fallos – El blog de Víctor Yepes

Técnicas de prevención de fallos en el diseño de productos

Las empresas dedicadas al diseño de productos deberían focalizar sus esfuerzos en que dicho producto tenga una elevada fiabilidad, es decir, que su probabilidad de fallo se reduzca al mínimo posible. Para asegurarse de que el diseño satisface las necesidades del cliente a un coste proporcionado al valor añadido, es posible utilizar diversas técnicas como son, entre otras, el despliegue de la función de calidad (QFD, Quality Function Deployment), el análisis modal de fallos y efectos (AMFE) y el análisis del valor.

El despliegue de la función de calidad, QFD, permite traducir los requerimientos de calidad del cliente en características técnicas del producto. Se trata de una metodología simple y lógica que involucra un conjunto de matrices, las cuales permiten determinar las necesidades del cliente, analizar a la competencia y descubrir los nichos de mercado no explotados.
El análisis modal de fallos y efectos, AMFE, es una metodología analítica estructurada que permite tener en cuenta y se han resuelto los modos de fallo potencial de un producto o sistema y sus causas, para evitarlos.
El análisis del valor trata de reducir el coste de un producto sin eliminar las características demandadas por los clientes. También permite detectar los cambios que deberían realizarse para dar mayor al producto sin que el incremento de coste sea superior al aumento de precio.

A continuación os dejo algunos vídeos explicativos de estas técnicas de prevención de fallos en los productos.

Referencias:

HARRIS, F.; McCAFFER, R. (1999). Construction Management. Manual de gestión de proyecto y dirección de obra. Ed. Gustavo Gili, S.A., Barcelona, 337 pp. ISBN: 84-252-1714-8.

JORDAN, M.; BALBONTIN, E. (1986). Organización, planificación y control. Escuela de la Edificación, UNED, Madrid. ISBN: 84-86957-39-7.

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.

VELASCO, J. (2014). Organización de la producción. Distribuciones en planta y mejora de los métodos y los tiempos. 3ª edición, Ed. Pirámide, Madrid. ISBN: 978-84-368-3018-7.

YEPES, V. (2008). Productivity and Performance, in Pellicer, E. et al.: Construction Management. Construction Managers’ Library Leonardo da Vinci: PL/06/B/F/PP/174014. Ed. Warsaw University of Technology, pp. 87-101. ISBN: 83-89780-48-8.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Fallo por desplazamiento en muro de contención

A continuación os dejo un vídeo muy didáctico donde se explica un fallo muy habitual en muros de contención. En el vídeo se puede ver el caso típico de un muro construido para soportar un suelo arenoso seco sobre el que existen construcciones previas. Este caso es muy habitual en carreteras o vías férreas donde se construye un muro para soportar una excavación. Si el muro se desplaza, se puede observar claramente lo que ocurre en superficie y con las edificaciones existentes.

El vídeo lo ha elaborado el British Geological Survey y podéis encontrar más información en su página web: www.bgs.ac.uk

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Análisis de fallos: mecanismos, herramientas de análisis y ejemplos prácticos

¿Se pueden evitar las catástrofes en ingeniería? El error es humano. Es un dicho que no debe conformar al ingeniero que, a toda costa debe evitar estos fallos y, en caso de no hacerlo, aprender de los errores. Los fallos de estructuras civiles y componentes industriales pueden tener graves consecuencias económicas, medioambientales y, sobre todo, humanas. El Análisis de Fallos es, por lo tanto, una disciplina de la ingeniería de indudable trascendencia, pues solo desde el conocimiento de las causas de los fallos estructurales podrán evitarse fallos futuros.

Los principales modos de fallo que tienen su origen en el comportamiento mecánico del material (fractura, fatiga, fluencia, etc), las principales herramientas de las que dispone el ingeniero para el análisis (caracterización de materiales, microscopía, análisis tensional, integridad estructural, etc) y se mostrarán una serie de casos prácticos resueltos con una metodología común que permitirán obtener una visión general de la disciplina.

Os recomiendo un buen libro sobre el tema: “La ingeniería es humana”, de Henry Petrosky.

A continuación os paso un vídeo realizado por el Gabinete de Tele-educación de la Universidad Politécnica de Madrid donde el profesor Sergio Cicero, de la Universidad de Cantabria, expone una conferencia sobre análisis de fallos. Espero que os guste.

El demoledor informe ASCE respecto a las redes de abastecimiento de agua potable

Rotura de la tubería de agua en Boston, 1925. Leslie Jones, Boston Public Library

Llevamos varios artículos reflexionando sobre la necesidad de durabilidad y mantenimiento de las infraestructuras. Ya se ha comentado varias veces que la crisis silenciosa, profunda y demoledora es la actual «crisis de las infraestructuras», con un efecto que, con la política actual de inversiones en mantenimiento, va a provocar en poco tiempo un gran impacto en la calidad de vida de los ciudadanos.

A este respecto, voy a hacerme eco del 2013 Report Card for America’s Infrastructure del ASCE. Se trata de un informe que califica el estado de las infraestructuras de todo tipo en Estados Unidos. En particular, nos centraremos en las infraestructuras de abastecimiento de agua potable, que han obtenido una calificación actual de D, por debajo de lo admisible. Los datos que se citan a continuación constituyen una auténtica bola de cristal que permite vislumbrar claramente lo que puede ocurrir en España con este tipo de infraestructuras. El documento completo lo podéis descargar en pdf aquí: http://www.infrastructurereportcard.org/a/documents/Drinking-Water.pdf

Existen casi 170 000 redes de abastecimiento de agua potable en Estados Unidos, de las cuales 54 000 son sistemas públicos que suministran agua a más de 264 millones de personas. Sin embargo, gran parte de la infraestructura del agua potable de Estados Unidos ha llegado al final de su vida útil y muchas de ellas tienen más de 100 años de antigüedad. Se estima en 240.00 roturas de tuberías de agua al año, lo cual significa que su reemplazamiento puede costar más de 1 billón (10¹²) de dólares, según datos de la American Water Works Association (AWWA). [No confundir los billones y trillones americanos con los europeos]

Si bien es cierto que se están ampliando continuamente estas redes de suministro, estos sistemas presentan componentes cuya vida útil puede oscilar entre 15 y 95 años. Este dato indica que gran parte de la infraestructura de las ciudades más antiguas del país debería reemplazarse de inmediato. Las roturas y los fallos provocan daños en las carreteras, problemas en caso de incendios, interrupciones en el transporte, el comercio, etc. Se estima que en Estados Unidos existen más de un millón y medio de kilómetros de tuberías enterradas en condiciones desconocidas. Algunas de ellas datan de la guerra de Secesión y no se inspeccionan hasta que existe un problema o una rotura. Las roturas son cada vez más comunes y se estima que superan las 240 000 cada año.

La determinación del estado real de las redes sería rentable, pues permitiría abordar su mantenimiento antes de que se produjeran fallos, lo que supondría un ahorro muy notable de los costes. Además, se podrían evitar sustituciones de tramos que estuviesen en buenas condiciones. La Environmental Protection Agency (EPA) estima que aproximadamente entre 6500 y 8000 kilómetros de tuberías se reemplazan anualmente. Sin embargo, para el año 2035, el pico de reposición anual podría oscilar entre 25 500 y 32 000 km. Además, una parte de las tuberías instaladas a mediados del siglo XX empezará a fallar masivamente.

En 2012, la AWWA estimó que el valor de reposición total de los más de millón y medio de kilómetros de tuberías es de aproximadamente 2,1 billones de dólares (2,1×10¹²) si se reemplazaran todas las tuberías simultáneamente. Si solo se actuara en los tramos en peor estado en los próximos 25 años, el coste sería de un billón de dólares aproximadamente.

El presupuesto de reposición se duplicará, pasando de los aproximadamente 13 000 millones de dólares anuales a los casi 30 000 millones (en dólares de 2010) en la década de 2040, lo que supondrá un encarecimiento muy importante de la facturación del agua y los impuestos locales. El retraso en la inversión puede degradar el servicio de abastecimiento de agua potable, lo que aumentará las interrupciones del servicio y los gastos en reparaciones de emergencia.

Según la AWWA, en el horizonte de 2050 se necesitarán más de 1,7 billones de dólares. Las previsiones de la EPA son más conservadoras, pues no tienen en cuenta el crecimiento de la población. En 2007, hicieron una previsión a 20 años de 334,8 mil millones de dólares para 53 000 redes públicas y 21 400 redes de entidades sin ánimo de lucro. Se necesitarían 199 mil millones de dólares para los sistemas de distribución, 67 mil millones para los sistemas de tratamiento de aguas y 39 mil millones para el almacenamiento del agua.

Estas necesidades se traducen en más de 1000 dólares por persona en gran parte de los Estados Unidos. Estas necesidades no se están cubriendo al ritmo necesario. En 2008, los gobiernos estatales y locales estimaron un gasto anual total de 93 000 millones de dólares en aguas residuales e infraestructura de agua potable. Las asignaciones del Congreso han disminuido durante el periodo 2008-2012, con una asignación de solo 6,9 mil millones de dólares, con un promedio de 1380 millones de dólares anuales, o lo que es lo mismo, 27,6 mil millones en 20 años. Esto es solo el 8 % de las necesidades identificadas por la EPA.

Durabilidad en la fase de mantenimiento de los edificios

Durante la vida de servicio los edificios se deterioran y llegan a la obsolescencia, debido entre otras causas a los efectos del clima, la utilización y el desgaste (Esteve, 2015). El deterioro empieza en el mismo momento en el que termina su construcción. El mantenimiento y las reparaciones garantizan la prolongación de la vida útil, logrando evitar el deterioro y, finalmente, su destrucción. Por tanto, la vida útil está estrechamente ligada al mantenimiento de una edificación.

El British Standars Institute define el mantenimiento de un edificio como “el trabajo acometido para mantener, restaurar o mejorar cada parte del edificio, sus servicios y sus alrededores, con las normas actualmente aceptadas, y para sostener la utilidad y el valor del edificio”. En definitiva, el mantenimiento es el conjunto de operaciones y cuidados necesarios para que los edificios e instalaciones puedan seguir funcionando adecuadamente.

Los edificios pueden fallar por numerosas razones: fallos de diseño, fallos de construcción, fallos de mantenimiento, fallos de materiales o fallos de utilización. Aunque los fallos de mantenimiento, se pueden descomponer en dos partes:

Mantenimiento que ha sido llevado a cabo incorrectamente.
No se ha realizado ningún mantenimiento durante toda la vida del edificio. Éste último es el más común.

En un estudio llevado a cabo en Hong Kong en el año 2000 por Lam (2009), se reveló que aproximadamente el 40% de los fallos de mantenimiento estaban relacionados con el diseño, el 30% estaban relacionados con la construcción o instalación y el 30% restante estaban relacionados con la gestión del mantenimiento.

Investigaciones como la de Chew et al. (2004) y Flores-Colen y J. Brito (2010) establecen que el proceso inevitable de deterioro se puede controlar y que la vida de servicio de los edificios puede extenderse si se mantienen adecuadamente. Las estrategias de mantenimiento son esenciales para controlar las primeras fases de degradación y para prevenir el fallo de los elementos del edificio. Además, la selección de las estrategias apropiadas y con mejor relación efectividad-coste pueden minimizar la disminución en el rendimiento de los edificios durante su ciclo de vida completo.

Para poder realizar adecuadamente la planificación de las tareas de mantenimiento, es necesario disponer de información fiable sobre la vida de servicio de los componentes de edificación. Si la durabilidad de los materiales se conoce, se puede identificar el intervalo de tiempo necesario para el mantenimiento y reparación de los componentes de las edificaciones. Según Straub (2011), faltan referencias fiables sobre la vida de servicio de los productos de construcción.

Por último, los costes de mantenimiento representan la mayor parte del coste total en la vida completa de un edificio. Según Griffin (1993), el coste inicial, correspondiente al diseño y construcción, podría representar únicamente alrededor del 25% del coste total, mientras que los costes de mantenimiento y operación supondrían del 50% al 80% del coste durante su vida de servicio.

Referencias:

Chew, M. Y. L., Tan, S. S., & Kang, K. H. (2004). Building maintainability – review of state of the art. Journal of Architectural Engineering, 10(3), 80-87.
Esteve, V.F. (2015). Estado del arte de los factores que afectan a la durabilidad de las edificaciones. Trabajo Fin de Máster. Máster en planificación y gestión de la ingeniería civil. Universitat Politècnica de València.
Flores-Colen, I., & De Brito, J. (2010). A systematic approach for maintenance budgeting of buildings faades based on predictive and preventive strategies. Construction and Building Materials, 24(9), 1718-1729.
Griffin, J. J. (1993). Life cycle cost analysis: A decision aid. Blackie Academic & Professional, London.
Lam, K. C. (2000). Quality assurance in management of building services maintenance. Building Services Engineering Department, The Hong Kong Polytechnic Univ.
Straub, A. (2011). To a new dutch service life database of building products. COBRA 2011 – Proceedings of RICS Construction and Property Conference, 135-145.