea cuando el investigador está convencido que la mejor fuente de información la va a proporcionar los testimonios de personas que están involucrados con el objeto de estudio.  La entrevista se utiliza con mayor frecuencia en investigaciones de carácter cualitativo. 4.7.3. La Encuesta  Hoy en día la encuesta es el instrumento más utilizado por los ciencias sociales: sociología, antropología y aún en política; sin embargo muchos científicos de las ciencias básicas la utilizan con mucha frecuencia sobre todo cuando quieren examinar los efectos sociales de los nuevos descubrimientos científicos e investigaciones técnicas.  Se utilizan de preferencia cuando el volumen de objetos de estudio o unidades de análisis (obreros, empresarios, campesinos, estudiantes, profesores) es bastante grande.  Se aplica a la totalidad de la muestra.  Se la utiliza por lo general en proyectos de tipo cuantitativo.

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