Crisis en la enseñanza de la Ingeniería Civil: IA Vs Cálculo manual

¿Adiós a los cálculos? La crisis de la enseñanza de la Ingeniería Civil en la era de la IA

Crisis en la enseñanza de la Ingeniería Civil: IA Vs Cálculo manual

Las universidades de Ingeniería Civil se enfrentan a un nuevo desafío: los estudiantes ya no quieren aprender a calcular. En su lugar, prefieren enfocarse en el uso de software con inteligencia artificial.

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¿Cálculo Vs Inteligencia artificial? Hay muchos profesores que se están preocupando por la falta de reflexión y cálculos manuales de los alumnos en las universidades. Ya que, los alumnos prefieren sacar los resultados con diferentes software de ingeniería civil. 

Entonces, nos preguntamos ¿hay crisis en Ingeniería civil? o ¿hay crisis de enseñanza en universidades? Veamos con atención las respuestas a estas incertidumbres en el campo de la ingeniería civil.

 

Cálculo Vs Inteligencia artificial: ¿el futuro de la ingeniería civil en América Latina?

Los estudiantes están priorizando aprender a utilizar software estructural sobre la comprensión de las matemáticas y la física detrás de los fenómenos estructurales. 

Lo que potencialmente compromete su capacidad para analizar y validar críticamente los resultados obtenidos.

El uso del software estructural no está mal en general, lo que está mal es luego no poder comprobar si los resultados que nos devuelve el software son correctos o incorrectos. 

De hecho, en las universidades de latinoamérica está muy mal el hecho que estamos formando técnicos en manejo de software en vez de formar ingenieros civiles. 

Lo que podemos decir es que hay una crisis de enseñanza en universidades. Lamentablemente, muy pocos estudiantes saben hoy día comprobar los resultados mediante métodos manuales

Con el avance de la Inteligencia Artificial, es posible que el cálculo manual quede obsoleto en el futuro, planteando desafíos para estudiantes y educadores a la hora de acceder a las herramientas necesarias para los cálculos estructurales.

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Aprendizaje antes de la IA

Antes, los estudiantes aprendían mucho sobre la matemática y la física detrás de un fenómeno estructural cualquiera. 

Esto hace que los alumnos piensen más y busquen la solución a algún problema de forma manual sin necesidad de un software. Así como se hacen cálculos de pendiente a través de fórmulas.

De hecho, muchos ingenieros civiles son hoy en día lo que son gracias a estos métodos tradicionales de la vieja escuela. 

Es verdad que el software puede ayudar a calcular de forma más rápida, pero, es vital no abusar de estas herramientas. 

Qué tal si existe un trabajo de ingeniería civil y que debes hacer cálculos en el área. Pero ese día no pudiste hacerlo porque no tenias tus herramientas tecnológicas. 

Pregúntate, ¿cómo quedarías ante los demás?, ¿te verías muy profesional? es bueno reflexionar sobre estos puntos.

Aprendizaje con la IA

Ahora los estudiantes están mucho más empeñados en intentar aprender el software que les ayude a calcular las solicitaciones, fuerzas internas y esfuerzos de cada elemento estructural. 

Esta dependencia que se está generando hacia los paquetes estructurales viene a partir de la facilidad con la que se los consigue.

Primero, la licencia de estudiantes y luego, probablemente una versión pirata del software. No es que este tipo de versión vaya a calcular mal, ya que el software original y pirata posiblemente calculan de la misma manera. 

El problema es que más adelante puede que no existan software piratas y los alumnos tengan que obligarse a comprar un software original por miles de dólares. Pero ahora veamos algunas ventajas de la IA y luego sus desventajas.

Ventajas de Inteligencia artificial en la ingeniería civil

La IA está resultando ser un excelente aliado muy útil para todos los aficionados o amantes del diseño, gestión y construcción de obras civiles. Dando adelantos y grandes ventajas tales como: 

Mejor planificación

Las nuevas tecnologías están basadas en poder identificar la solución de los grandes diseños de forma óptima. Logran significativamente reducir las redundancias y también los gastos en las empresas públicas y privadas. Mejorando así la calidad del trabajo en general al obtener buenos y destacados resultados finales de cada proyecto en construcción.

Control del tiempo y costos

Dado que la mayoría de los instrumentos que han sido dotados por la inteligencia artificial pueden ayudar minuciosamente a prever cualquier tipo de riesgo o imprevistos que puedan surgir. 

Gracias a la utilización de la inteligencia artificial nos es posible adoptar las medidas necesarias para así garantizar el respeto de los tiempos y por otro lado, de los costos de la construcción.

Reducción de riesgos en accidentes laborales

Las construcciones pueden fácilmente convertirse en lugares mucho más seguros  estando bajo la supervisión de la inteligencia artificial. 

Los trabajos que son un poco más complicados y peligrosos, pueden ser realizados o supervisados por algunos robots, que han sido programados para atender las interacciones con su entorno y ser de mucho apoyo.

Aumento de la productividad y eficiencia

Se puede asegurar que tanto los robots como las otras máquinas de la construcción autónomas, facilitan el realizar las tareas que normalmente son muy repetitivas. 

Ejemplo de ellos son: la construcción de muros, la soldadura y el hormigón fundido. Todos estos trabajos se manejan de una manera mucho más eficiente y rápida, y sin la necesidad de tener que detenerse por falta de coordinación.

Simplificación en el proceso de levantamiento

Las tecnologías inteligentes como los drones, han sido usados para hacer los levantamiento de terrenos. Asimismo, como capturar imágenes áreas en los sitios del proyecto de la construcción gracias a los rastreos del mismo. Estas tecnologías son sumamente necesarias para que la gestión y proceso del proyecto sea más eficiente.

Gestión de mantenimiento

Los mantenimientos de las infraestructuras y edificios hacen que se alargue más la vida útil. Gracias a la gestión de optimización que las tecnologías loT y los sistemas inteligentes aplican y garantizan procesos 100% eficaces. Dejando en alto la inteligencia artificial en la ingeniería civil.

Aplicaciones de la Inteligencia artificial en la ingeniería civil

Además de los beneficios que nos aporta la inteligencia artificial en la ingeniería civil. También podemos ver que sus aplicaciones en el campo de la ingeniería civil son amplias y diversificadas. Estas son las 5 más significativas:

Diseño inteligente

La IA ayuda a muchos diseñadores e ingenieros civiles con los análisis de datos necesarios para crear el diseño. Por ejemplo, datos de energía, características ambientales, propiedades de los materiales, entre otros. Estas herramientas inteligentes se implementan en la creación de ferrocarriles, edificios, carreteras, puentes y más.

Analiza el tiempo y los costos

Con la inteligencia artificial se puede hacer muchas cosas, permitiendo a los ingenieros tener una idea mucho más clara en la estimación de costos y tiempos

También ayuda a obtener resultados más precisos, gracias a los proyectos anteriores y predicciones futuras. Incluye en prevenir los rebasamientos de presupuestos propuestos, tomando en cuenta los riesgos posibles en el proyecto.

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Gestiona los procesos en las construcciones

Se refiere a que gracias a esta tecnología avanzada, cada fase en la construcción es mucho más eficaz. 

Gracias a los robots que se implementan y al modelo BIM que se aplica en los datos e información. Por ejemplo, se pueden hacer:

  • Construcciones de elementos complejos.
  • Construcciones de mampostería.
  • Ejecuciones de cimientos.
  • Ejecuciones de excavaciones.
  • Seguimientos de cimientos y otros. 

Usan cámaras que se pueden movilizar por todo el lugar de la construcción y tomar fotos en 3D, con el apoyo de las redes neuronales artificiales. Tiene un fin importante, rastrear cada fase del proyecto.

Identificar y mitigar riesgos

Sin duda, la inteligencia artificial es tan esencial hoy en día. Por eso, se implementa mucho los software en las universidades. Pero, hay que recordar que los cálculos que se hicieron para hacer estos programas son manuales, ya que, se usan los conceptos complejos de los libros. 

Este tipo de tecnología puede identificar peligros en algunos de los procesos o fases de la construcción. También implementa las medidas preventivas para tan posible problema. Inclusive, puede permitir al ingeniero evaluar, monitorear y analizar cada tarea en tiempo real.

Monitoreo de la salud estructural

También se pueden usar para hacer el monitoreo de la salud estructural de un proyecto de construcción grande. Por ejemplo: represas, gasoductos, puentes y más. 

Se hace mediante las instalaciones de sensores inteligentes, donde se capturan e implementan las mediciones periódicas y estrategias de vigilancia constantes. Esto es para lograr evaluar a plenitud la vulnerabilidad de dichas instalaciones.

Desventajas de un Software de paquete estructural de la inteligencia artificial

Al usar este tipo de software pueden salir mal muchas cosas o crear errores de cálculos estructurales. Para empezar no leen el manual y es aquí donde existe una gran pregunta: Usted como dueño de negocio o casa, ¿le confiaría una estructura a un estudiante o a un futuro ingeniero civil que no lee los manuales del paquete estructural que utiliza?

Solamente leyendo los manuales se comprenden los alcances y limitaciones del software que se va a usar. Entonces, no sabemos qué puede hacer y que no puede hacer el software que estamos usando.

Por otro lado, hay muchos errores conceptuales que se pueden cometer al momento de usar la IA. Los paquetes estructurales son como una caja de legos, donde podemos fabricar lo que nos imaginemos, pero no todo lo que se dibuja o se elabora en un software va a estar correcto. 

Hay muchos elementos que pueden estar mal condicionados o mal posicionados, mal concebidos en su naturaleza, en su rigidez. Asimismo, como en las propiedades que tienen los materiales.

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Al generar mallas de elementos finitos

Por ejemplo, al momento de generar mallas de elementos finitos, tendremos a pensar que mientras más tupida sea la malla o mientras más elementos tengamos más precisos van a ser los resultados. 

Pero esto en muchas ocasiones, puede no ser cierta, ya que los elementos mal condicionados pueden desencadenar valores completamente diferentes y erróneos.

El software genera mallas automáticamente

Si nosotros trabajamos con una losa y le permitimos al software que nos generen mallas automáticamente. Estas mallas pueden no estar muy bien diseñadas. Por ejemplo, podemos encontrar elementos rectangulares muy largos o encontrar elementos cuadriláteros que tengan ángulos internos muy alejados de 90°.

También podemos tener elementos triangulares cuyos dos de sus lados sean mucho más largos que el tercero, por ejemplo, triángulos isósceles. Todos estos elementos nos generan muy malos resultados.

Emulaciones y modelado estructural

Intentar emular las fundaciones de una estructura mediante mecanismos muy complejos como resortes. Por ejemplo, intentar emular la elasticidad del suelo. Aunque no está mal, es mucho más difícil de verificar.

El modelado en tres dimensiones de estructuras, muchas veces modelamos columnas, vigas e incluso, las losas. Estas losas si no tienen las propiedades físicas y mecánicas adecuadas puede provocar un exceso de rigidez y una distribución incorrecta de las fuerzas, lo que da como resultado menos acero del necesario.

Otro ejemplo, es cuando se modelan casas con mampostería confinada, se modelan muros muy pequeños o incluso se modelan los dinteles que lejos de ayudarnos. Muchas veces van a sobre rigidizar la estructura, dándonos una falsa sensación de seguridad en el modelo estructural.

Cuando en la realidad un dintel, muchas veces no funciona de manera tan homogénea respecto al resto de la estructura y es mejor no modelarlo.

Por otro lado, los modelos de mampostería confinadas, a veces es mucho mejor tener elementos finitos grandes de placa en vez de generar mallas muy tupidas en las paredes.

Un desafío para la verificación y el control

Cuanto más automático y complejo es el software en ingeniería civil, más difícil resulta verificar su corrección y controlar todas las variables involucradas. Variables que ni siquiera sabemos que existen dentro de todas esas hendiduras y recovecos que tiene el software estructural. 

10 Software usados para el cálculo estructural para la ingeniería civil

Te presentamos 10 softwares para hacer cálculos y diseños estructurales, todos tienen funciones diferentes. Pero cada uno te ayuda con el dimensionamiento y la reducción de costos en una obra estructural de construcción. Estos con los más usados y destacados en la industria:

  • SAP2000. Usado para analizar y diseñar una estructura civil y construcción, especialmente útil para una estructura compleja, gracias a su modelado y análisis estructural.

  • ETABS. Muy famoso para realizar diseños y análisis de estructuras complejas como de varios niveles. Ejemplo: edificios de varios niveles constructivos.

  • CYPECAD. Se pueden hacer cálculos estructurales para estructuras metálicas, de hormigón armado o mixtas. Ideales para diseñar casas, edificios, y demás.

  • STAAD.Pro También se pueden hacer diseños y cálculos de estructuras, sobre todo, para edificios y puentes.

  • Midas Civil y Midas Gen. Software destacado por el diseño y análisis de puentes y otras estructuras mucho más complejas.

  • Robot Structural Analysis. Es uno de los software más potentes para la ingeniería civil. Capaz de hacer simulaciones y evaluaciones en el comportamiento de estructuras con solicitaciones y cargas diferentes. 

  • Dlubal RFEM. Incluye el diseño estructural, así como su análisis, es un software completo, versátil y especializado en ambas gamas.

  • RISA-3D. Es un software que sirve para hacer cálculos estructurales y diseños para diferentes estructuras con materiales de aluminio, madera, concreto y acero.

  • Ansys. No solo se usa para la ingeniería civil, sino también para la ingeniería mecánica, especialmente en el análisis de los elementos finitos. 

  • CSiBridge. Aunque se usa para muchas estructuras, este software está especializado específicamente en el análisis, cálculo y diseño de puentes. 
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¿Crisis de enseñanza en universidades con estos software?

Aunque muchos se preguntan si hay crisis en ingeniería civil. Es importante mencionar que dependerá de la forma en cómo usan cada programa estructural. Porque la elección del software depende de muchos factores: construcción local, geografía, códigos, etc. 

En las universidades no solo deben dar a conocer estos programas, sino también saber el límite de uso. Ya que, la preocupación de muchos es que los alumnos no aprendan a hacer los cálculos manuales estructurales, sino que depende estrictamente del software. Esto debe ser usado en conjunto, es la recomendación de los expertos.

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Crisis en Ingeniería civil en América Latina: ¿demasiada dependencia del software comercial?

Muchas universidades de América Latina fomentan la dependencia del software comercial para el cálculo estructural en la educación de ingeniería civil, priorizando las habilidades prácticas sobre la comprensión teórica. Poniendo en riesgo el cálculo manual ante la Inteligencia artificial

De hecho, existen mallas curriculares en algunas universidades donde hay materias en las que se hace el uso explícito de un software en particular comercial para cálculo estructural. 

Además, se generan seminarios donde se ofrecen estos paquetes de software estructural, explicando sus aptitudes y alcances del software. También regalando licencias a todos los estudiantes para que utilicen este software. 

Estos seminarios suelen ser los más llenos en comparación con otros seminarios donde se explique la teoría de algún fenómeno en particular. Que suele ser un seminario más aburrido y que no tiene tanta afluencia de estudiantes.

Los estudiantes tienen un fuerte interés por aprender el software estructural y quieren de una vez saltarse toda la teoría de los primero años de universidad para entrar al manejo de software en los últimos años de su carrera. Esto es un fenómeno difícil de corregir, pero ¿hay una manera de hacerlo?

IA en ingeniería civil: ¿un aliado o un reemplazo para la comprensión teórica?

En lugar de depender únicamente de la Inteligencia Artificial, los profesionales en ingeniería civil sugieren centrarse en generar modelos más simples que puedan comprobarse a mano y utilizar software menos automático para garantizar la precisión de los cálculos en ingeniería civil.

Es decir, los expertos no descartan la IA, pero se debe tener mucho cuidado a la hora de hacer los cálculos estructurales para cualquier tipo de proyecto en la construcción. Para esto es vital conocer la teoría, y para esto debemos ir a los libros.

Es verdad que youtube y otras plataformas nos ayudan mucho a conocer los conceptos básicos. Pero, los conceptos más complejos, lastimosamente no están en otro lugar que en las páginas de un libro.

Inclusive, para generar un programa, los estudiantes necesitan conocer todas las aristas y recovecos de la teoría. De lo contrario, no se podría programar y es por eso que muchos profesores y expertos en la materia, enseñan tanto la teoría como la programación. Entonces qué decimos, el cálculo vs inteligencia artificial, ¿cuál es el mejor?

Preguntas frecuentes

¿Te quedaron algunas dudas? No te preocupes, aquí te dejamos al menos 6 preguntas comunes que muchos se hacen al momento de aprender sobre la ingeniería civil, sus conceptos básicos y la sobre la IA. ¡Aquí vamos!

¿Qué es el análisis estructural?

El análisis estructural es aquel proceso donde se hacen los cálculos para determinar los efectos de las fuerzas internas y cargas de una estructura, un objeto o un edificio. 

El análisis estructural es de suma importancia para los ingenieros estructurales. Con este proceso se pueden asegurar de comprender a plenitud aquellas rutas de cargas e impactos de dichas cargas que pueden tener ante su diseño.

¿Qué son los cálculos manuales en el análisis estructural?

En la ingeniería civil, los cálculos manuales simples se determinan como aquella evaluación de los efectos de fuerzas simples de forma fácil y rápida. 

Por ejemplo, calcular las fuerzas ásperas en una viga horizontal mediante las cargas aplicadas a la viga. Esto se hace cuando un ingeniero no quiere tardar horas en el diseño de la estructura, sino simplemente conocer estas fuerzas.

¿Qué es el análisis de los elementos finitos?

Son modelados computarizados con conexiones o segmentos en una estructura para determinar las cargas y restricciones para mejorar la calidad del proyecto y productos. Se denomina elementos finitos dado que la geometría en una estructura se divide en pequeñas partes. 

Gracias a este proceso se puede resolver con más precisión en cuanto a las posibles deformaciones, concentraciones de esfuerzos o fatiga permitiendo la discretización de estos elementos finitos, así como las propiedades definidas y comportamientos.

¿Qué son mallas?

Las mallas en el campo de la ingeniería se pueden arman con una estructura que está ya es pre fabricada con alta resistencia, adaptándose a las necesidades en cuanto a su calibre y varilla.

Las mallas es un sistema efectivo para crear diferentes concretos como azoteas, losas, puentes y suelos industriales. Son corrugadas y ayudan en la distribución uniforme de los esfuerzos y anclajes.

¿Qué son los dinteles?

Un dintel también es un elemento estructural de forma horizontal que funciona para salvar espacios y formar ventanas y puertas. De esa manera, también sirven para la construcción de diferentes objetos, bóvedas y arcos

Los dinteles se presentan en edificios antiguos y elementos modernos, cabe destacar que son diferentes de las vigas. Dado que, se usan como elementos decorativos, así como apoyo para los muros y no las columnas, entre otros elementos.

¿Qué otras labores tiene la ingeniería civil?

Existen diferentes y diversas labores que se pueden lograr darle un desarrollo con ayuda de los ingenieros civiles. Muchas de ellas son: el diseño de los aeropuertos, construir las carreteras, los proyectos de construcción de edificios o tener la dirección de las obras de un puente. 

Por otro lado, es necesario acotar que su tarea es indispensable para lograr el crecimiento, sobre todo, el urbanístico de cualquier zona o país y así mejorar su calidad de infraestructura

La ingeniería civil es la que se encarga de diseñar, concebir, construir y mantener las obras públicas y el campo de las necesidades humanas. Tales como: centrales hidroeléctricas, acueductos, riesgos, vías de comunicación, edificios, salud, transporte, vivienda, energía, recreación y alimentación.

¿Qué es un modelo BIM?

El modelo BIM significa en inglés Building Information Modeling, son metodologías de trabajo en colaboración para poder crear y gestionar proyectos de construcción. Su objetivo principal es centralizar cada una de las informaciones del proyecto constructivo en modelos de información digitales.

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Resumen
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Crisis en la enseñanza de la Ingeniería Civil: IA Vs Cálculo manual
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Los estudiantes ya no quieren aprender a calcular. En su lugar, prefieren enfocarse en el uso de software con inteligencia artificial.
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