Figura. Cabria abandonada en El Centenillo, Jaén. https://es.wikipedia.org/wiki/Cabria_(construcci%C3%B3n)
La cabria es una estructura consistente en dos vigas ensambladas en ángulo agudo, mantenidas por otra que forma trípode con ellas, o bien por una o varias amarras. Un torno colocado entre las dos vigas y una polea suspendida del vértice reciben la cuerda con que se maniobra el peso.
La mayoría de estos aparatos son de brazo fijo construyéndose en algunos casos también con brazo inclinable. Es un procedimiento sencillo y económico de elevación de cargas pesadas de hasta 150-200 toneladas.
Al no permitirse el movimiento de giro horizontal, las cargas sólo pueden subir o bajar. Se utilizan preferentemente para trabajos portuarios, montados sobre barcazas o pontones.
Referencia:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.
Figura 1. Retroexcavadora Cat 663 EH. https://www.diariomotor.com/tecmovia/2012/10/18/caterpillar-anade-un-sistema-hibrido-hidraulico-para-reducir-el-consumo-de-sus-excavadoras/
La adquisición de la maquinaria en una empresa constructora constituye un aspecto de vital importancia en su rentabilidad económica actual y futura. La selección de los equipos, por tanto, deberá basarse en un estudio económico profundo. A continuación, se describen los elementos condicionantes y los criterios de la elección.
La situación económica y financiera de la empresa, el tipo de trabajos que realiza, la situación del parque del parque de maquinaria, la política y estrategia empresarial, el escenario económico y las perspectivas de nuevas obras son factores que influyen en la selección de la maquinaria y su posible adquisición. Sin embargo, las condiciones y la tipología de los trabajos, la capacidad de producción necesaria, la flexibilidad al cambio en las condiciones, la fiabilidad y el servicio postventa son las condiciones de contorno del problema de la elección de la máquina más conveniente.
Para la selección se procurará la unificación de los equipos (mayor simplicidad para el manejo, conservación y reparación, menor inventario de repuestos, simplificación en la formación y en la documentación); se considerará la adecuación de máquinas que han de trabajar en equipo; se analizarán los costes de mantenimiento (consumos de combustibles, materiales de conservación y piezas de desgaste); se estimarán las producciones previsibles. Además, deben valorarse los costes de los transportes de ida y vuelta, el coste de los montajes y de los desmontajes, los gastos de matriculación y los seguros. La elección de la máquina idónea para una obra determinada depende de factores tales como la situación geográfica de la obra y la facilidad de sus accesos, de la climatología, de la tipología del terreno, del tipo de energía disponible, del plazo de ejecución, de la forma y extensión de las obras, etc.
Tabla 1. Factores que influyen en la elección del tipo de maquinaria
Ubicación de la obra
Zona industrial
Zona urbana
Zona periurbana
Altitud
Forma y extensión de la obra
Reducida
Extensa
Lineal
Puntual
Tipología del terreno
Arenoso
Arcilloso
Rocoso
Anegado
Accesos
Facilidad de transporte
Viales
Carreteras
Caminos
Puentes
Túneles
Personal
Disponibilidad
Calificación
Topografía
Plana
Pendiente
Irregular
Abrupta
Climatología y microclima
Temperaturas extremas
Vientos dominantes
Precipitación máxima
Nieve
Consumos
Combustibles
Lubricantes
Calidad de ejecución
Trabajos de precisión
Trabajos de volumen
Otros
Energías a emplear
Nivel freático
Agua potable
Mantenimiento
Plazo de ejecución
Existen diversas marcas y modelos de máquinas capaces de satisfacer los condicionantes del trabajo requerido. La mejor opción depende del precio de la máquina, del rendimiento previsible y otros factores como la calidad del servicio postventa, el precio de los repuestos y la rapidez en su suministro, etc. El precio de lista de los catálogos de venta está sujeto a variaciones importantes en función de los descuentos, entrega de máquina usada, condiciones de pago e intereses. El rendimiento previsible supone el factor más importante en la elección de la máquina, sin embargo, su estimación es difícil salvo que se tenga experiencia anterior o se realicen demostraciones reales con el nuevo modelo. Por último, la adquisición de una máquina nueva es una opción tan válida como la compra de maquinaria usada, el alquiler u otros sistemas de financiación como el “leasing”.
Referencias:
PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.
Figura 1. Curva de aprendizaje, que indica la cantidad aprendida en relación con el tiempo
De todos es conocido el fenómeno por el cual, conforme se aprende a realizar una tarea determinada, disminuye el número de errores y, por tanto, aumenta la productividad. Este fenómeno ha sido cuantificado a partir de evidencias empíricas en una gran variedad de industrias y productos, y es, evidentemente, completamente aplicable al sector de la construcción.
En economía, se ha definido la curva de aprendizaje (Figura 1) como aquella que describe el grado de éxito obtenido durante el aprendizaje en el transcurso del tiempo. En efecto, conforme aumenta el número de ciclos o repeticiones, el tiempo o el coste empleado en realizar un producto o servicio disminuye, por lo que la productividad crece con el tiempo. En la Figura 1, el ritmo de crecimiento del aprendizaje es alto al principio, pero luego se tarda más tiempo en aprender cosas nuevas. Sin embargo, puede haber tareas donde sea difícil aprender al principio, lo cual puede ser una barrera de entrada, y luego se vuelva todo más sencillo.
El aprendizaje se puede producir a distintas escalas dentro de una organización (Serpell, 2002). Puede haber un aprendizaje organizacional, un aprendizaje personal y un aprendizaje grupal. La organización puede aprender mejorando su coordinación, sus métodos de trabajo, sus medios de producción o al aumentar el aprendizaje de las personas. Por otra parte, en las personas se da una etapa de aprendizaje de la operación, donde la productividad crece rápidamente, y una etapa de adquisición de experiencia, don de la mejora es más gradual. Por otra parte, un grupo puede aprender, en parte porque aprenden las personas, pero también por el aprendizaje organizaciones.
En el caso de la construcción, el aprendizaje se ve afectado por una serie de factores característicos de este sector. Por una parte, cada obra suele es singular, con bajo número de repeticiones, salvo en el caso de la prefabricación u obras muy específicas con un gran número de ciclos repetitivos. La improvisación, especialmente en la gestión de la obra (organización, dirección, planificación y control) afecta de forma negativa al aprendizaje. También la falta de coordinación y continuidad de los trabajos y la alta rotación del personal dentro de una obra influyen negativamente en la curva de aprendizaje. Otros factores, como la poca formación previa de muchos de los operarios o la falta de motivación, también entorpecen el aprendizaje.
A continuación analizamos un modelo analítico de la curva de aprendizaje, que suele ser de tipo logarítmico, aunque hay otras fórmulas de cálculo:
donde
YN = esfuerzo necesario para producir la enésima unidad
K = esfuerzo necesario para producir la primera unidad
N = contador del número de unidades producidas, comenzando por la primera unidad
S = constante que es una medida de la tasa de aprendizaje
La constante S es negativa, pues el esfuerzo por unidad disminuye con la producción. Se suele medir el esfuerzo por unidad en función del tiempo, del coste u otra medida equivalente. En la Figura 2 se muestra una curva de aprendizaje típica.
Figura 2. La curva de aprendizaje
Este modelo asume que la reducción porcentual del esfuerzo necesario por unidad es constante cada vez que se duplica la producción o número de unidades, es decir, para cualquier valor de S, se tiene que:
Se llama R = 2S al factor de aprendizaje, que es la proporción entre el esfuerzo necesario para 2N y el requerido para N. De esta forma, S=logR/log2. Por ejemplo, para un factor de aprendizaje del 95%, S=-0,0740. Según estudios realizados por Naciones Unidas (Serpell, 2002), el factor de aprendizaje para la construcción se encuentra entre un 80% y un 95%.
Si integramos la curva de aprendizaje, se puede obtener el esfuerzo total para N unidades:
Y el esfuerzo medio acumulado sería el siguiente:
Para saber si habéis entendido bien este modelo, os lanzo el siguiente reto: Estimar el número de horas-hombre necesario para construir 100 casas iguales por parte de la misma cuadrilla de albañiles, sabiendo que han tardado 200 horas-hombre para la primera de las casas y que el factor de aprendizaje es del 90%. Solución: 117,12 horas-hombre. Si tuviésemos 2 cuadrillas, cada una de las cuales hace 50 casas, ¿cuántas horas-hombre serán necesarias ahora? Solución: 130,13 horas-hombre.
Os dejo a continuación un vídeo explicativo que espero os sea de utilidad.
Referencias:
PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.
SERPELL, A. (2002). Administración de operaciones de construcción. Alfaomega, Ediciones Universidad Católica de Chile, Colombia.
Figura 1. Maquinaria auxiliar, habitual en alquiler. Imagen: V. Yepes
Una opción interesante frente a la compra de maquinaria consiste en alquilar aquellas máquinas más comunes y disponibles en el mercado. El alquiler permite laminar las puntas de trabajo en las obras y evita la posesión de máquinas paradas en momentos de recesión. Por otro lado, la competencia existente entre las empresas dedicadas al alquiler permite encontrar buenos precios.
También existen otras motivaciones que aconsejan el alquiler frente a la compra: la carencia de suficientes recursos financieros en la empresa, una cartera escasa o heterogénea de obras, la dispersa geográfica de las obras, una baja utilización de las máquinas, la carencia de mano de obra cualificada o cuando la oferta de equipos en alquiler es alta. De forma similar al alquiler, existen pequeños subcontratistas que cuentan con máquinas y subcontratan una parte de la obra (voladura, movimiento y compactación de tierras, extensión de firme, etc.).
El alquiler puede realizarse con conductor (maquinaria de movimiento de tierras, compactación, etc.) o bien sin conductor (generadores eléctricos, compresores, etc.). El periodo de alquiler puede por horas o por varios meses. También se puede facturar por horas de funcionamiento o por horas de permanencia en obra.
En la Figura 2 se representa la influencia del coste de la maquinaria con su utilización. El alquiler resulta interesante siempre que los costes lo aconsejen, lo cual está relacionado con un bajo grado de utilización de la maquinaria. En empresas pequeñas o medias se puede considerar el alquiler de una máquina cuando no sobrepase las 1,000 horas de trabajo anuales.
Figura 2. Conveniencia del alquiler frente a la compra de maquinaria
Referencias:
PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.
Figura. Calidad, innovación y gestión del conocimiento (Pellicer et al., 2008)
El grado de desarrollo de una comunidad se mide, a menudo, por su inversión en investigación, desarrollo e innovación (I+D+i). Los países industrializados asumen la necesidad de investigar nuevas técnicas, materiales y procesos con objeto de alcanzar una mayor eficiencia y sustentabilidad en cada tarea productiva. La normalización y la certificación de la gestión de proyectos o sistemas de I+D+i supone una herramienta adecuada para optimizar los resultados, sobre todo cuando es una política internacional el incentivo de las tareas de I+D+i. Las empresas buscan acreditar ante la administración pública los recursos destinados a la I+D+i, obteniendo ventajas fiscales a lo largo de todo el proceso. A pesar de que el sector de la construcción es importante en todas las economías desarrolladas y en vías de desarrollo, las empresas constructoras invierten poco en I+D+i comparativamente con otros sectores. La relación entre la normalización y la innovación sigue siendo una asignatura pendiente dentro del campo de la gestión de la construcción. A lo largo del presente artículo se analiza la situación internacional en materia de normalización y certificación de actividades de I+D+i, señalando el carácter innovador de las normas españolas UNE 166000. Se exponen los resultados de un estudio sistemático destinado a conocer la situación actual en el sector de la construcción en España, referente a la normalización y a la certificación. Esta nueva familia de normas podría servir como referente para otros países, siempre funcionando conjuntamente con las series de normas ISO 9000 y 14000.
PELLICER E., YEPES V., CORREA C.L.; MARTÍNEZ, G. (2008). Enhancing R&D&i through standardization and certification: the case of the Spanish construction industry, Revista Ingeniería de Construcción, 23(2): 112-121.
La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso online sobre “Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención y control del agua subterránea en obra civil y edificación”. El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 75 horas de dedicación del estudiante.
Este es un curso básico de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras civiles y de edificación. Se trata de un curso que no requiere conocimientos previos especiales y está diseñado para que sea útil a un amplio abanico de profesionales con o sin experiencia, estudiantes de cualquier rama de la construcción, ya sea universitaria o de formación profesional. Además, el aprendizaje se ha escalonado de modo que el estudiante puede profundizar en aquellos aspectos que más les sea de interés mediante documentación complementaria y enlaces de internet a vídeos, catálogos, etc.
En este curso aprenderás las distintas tipologías y aplicabilidad de los procedimientos de contención y control del agua utilizados en obras de ingeniería civil y de edificación. El curso índice especialmente en la comprensión de los procedimientos constructivos y la maquinaria específica necesaria para la ejecución de los distintos tipos de sistemas de control del agua (ataguías, pantallas, escudos, drenajes superficiales, bombeos profundos, congelación del suelo, electroósmosis, inyecciones, etc.). Es un curso de espectro amplio que incide especialmente en el conocimiento de la maquinaria y procesos constructivos, y por tanto, resulta de especial interés desarrollar el pensamiento crítico del estudiante en relación con la selección de las mejores soluciones constructivas para un problema determinado. El curso trata llenar el hueco que deja la bibliografía habitual donde los aspectos de proyecto, geotecnia, hidrogeología, estructuras, etc., oscurecen los aspectos puramente constructivos. Además, está diseñado para que el estudiante pueda ampliar por sí mismo la profundidad de los conocimientos adquiridos en función de su experiencia previa o sus objetivos personales o de empresa.
El contenido del curso está organizado en 50 lecciones, que constituyen cada una de ellas una secuencia de aprendizaje completa. La dedicación aproximada para cada lección se estima en 1-2 horas, en función del interés del estudiante para ampliar los temas con el material adicional. Además, al finalizar cada Lección didáctica, el estudiante afronta una batería de preguntas cuyo objetivo fundamental es afianzar los conceptos básicos y provocar la duda o el interés por aspectos determinados del tema abordado. Al final se han diseñado tres unidades adicionales cuyo objetivo fundamental consiste en afianzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, donde lo importante es desarrollar el espíritu crítico y la argumentación a la hora de decidir la conveniencia de un procedimiento de control del agua u otro. Por último, al finalizar el curso se realiza una batería de preguntas tipo test cuyo objetivo es conocer el aprovechamiento del curso, además de servir como herramienta de aprendizaje.
El curso está programado para una dedicación de 75 horas de dedicación por parte del estudiante. Se pretende un ritmo moderado, con una dedicación semanal en torno a las 10-15 horas, dependiendo de la profundidad de aprendizaje requerida por el estudiante, con una duración total de 6 semanas de aprendizaje.
Éste curso único impartido Víctor Yepes, Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València, se presenta mediante contenidos multimedia interactivos y de alta calidad dentro de la plataforma virtual Moodle, combinado con la realización de ejercicios prácticos. Así mismo, se realizarán clases en directo mediante videoconferencias, que podrán ser vistas en diferido en caso de no poder estar presente en las mismas.
Objetivos
Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:
Comprender la utilidad y las limitaciones de los procedimientos de contención y control del agua en obras de ingeniería civil y de edificación
Evaluar y seleccionar el mejor tipo de procedimiento necesario para una construcción con problemas de agua en unas condiciones determinadas, considerando la economía, la seguridad y los aspectos medioambientales
Programa
– Lección 1. Conceptos básicos del agua en medio poroso
– Lección 2. El problema del agua en las excavaciones
– Lección 3. La magia de las tensiones efectivas en geotecnia
– Lección 4. El sifonamiento en las excavaciones: el efecto Renard
– Lección 5. Clasificación de las técnicas de control del agua en excavaciones
– Lección 6. Selección del sistema de control del nivel freático
– Lección 7. Drenaje de excavaciones mediante bombeos superficiales y sumideros
– Lección 8. Drenaje de excavaciones mediante zanjas perimetrales
– Lección 9. Descenso del nivel freático por bombeo: fórmula de Dupuit-Thiem
– Lección 10. Cálculo de un agotamiento mediante pozos
– Lección 11. Tipología de las estaciones de bombeo
– Lección 12. Altura neta positiva de aspiración de una bomba
– Lección 13. Bombas empleadas en el control del nivel freático de una excavación
– Lección 14. Procedimientos constructivos de pozos profundos para drenaje
– Lección 15. Drenaje en excavaciones sobre acuíferos confinados: pozos de alivio
– Lección 16. Drenaje de excavaciones mediante bombeo desde pozos filtrantes
– Lección 17. Drenaje de excavaciones mediante bombeo desde pozos eyectores
– Lección 18. Drenajes horizontales instalados mediante zanjadoras
– Lección 19. Pozos horizontales ejecutados mediante perforación horizontal dirigida
– Lección 20. Drenes de penetración transversal: drenes californianos
– Lección 21. Control del nivel freático mediante lanzas de drenaje (wellpoints)
– Lección 22. Drenaje horizontal con pozos radiales
– Lección 23. Galerías de drenaje en el control del nivel freático
– Lección 24. Electroósmosis como técnica de drenaje del terreno
– Lección 25. Procedimientos para la contención del agua
– Lección 26. Evaluación aproximada de caudales de bombeo en excavación de solares
– Lección 27. Contención de aguas mediante ataguías en excavaciones
– Lección 28. Contención del agua mediante ataguías de tierras y escollera
– Lección 29. Contención del agua mediante tablestacas
– Lección 30. Contención del agua mediante ataguías celulares
– Lección 31. Contención del agua mediante cajones indios
– Lección 32. Contención del agua mediante cajones de aire comprimido
– Lección 33. Contención del agua mediante muros pantalla
– Lección 34. Contención del agua mediante pantallas de pilotes secantes
– Lección 35. Contención del agua mediante pantallas plásticas de bentonita-cemento
– Lección 36. Contención del agua mediante pantallas de suelo-bentonita
– Lección 37. Contención del agua mediante pantallas de suelo-cemento con hidrofresa
– Lección 38. Contención del agua mediante pantallas de lodo autoendurecible armado
– Lección 39. Contención del agua mediante pantallas realizadas por mezcla profunda de suelos
– Lección 40. Contención del agua mediante pantallas delgadas de lodo ejecutadas mediante vibración de perfiles
– Lección 41. Contención del agua mediante pantallas de geomembranas
– Lección 42. Contención del agua mediante inyección del terreno
– Lección 43. Contención del agua mediante inyección de lechadas de cemento
– Lección 44. Contención del agua mediante inyección de lechadas de arcilla
– Lección 45. Contención del agua mediante inyección de lechadas químicas
– Lección 46. Contención del agua mediante inyecciones de alta presión: jet-grouting
– Lección 47. Contención del agua mediante congelación de suelos
– Lección 48. Contención del agua mediante escudos presurizados con aire comprimido
– Lección 49. Contención del agua mediante escudos presurizados con lodos
– Lección 50. Contención del agua mediante escudos de presión de tierras
– Supuesto práctico 1.
– Supuesto práctico 2.
– Supuesto práctico 3.
– Batería de preguntas final
Profesorado
Víctor Yepes Piqueras
Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Universitat Politècnica de València
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente “cum laude”. Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València y profesor, entre otras, de las asignaturas de Procedimientos de Construcción en los grados de ingeniería civil y de obras públicas. Su experiencia profesional se ha desarrollado fundamentalmente en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) como jefe de obra y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 5 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de 115 artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 8 libros, 22 apuntes docentes y más de 250 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 14 tesis doctorales, con 4 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos. Tiene experiencia contrastada en cursos a distancia, destacando el curso MOOC denominado “Introducción a los encofrados y las cimbras en obra civil y edificación”, curso que ya ha tenido cuatro ediciones. También destaca el curso sobre “Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación”, que ya va por su segunda edición.
La ciudad Estado de Singapur desarrolla una copia virtual de sí misma, un proyecto basado en big data, IoT, computación en la nube y realidad virtual. https://www.esmartcity.es/2019/03/22/singapur-gemelo-digital-posibilidades-ofrece-ciudad-inteligente-tener-copia-virtual-exacta
En menos de una década, gran parte de los ingenieros dejarán de hacer proyectos, tal y como lo conocemos ahora, y pasarán a ser gestores de gemelos híbridos digitales de infraestructuras.
Este podría ser un buen titular periodístico que, incluso podría parecer ciencia ficción, pero que tiene todos los visos de convertirse en realidad en menos tiempo del previsto. Se podría pensar que las tecnologías BIM o los modelos digitales actuales ya son una realidad, es decir, se trata de dar un nuevo nombre a lo que ya conocemos y está en desarrollo, pero de lo que estamos hablando es de un nuevo paradigma que va a revolver los cimientos de la tecnología actual en el ámbito de la ingeniería. Voy a desgranar esta conclusión explicando cada uno de los avances y los conceptos que subyacen al respecto.
La semana pasada tuve la ocasión de escuchar la conferencia magistral, en el Congreso CMMoST, de Francisco Chinesta, catedrático en la ENSAM ParisTech e ingeniero industrial egresado por la Universitat Politècnica de València. Trataba de un nuevo paradigma en la ingeniería basada en datos y no era otra que la de los gemelos híbridos digitales, un paso más allá de la modelización numérica y de la minería de datos. Este hecho coincidió con el anuncio en prensa de que Google había publicado en la prestigiosa revista Nature un artículo demostrando la supremacía cuántica, un artículo no exento de polémica, pues parece ser que se diseñó un algoritmo que tiene como objetivo generar números aleatorios mediante un procedimiento matemático muy complejo y que obligaría al superordenador Summit, que es actualmente el más potente del mundo gracias a sus 200 petaflops, a invertir 10.000 años en resolver el problema, que que el procesador cuántico Sycamore de 54 qubits de Google habría resuelto en tres minutos y 20 segundos.
Si nos centramos en la supuesta supremacía cuántica de Google, se debería matizar la noticia al respecto. En efecto, IBM ya se ha defendido diciendo que su ordenador Summit no se encuentra tan alejado, pues se ha resuelto un problema muy específico relacionado con generar números aleatorios y que parece que Sycamore sabe resolver muy bien. De hecho, IBM afirma que ha reajustado su superordenador y que ahora es capaz de resolver ese mismo problema en 2,5 días con un margen de error mucho menor que el ordenador cuántico. Aquí lo importante es saber si esta computación cuántica estará, sin trabas o límites, accesible a cualquier centro de investigación o empresa para resolver problemas de altísima complejidad computacional (problemas NP-hard como pueden ser los de optimización combinatoria). Tal vez los superordenadores convencionales servirán para resolver unos problemas específicos en tareas convencionales, y los cuánticos, imparables en resolver otro tipo de problemas. Todo se andará, pero parece que esto es imparable.
Por tanto, parece que el hardware necesario para la una computación ultrarrápida está o estará a nuestro alcance en un futuro no muy lejano. Ahora se trata de ver cómo ha cambiado el paradigma de la modelización matemática. Para ello podríamos empezar definiendo al “gemelo digital”, o digital twin. Se trata de un modelo virtual de un proceso, producto o servicio que sirve de enlace entre un ente en el mundo real y su representación digital que está utilizando continuamente datos de los sensores. A diferencia del modelado BIM, el gemelo digital no representa exclusivamente objetos espaciales, sino que también podría representar procesos, u otro tipo de entes sin soporte físico. Se trata de una tecnología que, según todos los expertos, marcarán tendencia en los próximos años y que, según el informe “Beyond the hype“, de KPMG, será la base de la cuarta Revolución Industrial.
Sin embargo, el gemelo digital no es una idea nueva, pues a principios de este siglo ya la introdujo Michael Grieves, en colaboración con John Vickers, director de tecnología de la NASA. Esta tecnología se aplica al Internet de las Cosas, que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con internet. Además, se encuentra muy relacionada con la inteligencia artificial y con la minería de datos “data-mining“. Empresas como Siemens ya están preparando convertir sus plantas industriales en fábricas de datos con su gemelo digital, o General Electric, que cuenta ya con 800.000 gemelos digitales para monitorizar virtualmente la cadena de suministro.
Con todo, tal y como explicó el profesor Chinesta (Chinesta et al., 2018), existe actualmente un cambio de paradigma hacia los gemelos digitales híbridos que, extrapolando su uso, va a significar la gran revolución en la forma de proyectar y gestionar las infraestructuras, tal y como avancé al principio del artículo.
En efecto, los modelos utilizados en ciencia y en ingeniería son muy complejos. La simulación numérica, la modelización y la experimentación han sido los tres pilares sobre los que se ha desarrollado la ingeniería en el siglo XX. La modelización numérica, que sería el nombre tradicional que se ha dado al “gemelo digital” presenta problemas prácticos por ser modelos estáticos, pues no se retroalimentan de forma continua de datos procedentes del mundo real a través de la monitorización continua. Estos modelos numéricos (usualmente elementos finitos, diferencias finitas, volumen finito, etc.) son suficientemente precisos si se calibran bien los parámetros que lo definen. La alternativa a estos modelos numéricos son el uso de modelos predictivos basados en datos masivos big-data, constituyendo “cajas negras” con alta capacidad de predicción debido a su aprendizaje automático “machine-learning“, pero que esconden el fundamento físico que sustentan los datos (por ejemplo, redes neuronales). Sin embargo, la experimentación es extraordinariamente cara y lenta para alimentar estos modelos basados en datos masivos.
El cambio de paradigma, por tanto, se basa en el uso de datos inteligentes “smart-data paradimg“. Este cambio se debe basar, no en la reducción de la complejidad de los modelos, sino en la reducción dimensional de los problemas, de la retroalimentación continua de datos del modelo numérico respecto a la realidad monitorizada y el uso de potentes herramientas de cálculo que permitan la interacción en tiempo real, obteniendo respuestas a cambios paramétricos en el problema. Dicho de otra forma, deberíamos poder interactuar a tiempo real con el gemelo virtual. Por tanto, estamos ante otra realidad, que es el gemelo virtual híbrido.
Por tanto, estamos ahora en disposición de centrarnos en la afirmación que hice al principio. La nueva tecnología en gemelos digitales híbridos, junto con la nueva capacidad de cálculo numérico en ciernes, va a transformar definitivamente la forma de entender, proyectar y gestionar las infraestructuras. Ya no se trata de proyectar, por ejemplo, un puente. Ni tampoco estamos hablando de diseñar un prototipo en 3D del mismo puente, ni siquiera de modelar en BIM dicha estructura. Estamos hablando de crear un gemelo digital que se retroalimentará continuamente del puente real, que estará monitorizado. Se reajustarán los parámetros de cálculo del puente con los resultados obtenidos de la prueba de carga, se podrán predecir las labores de mantenimiento, se podrá conocer con antelación el comportamiento ante un fenómeno extraordinario como una explosión o un terremoto. Por tanto, una nueva profesión, que será la del ingeniero de gemelos virtuales híbridos de infraestructuras será una de las nuevas profesiones que reemplazarán a otras que quedarán obsoletas.
Se tratará de gestionar el gemelo durante el proyecto, la construcción, la explotación e incluso el desmantelamiento de la infraestructura. Se podrán analizar cambios de usos previstos, la utilización óptima de recursos, monitorizar la seguridad, y lo más importante, incorporar nuevas funciones objetivo como son la sostenibilidad económica, medioambiental y social a lo largo del ciclo de vida completo. Este tipo de enfoque es el que nuestro grupo de investigación tiene en el proyecto DIMILIFE. Proyectos como puentes, presas, aeropuertos, redes de carreteras, redes de ferrocarriles, centrales nucleares, etc. tendrán su gemelo digital. Para que sea efectivo, se deberá prever, desde el principio, la monitorización de la infraestructura para ayudar a la toma de decisiones. Además, servirá para avanzar en la aproximación cognitiva en la toma de decisiones (Yepes et al., 2015).
Os paso a continuación un vídeo sobre el uso de los gemelos digitales en la ciudad de Singapur.
A continuación os pongo un vídeo sacado de la página de Elías Cueto, de la Universidad de Zaragoza, en la que vemos cómo se interactúa con un gemelo virtual de un conejo.
En este otro vídeo, el profesor Chinesta explica el cambio de paradigma del que hemos hablado anteriormente en el artículo.
¿Qué es la computación cuántica? Aquí tenemos un vídeo de Eduardo Sáenz de Cabezón:
Referencias:
Chinesta, F.; Cueto, E.; Abisset-Chavanne, E.; Duval, J.L. (2018). Virtual, Digital and Hybrid Twins: A New Paradigm in Data-Based Engineering and Engineered Data.Archives of Computational Methods in Engineering, DOI: 10.1007/s11831-018-9301-4
Yepes, V.; García-Segura, T.; Moreno-Jiménez, J.M. (2015). A cognitive approach for the multi-objective optimization of RC structural problems. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(4):1024-1036. DOI:10.1016/j.acme.2015.05.001
Me ha hecho llegar Joaquín Durán Álvarez, profesor de la Universidad de Granada, un documento elaborado por ANMOPYC (Asociación Española de Fabricantes de Maquinaria de Construcción, Obras Públicas y Minería), en el que se analizan las tendencias tecnológicas del sector. Tal y como indica el propio documento, el estudio nació con tres objetivos: a) conocer la situación actual del sector y los retos que se le plantean, b) realizar una prospectiva tecnológica concreta del sector y c) tener un referente documental en el que poder indagar y profundizar sobre cada una de las tendencias tecnológicas detectadas como fundamentales para alcanzar la competitividad de las empresas del sector.
Debido al interés del tema, os dejo el documento. Espero que os sea de interés.
Figura 1. Capacidad de influir en el coste durante el proceso proyecto-construcción (Serpell, 2002)
Todo el mundo está de acuerdo en que la industria de la construcción es un motor del desarrollo económico de una sociedad, pues permite crear infraestructuras que soportan las actividades económicas y viviendas. Pero para ello se requieren recursos intensivos, tanto públicos como privados que, en muchas ocasiones, no se utilizan de forma efectiva. Se trata de un sector con amplio margen de mejora en cuanto a productividad se refiere y que, de momento, y con carácter general, no aprovecha todas las oportunidades que brinda el desarrollo tecnológico.
Todos los agentes que participan en la industria de la construcción, desde proyectistas, constructores, suministradores de materiales y equipos, etc., se ven abocados a utilizar de forma efectiva y eficiente todos los recursos a su alcance para mejorar de este modo la productividad y los resultados empresariales. Ello supone, no solo emplear bien los recursos disponibles, sino alcanzar con ellos los objetivos empresariales, que pasan por la satisfacción de las necesidades de los clientes en cuanto a calidad, costes y plazos.
En la Figura 1 se puede observar cómo, en el proceso proyecto-construcción, las primeras fases son las que presentan mayor capacidad de influencia en el coste final de un proyecto (Serpell, 2002). Sobre este asunto ya hablamos en un artículo anterior: La “Ley de los Cincos” de Sitter. Las estadísticas europeas señalan (ver Calavera, 1995) que el proyecto es el responsable del 35-45% de los problemas en construcción. A este respecto, Sitter (véase Rostman, 1992) ha introducido la llamada “Ley de los Cincos”, postulando que un dólar gastado en fase de diseño y construcción elimina costes de 5 dólares en mantenimiento preventivo, 25 dólares en labores de reparación y 125 en rehabilitación.
Por tanto, mejorar el diseño de un proyecto constructivo es clave, no solo para conseguir satisfacer los requerimientos del cliente, sino para mejorar los resultados de todos los agentes involucrados en el proceso proyecto-construcción. Sobre este aspecto, la bibliografía de origen anglosajón habla de Constructability o Buildability, que se ha traducido al español como “constructabilidad” o “constructibilidad”, incluso “constructividad”. Sin embargo, son palabras que no las recoge la Real Academia Española de la Lengua. Simplificando, podríamos hablar de que una obra puede construirse de forma más o menos fácil y efectiva. Ello va a depender de muchos factores, pero uno de los más importantes va a ser el propio proyecto constructivo. Por cierto, no vamos a utilizar aquí el concepto de “coeficiente de constructibilidad”, que en el ámbito del urbanismo, se refiere a un número que fija el máximo de superficie posible a construir en un ámbito determinado.
En la Figura 2 he elaborado un mapa conceptual para aclarar las ideas. Como puede verse, tanto la constructividad como la constructibilidad tienen como objetivo último satisfacer las necesidades del cliente en cuanto a calidad, costes, plazos, estética, etc., además de cumplir con otro tipo de objetivos relativos al contexto (requerimientos ambientales, sociales, legales, etc.), de forma que los agentes involucrados en la construcción sean capaces de mejorar sus resultados empresariales. Sin embargo, el enfoque de ambos conceptos es diferente. Veamos con algo de detalle las diferencias.
Figura 2. Mapa conceptual sobre constructividad y constructibilidad. Elaboración propia.
La constructividad define el grado con el cual un proyecto facilita el uso eficiente de los recursos para facilitar su construcción, satisfaciendo tanto los requerimientos del cliente como otros asociados al proyecto. Como se puede ver, se trata de un concepto directamente ligado a la fase del proyecto, y, por tanto, depende fuertemente del equipo encargado del diseño.
Por otra parte, la constructibilidad es un concepto relacionado con la gestión que involucra a todas las etapas del proyecto y que, en consecuencia, depende tanto de los proyectistas, de los gestores del proyecto y de los constructores. Aunque se trata de un concepto también relacionado con las etapas del diseño del proyecto, la diferencia estriba en la incorporación de personal en esta etapa preliminar de personal con experiencia y conocimiento en construcción con el fin de mejorar la aptitud constructiva de una obra.
Quizá un ejemplo sea clarificador. Supongamos un equipo de arquitectura que está proyectando un edificio complejo, como por ejemplo un hospital. Este equipo, con mayor o menor experiencia en obra, tratará de diseñar un edificio que se pueda construir. El proyecto se licitará y una empresa constructora se encargará de su ejecución. Resulta evidente que, en función de los problemas de obra, el proyecto podrá modificarse para adaptarse a problemas que no quedaron resueltos en el proyecto o a cambios no previstos durante la ejecución. Se trata de un ejemplo donde los proyectistas han incorporado, en la medida de lo posible, aspectos relacionados con la constructividad.
Por otra parte, podría darse el caso de un concurso de proyecto y construcción, donde el adjudicatario participara, a su riesgo, del proceso proyecto-construcción. En este caso, es muy posible que al equipo redactor del proyecto se incorporaran personas con amplia experiencia en la ejecución de este tipo de proyectos. Por ejemplo, jefes de obra o producción de la empresa que hubiesen realizado proyectos similares, podrían aportar conocimientos para mejorar el proyecto, de forma que este fuera fácilmente construible con los medios disponibles por la propia empresa. En este caso, estamos refiriéndonos a una gestión del proyecto donde se incorporan aspectos relacionados con la constructibilidad.
Para terminar, tenemos ejemplos claros de la diferencia entre estos dos conceptos en el caso de los proyectos que nuestros estudiantes elaboran durante sus estudios, por ejemplo, en el Grado de Ingeniería Civil o en el Máster en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos (donde imparto docencia). Un alumno brillante puede desarrollar un proyecto formalmente correcto, pero es muy habitual encontrar detalles mal resueltos porque son difíciles de construir. No se debe a que ha aplicado mal sus conocimientos, más bien se trata de falta de experiencia en obra que impide volcar en el proyecto soluciones que faciliten la construcción de la obra. Este problema, desgraciadamente, se repite en numerosas empresas de proyectos, donde la falta de experiencia de los proyectistas en la ejecución de la obra supone posteriormente problemas que ya se comentaron anteriormente cuando hablábamos de la regla de Sitter. La consecuencia de todo ello es clara: la importancia de que los proyectistas presenten experiencia dilatada en la ejecución de obra. La segunda derivada también es clara: los profesores en escuelas técnicas que forman a futuros ingenieros o arquitectos, deberían tener cierta experiencia en obra real. Igual es hora de balancear la importancia de la investigación y la experiencia en el mundo real a la hora de evaluar el perfil de los profesores que se dedican a formar a los futuros técnicos. Pero ese es otro tema.
Os dejo algún vídeo al respecto para ampliar conceptos.
Referencias:
CALAVERA, J. (1995). Proyectar y controlar proyectos. Revista de Obras Públicas num. 3.346. Madrid, septiembre.
PELLICER, E., CATALÁ, J., SANZ, A.(2002). La administración pública y el proceso proyecto-construcción. Actas del VI Congreso Internacional de Ingeniería de Proyectos, Departamento de Proyectos de Ingeniería de la Universidad Politécnica de Cataluña y AEIPRO, Barcelona, página 35.
PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.
SERPELL, A. (2002). Administración de operaciones de construcción.Alfaomega, 292 pp.
ROSTMAN, S. (1992). Tecnología moderna de durabilidad.Cuadernos Intemac, 5.
YEPES, V. (1998). La calidad económica.Qualitas Hodie, 44: 90-92.
YEPES, V. (2003). Sistemas de gestión de la calidad y del medio ambiente en las instalaciones náuticas de recreo.Curso Práctico de Dirección de Instalaciones Náuticas de Recreo. Ed. Universidad de Alicante. Murcia, pp. 219-244.
YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp.
YEPES, V.; PELLICER, E. (2003). ISO 10006 “Guidelines to quality in project management” application to construction. VII International Congress on Project Engineering. 10 pp. ISBN: 84-9769-037-0.
Con motivo de mi visita a la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (Chile), me hicieron una entrevista sobre el trabajo realizado por nuestro grupo de investigación en la Universitat Politècnica de València.
Desde mi blog agradezco tanto a la Escuela de Ingeniería en Construcción, como a la Escuela de Ingeniería Informática la invitación realizada, y en especial al profesor Matías Andrés Valenzuela Saavedra. Os paso a continuación un resumen de dicha entrevista y el reportaje fotográfico.
NOTICIAS
INVESTIGADOR DE LA UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE VALÈNCIA REALIZA CONFERENCIA SOBRE OPTIMIZACIÓN Y TOMA DE DECISIONES EN PUENTES E INFRAESTRUCTURAS VIARIAS
27/05/2019
Víctor Yepes Piqueras es Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos; catedrático de Universidad en el área de Ingeniería de la Construcción, y fue invitado por las Escuelas de Ingeniería Informática e Ingeniería en Construcción a dictar estas conferencias.
Tanto en Valparaíso, como en Santiago, el ingeniero Dr. Víctor Yepes fue invitado a dictar la Charla “Diseño y mantenimiento óptimo robusto y basado en fiabilidad de puentes e infraestructuras viarias de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos”.
La primera actividad se llevó a cabo el miércoles 22 en el Aula Mayor del Edificio IBC de la Facultad de Ingeniería, mientras que en Santiago se efectuó el jueves 23 en el Centro de Estudios Avanzados y Extensión PUCV, asistiendo en ambas jornadas, un gran número de participantes, entre quienes se encontraban estudiantes, profesionales de la industria, académicos e investigadores.
“Gracias a la invitación de la PUCV, he tenido la oportunidad para venir a mostrar y explicar las líneas de investigación que en la Universitat Politècnica de València, en particular, desde la Escuela de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos, estamos haciendo en lo que se refiere a la optimización de infraestructuras, específicamente, de puentes”, refiere el Dr. Yepes en relación con su visita.
Durante sus conferencias, el académico centró sus presentaciones en la investigación que lleva realizando por más de 10 años, y cuyo objetivo es apoyar a las administraciones públicas, y sobre todo, a los profesionales que se dedican al diseño de puentes y este tipo de infraestructura, para que sean capaces de acertar en las decisiones que tienen que tomar a la hora del diseño.
“No estamos hablando solo de hacer puentes o carreteras más económicas, sino también que estas supongan un mínimo impacto ambiental y que, además, supongan un impacto social favorable, lo cual es algo que no se ha estudiado mucho hasta ahora y que creo que es una de las novedades que estamos aportando al mundo de la investigación”, señaló sobre la materia.
Por otra parte, señaló la importancia que reviste difundir estas líneas de investigación, puesto “es muy posible que existan líneas conjuntas de colaboración, y podamos aunar las cosas que estamos haciendo nosotros desde España, con otras que desde luego son muy importantes, y están desarrollando en esta Universidad”.
Además de dichas conferencias, el Dr. Yepes complementó su visita con una agenda de reuniones con académicos de la PUCV, profesionales y representantes del Ministerio de Obras Públicas.
