Cargas estructurales de un edificio

Pero, ¿Qué son las cargas en las estructuras? Son todas aquellas fuerzas externas que se ejercen sobre los elementos estructurales de un edificio. Pueden ser constantes, como el peso propio de los materiales y acabados, o dinámicas, como las provocadas por el viento, el uso humano, la nieve o incluso el mobiliario pesado.

Esto nos adelanta una idea de lo que significan las cargas distribuidas en los elementos estructurales de un edificio. Concretando, nos referimos aquellas cargas que se ven aplicadas sobre toda la longitud o el área de un elemento estructural (viento, nieve, solados, etc.), en contraposición a las cargas puntuales, como puede llegar a ser un vehículo, una caja fuerte, o un elemento de poca superficie y de gran peso.

Tipos de cargas distribuidas

• Cargas distribuidas lineales: Son aquellas cargas que se reparten equitativamente de forma estrictamente lineal, esto quiere decir que por lo general se miden en N/m
• Cargas distribuidas superficiales: Son aquellas cargas que se reparten equitativamente a lo largo y ancho de una superficie, por lo tanto, se miden en N/m²

Lógica para el cálculo de las cargas distribuidas

Como ya hemos adelantado, el forjado de un edificio es el mejor ejemplo de un elemento diseñado para repartir las cargas. Por eso, lo utilizamos como base para entender el método de cálculo de cargas distribuidas. Para profundizar sobre la composición y el comportamiento estructural de los forjados y sus variantes, recomendamos visitar nuestro post sobre tipos de forjados. 

Debemos partir de la base, de que un forjado está compuesto por una serie de “viguetas”, repartidas equitativamente y apoyadas sobre dos pórticos (vigas y columnas), y una capa superficial que vincula todas las viguetas. Estas últimas son las verdaderas responsables de distribuir las cargas hacia los pórticos. 

Área de influencia

Siempre que esto se cumpla, se puede simplificar el cálculo haciendo la suposición de que las vigas de los pórticos reciben las cargas desde el punto medio de la vigueta perpendicular que se apoya en ella, y posteriormente la viga, lo transmite a las columnas. El área que se crea desde el punto medio de cada vigueta y la viga del pórtico, es conocida como “área de influencia”.

En consecuencia, todas las cargas que reciba el forjado dentro del área de influencia, se considera como una carga superficial, que a efectos de cálculo, se traduce en una carga lineal sobre la viga del pórtico, multiplicando la carga superficial por el ancho del área de influencia.

Para las cargas distribuidas se maneja una lógica bastante sencilla, pero para profundizar en las metodologías de cálculo y dimensionamiento de los elementos estructurales recomendamos el Máster en Cálculo de Estructuras de Structuralia, que aborda las últimas herramientas de software para el cálculo global de estructuras.

Tomando en cuenta la verdadera importancia de las cargas distribuidas sobre un forjado, y manejando esta lógica tan sencilla, se logran evitar fracturas en los distintos acabados de los suelos e incluso en el propio forjado, ocasionado por la diferencia de cargas; eso sí, siempre y cuando los demás elementos estructurales estén correctamente dimensionados y diseñados. 

Descubre cómo un alumno investiga la reforestación en una microcuenca en su proyecto de TFM, explorando su impacto ambiental y beneficios ecológicos.

¿Conoces la importancia de controlar el riesgo de desastres y cambio climático? ¿Conoces los múltiples motivos que pueden desencadenar estos problemas y cómo solucionarlos? El Máster en gestión del riesgo de desastres y gobernanza climática es uno de los másteres destacados de Structuralia ya que aporta los conocimientos y capacidades necesarias para la investigación aplicada y el manejo de instrumentos y herramientas para la gestión de estos riesgos. Este interesante y profundo TFM realizado por nuestro ex-alumno Jorge Castro Rivera es un gran reflejo de ello.

¿Por qué elegí este tema para desarrollar mi TFM?

La gestión del riesgo de desastres y la gestión del cambio climático, son dos temas relevantes en la actualidad, que requieren articular los puntos en común, alrededor de los fenómenos hidroclimatológicos y sus impactos en el desarrollo de la sociedad humana. En este sentido, el trabajo de grado desarrolla una caracterización general del escenario de riesgo por avenidas torrenciales en Colombia, los factores detonantes, los posibles impactos, y cómo influye la deforestación en la ocurrencia de dichos fenómenos, así como se interrelaciona la reforestación con la mitigación de emisión de carbono a la atmosfera a partir de los usos que se le da al suelo, particularmente con las prácticas de conservación del suelo y las coberturas vegetales.

Conceptos claves

Las Avenidas torrenciales son «un flujo muy rápido a extremadamente rápido de detritos saturados, no plásticos (Índice de plasticidad menor que 5%), que transcurre principalmente confinado a lo largo de un canal o cauce con pendiente pronunciada (Hunger, et. al. 2001). Es uno de los movimientos en masa más peligrosos debido a sus características de ocurrencia súbita, altas velocidades y grandes distancias de viaje” (UNGRD, 2017).

Foto  1: Avenida torrencial ocurrida en Mocoa, Colombia, 2018. Fuente: (Network, 2018)

“La deforestación puede definirse como la conversión de una extensión boscosa en no boscosa. La reforestación y la forestación pueden definirse como la conversión de tierras no boscosas en boscosas, diferenciándose únicamente en el tiempo durante el que las tierras han carecido de bosques. Así mismo, podría proponerse una definición alternativa de la deforestación basada en una disminución dada de la cubierta de dosel o de la densidad de carbono, o en el rebase de uno de una secuencia de umbrales. Del mismo modo, la forestación y la reforestación podrían definirse también en términos de un aumento de la cubierta de dosel o de la densidad de carbono. Ninguna de estas definiciones tiene que ver con el concepto de cambio del uso de las tierras” (IPCC, 2000).

Por otra parte, la captura de carbono se define como: “Proceso en el que un flujo relativamente puro de dióxido de carbono (CO2) procedente de fuentes industriales y de fuentes relacionadas con la energía se separa (captura), se condiciona, se comprime y se transporta hasta un lugar de almacenamiento para su aislamiento de la atmósfera durante un largo período. A veces se denomina “captura y secuestro de carbono” (IPCC [.-D. V.-O.-O., 2018).

Objetivos del TFM

El objetivo general del trabajo de grado fue realizar un análisis de la reforestación como instrumento de captura de carbono y reducción de la amenaza por avenida torrencial en la microcuenca La Guayabal en el municipio de Cocorná, departamento de Antioquia, Colombia.

Adicionalmente, se buscaba realizar un análisis de la reforestación como instrumento de reducción de la amenaza en una cuenca que presenta amenaza por avenida torrencial y articuladamente desarrollar un análisis descriptivo de la reforestación como instrumento de captura de carbono en una cuenca que presenta amenaza por avenida torrencial.

1. Contexto

De los 32 departamentos que tiene Colombia, 7 de ellos concentran el 59% de las áreas más susceptibles a avenidas torrenciales, es decir, Chocó, Cundinamarca, Antioquia, Boyacá, Tolima, Santander y Caquetá. Adicionalmente, de acuerdo con el Departamento Nacional de Planeación -DNP, 12,4 millones de hectáreas en el país pueden presentar avenidas torrenciales altas, es decir el 10.8% de la superficie del país (DNP, 2018).

Ilustración 1: mapa de avenidas torrenciales. Fuente: (DNP, 2018)

Por otra parte, de acuerdo con el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales -IDEAM, en los últimos 30 años, Colombia ha perdido más de 6 millones de hectáreas, es decir el 11% de sus bosques naturales (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible & IDEAM, 2019). En el año 2016, el país perdió 178.597 hectáreas, 44% más de lo reportado en el año 2015 (124.035 hectáreas), lo cual comparándose con años anteriores, 64.442 hectáreas en 1990 y 59.021 en el año 2010, se evidencia el aumento progresivo de la deforestación en el país (IDEAM, 2014).

Ilustración 2: Densidad de deforestación y áreas con bosques naturales. Fuente: (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible & IDEAM, 2019)

Por último, el Inventario Nacional de Gases de Efecto Invernadero realizado por el IDEAM, se tiene que las emisiones de GEI debidas a la deforestación en el año 2010, corresponden al 36% de las emisiones totales del país. Igualmente, las principales emisiones se han generado por la deforestación del bosque natural que se convierte en pastizales (40%), otras tierras forestales (25%) y en cultivos (11%). (IDEAM P. M., 2016).

Por otro lado, la reforestación en Colombia, tiene un enorme potencial debido a las condiciones climáticas que favorecen el rápido desarrollo de las plantaciones, la vocación forestal del suelo (54% del territorio) las excelentes condiciones del clima, la geografía y las políticas, planes y estrategias que se han lanzado en el país (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible & IDEAM, 2019).

Los sistemas de bosques, las plantaciones forestales y los sistemas agroforestales, mitigan el cambio climático, dado que fijan carbono en su biomasa, necromasa y los suelos, constituyéndose en alternativas de sumideros de carbono atmosférico. De esta forma, los servicios ecosistémicos que prestan los bosques y sistemas forestales y agroforestales, dependiendo de la composición de las especies, la precipitación, la temperatura, las características del suelo, indican que en plantaciones forestales de 6 a 30 años, almacenan entre 0,03 y 0,11 Pg C año-1, lo cual puede estabilizar las emisiones de CO2 producto de la deforestación y cambios en el uso del suelo (Patiño Forero, 2018).

La implementación de proyectos de Mecanismos de Desarrollo Limpio (MDL) enfocados a plantaciones forestales, conservación de bosques y restauración ecológica, se constituyen en este sentido, en una alternativa viable para aprovechar el potencial que tiene el país, mitigar la emisión de GEI y disminuir la amenaza por avenidas torrenciales en las cuencas objeto de intervención (Chavarro M, 2008, como se citó en (Patiño Forero, 2018)).

2. Presentación del estudio de caso

Para el análisis de la reforestación como instrumento de captura de carbono y reducción de la amenaza en una cuenca con amenaza por avenida torrencial, se toma un estudio de caso, el cual fue elegido de acuerdo con la información disponible. El estudio de caso es el municipio de Cocorná en el departamento de Antioquia, en la microcuenca de la quebrada Guayabal, tributaria del río Cocorná. Esta quebrada reviste de importancia, dado que es un atractivo turístico y cultural, abastece el acueducto urbano, y tiene un Plan de Ordenamiento y Manejo de Microcuenca.

La microcuenca La Guayabal tiene una extensión aproximada de 1.371,53 Hectáreas (13,71 Km²), su cauce principal es la quebrada La Guayabal que tiene una longitud de 10,73 km y que abastece el acueducto del municipio de Cocorná. De acuerdo al documento diagnóstico del Esquema de Ordenamiento Territorial, la microcuenca de La Guayabal, tiene una aptitud de uso del suelo en toda su extensión para el uso forestal, en las categorías de bosque natural productor/protector, conservación, protección y/o manejo especial y plantación productora-protectora; sin embargo, el uso actual predominante es el forestal, con un 40,8%, seguido por el pecuario con un 29,9%, que es el que genera el mayor conflicto de uso por estar localizado en zonas de rondas hídricas, las cuales deben tener una función de protección, finalmente, el uso agrícola también es representativo en la microcuenca (MASORA, 2015).

Frente a las amenazas de origen socionatural, se tiene que la microcuenca presenta fenómenos de remoción en masa en la parte media y baja de la cuenca, asociados a los conflictos de uso por la actividad pecuaria y agrícola y las características geomorfológicas y de pendiente; y amenaza por avenidas torrenciales. La microcuenca tiene una alta pluviosidad, se estima en 4.311 mm al año, con una distribución bimodal, el cual es uno de los factores detonantes de las avenidas torrenciales, así como los procesos de remoción en masa (MASORA, 2015).

3. Proceso y resultados obtenidos

Para definir el factor de protección que tienen los usos actuales de la microcuenca La Guayabal que permita tener unos criterios clarificadores del comportamiento de la cuenca frente a eventos torrenciales, para a partir de ellos establecer la ordenación requerida, es decir, la restauración hidrológica y forestal, se tiene una metodología, fundamentada en un modelo paramétrico definido a partir de dos modelos: Universal Soil Loss Equation -USLE y el Modified Universal Soil Loss Equation -MUSLE, que da como resultado un índice de protección del suelo por la vegetación (Mintegui Aguirre & Robredo Sánchez, 2008).  Este índice, se desarrolla a partir de unos indicadores que representan la erosión fluvial, la vulnerabilidad del suelo a la erosión, la topografía del terreno, la cubierta vegetal, las prácticas de manejo y conservación de suelos, el volumen de escorrentía y el caudal punta generado en la cuenca (Mintegui Aguirre & Robredo Sánchez, 2008).

Los índices de protección que van desde 1,0 (máxima protección) a 0,0 (protección nula) y se corresponden para cada tipo de suelo diferenciado dentro de la cuenca. Para el caso de las pendientes que tiene la microcuenca, se tiene que el 3,15% del área de la microcuenca tiene una pendiente baja con el rango entre el 0-18%, media baja con el 9,21% del área, es decir con un rango entre el 19 y 35%, media con el 33,25% del área con un rango entre el 36 y 67%, alta con el 29,03% de la cuenca con un rango entre el 68 y 100% y muy alta con el 25,35% con un rango mayor al 100% de pendiente (CORNARE, 2008). Lo que quiere decir, que para la mayor parte del área de la microcuenca, las pendientes, condicionan los índices de protección por la vegetación, por lo que su uso debe ser revisado e intervenido, con el fin de intervenir las condiciones de amenaza de la microcuenca por avenidas torrenciales.

Tabla 1: Índices de protección del suelo por la vegetación en la microcuenca La Guayabal. Fuente: Elaboración propia a partir de (Mintegui Aguirre & Robredo Sánchez, 2008)

A partir de la metodología propuesta por Mintegui Aguirre y Robredo Sánchez, y la información disponible para la microcuenca, se clasificó tal como se desarrolla en la Tabla anterior, el índice de protección que tiene la cobertura actual del uso del suelo en la microcuenca, de esta forma se tiene que el 51,18% del área de estudio, presenta un índice de protección de 0,3; que corresponde a usos de cultivos densos y uso pecuario, es decir un índice muy bajo, que requiere una intervención en prácticas agrícolas y ambientales que sean más compatibles con la aptitud del uso del suelo y permita mejor la calidad del suelo y la cobertura para poder reducir la amenaza por avenida torrencial.

Foto  2: Cocorná, Antioquia, Colombia. Fuente: Viajar en verano

Los siguientes usos, con un factor de protección de 0,4 y 0,5, son los definidos por el uso urbano, cultivos agrícolas sin prácticas de conservación de suelos, y uso forestal con ecosistemas degradados e intervenidos, los cuales se presentan en áreas de pendiente media (entre 18% y 24%), es decir, la pendiente comprendida entre la iniciación de la erosión y la de arrastre total, y con un área correspondiente al 41,06% de la microcuenca. Estas áreas requieren igualmente una intervención, que permita ampliar la cobertura vegetal y con prácticas de conservación de suelos. Finalmente, se tiene el uso forestal por área de protección declarada y cultivos silvopastoriles: árboles, algunos rastrojos, arbustos, matorrales y espacios naturales con los pastos y forrajes, que corresponden solamente al 7,73% del área de la microcuenca y con un índice de protección de 1,0 y 0,9.

De acuerdo con estos resultados, es evidente, que para poder disminuir la amenaza por avenidas torrenciales en la microcuenca de La Guayabal, es necesario aumentar la reforestación, dado que estas aumentan las escorrentías en la cuenca y la regulación hídrica, no afecta a la erosión del suelo sino por el contrario ayuda a mitigar sus efectos por la interceptación, infiltración y retención de agua, además de evitar mayores pérdidas de suelo, que pueden aportar material en las avenidas torrenciales.

Ahora bien, frente al análisis de la reforestación como instrumento de captura de carbono en la microcuenca la guayabal, se tiene que los proyectos forestales en la mitigación de los gases de efecto invernadero, se pueden agrupar en 3 tipos, los enfocados a la conservación del carbono, es decir el control de las tasas de deforestación, protección de bosques, manejo forestal, entre otros, los proyectos de captura de carbono, a partir de las plantaciones forestales, aumento de la cobertura de bosques, agroforestería e intervención de bosques degradados y los proyectos de sustitución de carbono, enfocados al reemplazo de combustibles fósiles (Russo, 2009).

Para el caso del trabajo que ocupa este trabajo, y de acuerdo con las características que presenta la microcuenca La Guayabal, se tiene que las características agroecológicas (alta precipitación, suelos moderadamente profundos y bien drenados, buena radiación solar, alta luminosidad) propician un rápido desarrollo de los bosques y una acelerada producción de biomasa forestal (CORNARE, 2008), lo que permite que sea factible el desarrollo de proyectos enfocados a la conservación del carbono y a proyectos de captura de carbono.

De acuerdo con lo desarrollado en el numeral 7.1 del presente documento, se concluye que la microcuenca posee aproximadamente un 40% del área en coberturas que protegen el suelo y contribuyen con el mantenimiento y la regulación de los caudales, la captura de carbono, la regulación de la temperatura, la conservación y protección de la biodiversidad, mientras que el 60% restante se encuentra en cultivos y pastos, en su mayoría como soporte de la economía de su población.

Ahora bien, y teniendo en cuenta las características de la microcuenca, es factible el desarrollo de proyectos de Mecanismos de Desarrollo Limpio (MDL), que incluya las plantaciones forestales y los bosques existentes a un bajo costo. En estos proyectos, se pueden incluir acciones enfocadas a los sistemas agroforestales, plantaciones protectoras, plantaciones forestales y proyectos REDD + (Reducción de emisiones por deforestación y degradación) como alternativas de mitigación en áreas de bosques (Chavarro M, 2008, como se citó en (Patiño Forero, 2018)).

De esta forma, se tiene que a 558,48 de la microcuenca La Guayabal (las definidas como áreas para la recuperación ambiental, específicamente en las áreas de alta pendiente, rondas hídricas y partes altas de la microcuenca) son aptas para el desarrollo de proyectos de conservación de carbono, según el análisis realizado en el numeral anterior, y 136,87 Ha (producción agroforestal) podrían destinarse a proyectos de captura de carbono. Es necesario anotar, que este análisis es meramente descriptivo, enfocado al potencial de desarrollo de proyectos MDL, dado que estimar la biomasa total, almacenamiento y fijación de carbono atmosférico en biomasa arriba y abajo del suelo en plantaciones forestales y sistemas agroforestales existentes en la microcuenca, requieren mediciones en campo, que permitan definir el potencial de almacenamiento del carbono, y no es el alcance del presente trabajo. (Patiño Forero, 2018).

De acuerdo con el estudio citado de captura en biomasa en plantaciones forestales y sistemas agroforestales en una localidad del departamento del Tolima en Colombia, se tiene que los sistemas agroforestales y las plantaciones forestales capturan grandes cantidades de carbono atmosférico, con valores que van de 18,6 a 64,4 Mg C por hectárea, lo que demuestra la importancia de estos ecosistemas en la mitigación del cambio climático, adicional a ello, la importancia de estos sistemas de uso del suelo radica en que además de mitigar el cambio climático generan productos u otros servicios que apoyan el bienestar de los productores y sus familias. Aunque no es comparable, con el área de estudio, tomando simplemente como referencia el valor más bajo de 18,6 MG C ha, las 292 hectáreas de la microcuenca La Guayabal que se encuentran en bosque primario y secundario, podrían almacenar 5.431,2 Mg C ha^-1 por año (Patiño Forero, 2018).

Conclusiones

De acuerdo con la documentación revisada y analizada, se pude decir como conclusión general que la reforestación intercepta fuertemente la escorrentía superficial, donde la cobertura vegetal (bosques, plantaciones forestales, sistemas agroforestales), juega un papel importante en la retención e infiltración, aportando de esta forma en la disminución de la amenaza por avenidas torrenciales.

En el análisis del estudio de caso, y según la aplicación del índice de protección de una cuenca como factor detonante de una avenida torrencial, se tuvo que el uso actual del suelo de la microcuenca La Guayabal genera unos conflictos de uso del suelo, que hacen que el 51,18% del área de estudio, presenta un índice bajo de protección (0,3), que requiere una intervención en prácticas agrícolas y ambientales que sean más compatibles con la aptitud del uso del suelo y permita mejor la calidad del suelo y la cobertura para poder reducir la amenaza por avenida torrencial.

Frente al análisis de la reforestación como instrumento de captura de carbono, solo se obtuvieron resultados descriptivos, dado que se requieren metodologías robustas y mediciones en campo, para obtener insumos que puedan dar cuenta del potencial de desarrollo de proyectos de reforestación o de MDL a partir de la captura de carbono, por lo tanto, solo se pudo evidenciar la importancia de los bosques y sistemas forestales para la mitigación del cambio climático, a partir de la bibliografía consultada.

Reseña del Autor

Reseña del autor: Jorge Andrés Castro Rivera, es Administrador Ambiental de profesión, egresado de la Universidad Tecnológica de Pereira (Colombia) y máster en gestión ambiental urbana, por la Universidad Nacional de Córdoba (Argentina). Recientemente se graduó del Máster de Gestión del Riesgo de Desastres y Gobernanza Climática de Structuralia.

Tiene una experiencia profesional de más de 20 años, especialmente en las áreas de planificación y políticas y gestión pública, gestión del riesgo de desastres y evaluación ambiental de proyectos en diferentes sectores: Así mismo es docente universitario en el área ambiental y gestión del riesgo de desastres.

Testimonio del autor:

1. ¿Qué es lo que más destacarías del máster?

«El máster en gestión del riesgo de desastres y gobernanza climática, tiene varios puntos destacables: sus profesores son personas destacadas en las temáticas que imparten, lo cual se vio reflejado en el contenido. Igualmente, el diseño y contenido de los diferentes módulos abarcan ampliamente la temática de la gestión del riesgo y la gestión del cambio climático, lo que lo hace muy completo, con un nivel de profundidad suficiente para formarse adecuadamente.«

2. ¿En crees que te va ayudar en tu desarrollo profesional?

«Particularmente, mi campo profesional actual es la gestión del riesgo de desastres, por lo que considero que haber cursado el máster me brindó las herramientas necesarias para ahondar en el campo de estudio de los riesgo de desastres y los riesgos climáticos. Considero que me puede ayudar a escalar profesionalmente, en cargos en los que pueda marcar una diferencia en las políticas públicas.«

3. ¿Por qué elegiste Structuralia?

«La modalidad virtual que tiene Structuralia es muy conveniente para profesionales que como yo, no siempre tienen horarios fijos para dedicarse el estudio. Por lo tanto, poder contar con los módulos disponibles en todo momento y lugar, lo hace ideal para avanzar profesionalmente.«

¿Se puede encontrar el encaje óptimo del BIM en la obra civil? Este interesante Proyecto TFM se adentra en las problemáticas y ejecuciones óptimas de su proyecto.

La demanda del uso y aplicación de la metodología BIM, ya sea en diseño o en obra, es cada vez más creciente, por parte de la Administración y de entidades privadas, y el mundo de la edificación y la arquitectura nos lleva a nosotros, los ingenieros civiles, una clara ventaja. 

Esta ventaja queda reflejada, por una parte, en la limitada madurez de los softwares de ingeniería civil disponibles en el mercado y, por otra parte, en los conocimientos de la metodología BIM por parte de técnicos y de clientes, quienes, a menudo, no conocen en profundidad las múltiples ventajas de esta nueva forma de trabajar. Por tales motivos, nos encontramos en un estado del arte del BIM en la obra civil en el cual los avances de los softwares y las necesidades o problemas encontrados por los técnicos se retroalimentan, permitiendo a ambos crecer, mejorar y, en definitiva, encontrar el encaje óptimo del BIM en la obra civil.

Si bien los condicionantes de una edificación son particulares, ¿qué margen de maniobra tiene el BIM en una obra de ingeniería civil? Y, particularmente, ¿qué margen de maniobra tiene en una obra lineal? Nos movemos en un espacio mucho más grande (o largo), con elementos lineales que pueden tener kilómetros de distancia y que, por tanto, cualquier modificación en dicho elemento repercute en otros múltiples elementos, no solamente de manera lineal sino también bidimensional y tridimensionalmente y que, a su vez, tienen un alto impacto paisajístico, ambiental, social y económico.

El Máster BIM avanzado en diseño y ejecución de obras lineales de Structuralia trata de abordar estas problemáticas. Tras cursar este Máster, nuestro ex alumno Jordi Moliner se ha aventurado a abordar dichas problemáticas él mismo en un proyecto de obra lineal con su Trabajo Final de Máster, el cual sintetiza en este increíble artículo.

TFM, Línea Ferrocarril Andalucía – Murcia, del PK 0+000 AL 1+049,452, en Guadix, Provincia de Granada

El objetivo del TFM es demostrar y poner en práctica una visión y enfoque global de los problemas reales que se encuentran a la hora de enfrentarse a un proyecto de Ingeniería Civil (concretamente, de una obra lineal), utilizando la metodología BIM.

Los puntos a desarrollar en el TFM son los siguientes:

1. Elaboración de un BEP
2. Definición de las fases del proyecto
3. Diseño y planificación del proyecto de obra lineal
4. Presentación realista del proyecto

Ámbito del Proyecto

Para el presente TFM, y de acuerdo con las directrices e información base proporcionadas por Structuralia, se ha abordado el Proyecto constructivo de línea de ferrocarril Andalucía – Murcia, del PK 0+000 al 1+049,452, en Guadix, provincia de Granada, España.

Si bien el proyecto constructivo gira en torno a esta línea de ferrocarril, en el ámbito de proyecto existe una zona urbana y un libramiento carretero. Estos dos elementos no se han desarrollado a nivel de proyecto constructivo, pero sí se han considerado a la hora de integrar la línea de ferrocarril en el entorno dentro delmodelo Infraworks,lo cual ha ayudado a tomar mejores decisiones a lo largo del proyecto.

Figura 1. Ámbito de proyecto de la nueva urbanización. Se observa la A-92 en su paso por Guadix, visto en ortofoto en planta.

Figura 2. Ámbito de proyecto de la nueva urbanización. En primer plano, la línea de ferrocarril proyectada y al fondo, el libramiento carretero, todo modelado en Infraworks.

Elaboración del BIM Execution Plan

En el Plan de Ejecución BIM (BIM Execution Plan, BEP) se detalla la estrategia de utilización de BIM para el proyecto, así como las capacidades y competencias del equipo redactor del proyecto para cumplir con los requisitos de información del cliente. 

En los puntos siguientes expongo los puntos más relevantes del BEP.

Objetivos y usos BIM

De acuerdo con las directrices del cliente, el objetivo general de la utilización de BIM es prevenir que existan cambios críticos tanto en el tiempo asignado para cada actividad como en el presupuesto por el cuál ha sido contratado el servicio.

Los objetivos específicos marcados durante la ejecución del proyecto son:

1. Visualizar la solución para facilitar la interpretación y comunicación del proyecto.

1. 1. 1. Generar planos más coherentes.
      2. Analizar los puntos críticos e incidencias del proyecto.
      3. Identificar y ubicar elementos o materiales dentro del edificio o infraestructura para tomar decisiones.

      2. Facilitar la trazabilidad del avance del proyecto.

1. 1. 1. Seguimiento del desarrollo del proyecto.
      2. Evaluar la correcta definición de la propuesta.

3. Facilitar la gestión de la infraestructura acabada.

1. 1. 1. Identificar y ubicar los elementos o materiales dentro del edificio o infraestructura.

Responsable de cada objetivo y uso BIM

Los objetivos y usos BIM, así como los entregables BIM necesarios, quedan asignados a uno o múltiples técnicos del equipo redactor, quiénes se encargan de asegurar su calidad y utilidad a lo largo de la redacción de proyecto. Para este TFM, mi rol sería de BIM mánager, además de coordinador de proyecto, pero contaría con el apoyo de especialistas de cada rama de ingeniería y modeladores.

En algunos objetivos y usos BIM también se requiere la participación y supervisión de técnicos del cliente.

Entregables BIM

Se entiende por Entregables BIM todos los documentos e información necesaria para la obtención de modelos BIM, así como todos los productos resultantes del uso de herramientas y flujos de trabajo BIM.

Estrategia de colaboración y entorno de datos compartidos (CDE)

El CDE está compuesto por la plataforma BIM 360, ya que los softwares con los que se va a trabajar son de Autodesk.

Estructuración de los modelos BIM

El conjunto de la información digital del proyecto estará segregado en varios modelos BIM, con una codificación específica, como, por ejemplo:

Los modelos de Disciplina se generarán sobre la plataforma Civil 3D y AUTODESK REVIT 2022.

Estos modelos contendrán toda la información necesaria referente a los elementos modelados, su detalle geométrico y la información contenida en ellos, para hacerlos compatibles con los usos definidos en este BEP. 

Los Modelos de cada Disciplina se integrarán y constituirán el modelo federado de coordinación, que se denominará Modelo Federado. El equipo de proyecto proporcionará cada modelo de Disciplina validado con el fin de efectuar la federación de modelos de acuerdo con el PEB. El responsable BIM será responsable de la generación y mantenimiento del Modelo Federado.

El Modelo Federado se compondrá de los diferentes modelos de Disciplina en formato IFC y estos archivos se federarán sobre la plataforma NAVISWORKS MANAGE 2022 y se podrán visualizar sobre la plataforma NAVISWORKS FREEDOM 2016 o superior. Además, los mismos archivos IFC, estarán disponibles individualmente, con el fin de que cualquier agente pueda realizar la federación de los archivos que componen el modelo federado, en cualquier plataforma o visor IFC.

Coordenadas de referencia

Con el objetivo de que la disposición de los elementos sea compatible entre los distintos modelos a la hora de formar el Modelo Federado, todos los modelos deberán disponer de coordenadas idénticas en su espacio BIM.

Se deben definir dos coordenadas UTM en el sistema ETRS89 correspondientes a los ejes X, Y y Z, y que servirán de nexo común entre los modelos, con bases georeferenciadas obtenidas del levantamiento topográfico previsto. 

Contenido paramétrico del modelo

Los niveles de información (LOI) están divididos en 4 grupos:

• LOI 1: Entregable de los proyectos Básicos.

• LOI 2: Entregable de proyectos ejecutivos.
• LOI 3: Entregable a Final de obra (As built).

• LOI 4: Entregable por el modelo de Operación y Mantenimiento.

En este proyecto se utilizará LOI 2.

Plan de aseguramiento de la calidad de la información (PACI)

Para garantizar la calidad de la información introducida en el modelo y obtener unos entregables finales con información fiable, se realizarán las acciones de control internas de los modelos, realizadas principalmente por el BIM Manager y modeladores.

Definición de las fases del proyecto

Una vez elaborado el BEP, conviene definir las fases de redacción del proyecto, que son las siguientes:

1. Diseño conceptual.
2. Diseño de detalle.
3. Property Sets y generación de sólidos.
4. Exportación del modelo.

Estas fases se abordan a lo largo del Diseño del proyecto de obra lineal, detallado a continuación.

Diseño del proyecto de obra lineal

Diseño conceptual

La zona de proyecto viene dada por el enunciado del propio TFM, como podría venir dada por el cliente del proyecto u obra en cuestión.

El corredor escogido tiene un impacto ambiental y urbanístico bajo, con pocos o ningún servicio afectado y evadiendo cualquier cruce con otras infraestructuras viales o cauces que pudieran necesitar grandes viaductos. Tampoco se interfiere con el desarrollo urbanístico actual del núcleo urbano. La variante carretera queda en el otro lado del núcleo urbano, paralela al ferrocarril.

Figura 3. Ubicación del corredor ferroviario. Infraworks ayuda a analizar el espacio disponible, así como el impacto con otras infraestructuras y zonas urbanos. También la interferencia con servicios urbanos y cauces hidrológicos.

Diseño del detalle

Se ha utilizado la topografía proporcionada por Structuralia, con un nivel de detalle suficiente para desarrollar el proyecto de detalle. A partir de esta topografía, se ha obtenido una superficie conCivil 3Dsobre la cual se diseñará el trazado ferroviario.

Figura 4. Superficie TIN “EG” (Existing Ground) creada a partir de la topografía proporcionada.

• • Normativa: Se ha seguido la normativa vigente de ADIF, teniendo en cuenta valores máximos en situaciones normales y excepcionales.
  • Velocidad del diseño: De acuerdo con las directrices del cliente, la velocidad de proyecto es de 120 km/h. La velocidad mínima para comprobar la insuficiencia de peralte se limita a 80 km/h.

Estas velocidades permitirían, si se cumplen ciertos requerimientos de trazado en función de parámetros como la orografía, grado de urbanización y otros condicionantes, la circulación de trenes tanto de pasajeros como de mercancías.

1. 1. 1. Planeamiento de desarrollo urbanístico e industrial de la zona, proporcionado por Structuralia.
      2. Presencia de edificaciones o industrias.
      3. Presencia de infraestructuras viarias y ferroviarias en la zona.
      4. Presencia de zonas ambientales protegidas.
      5. Presencia de dominio público hidráulico.

El trazado en planta se compone de alineaciones recta, clotoide (L=160 m) y curva (R = 800 m).  

El peralte se ha limitado a 140 mm en la curva de 800 metros de radio, para los cuales las clotoides de 160 metros de longitud permiten la correcta transición de peralte.

Figura 5. Planta del trazado ferroviario.

• • Trazado en alzado: Se limita la pendiente longitudinal al 1,5% (es decir, 15 milésimas), con el objetivo de que puedan circular trenes de pasajeros y de mercancías.

Se podría haber subido a 25 milésimas para reducir el movimiento de tierras, ya que el terreno es accidentado, pero se ha preferido mantenerlo a 15 milésimas para habilitar la operación de ambos trenes.

Figura 6. Alzado del trazado ferroviario, con pendiente constante de 15 milésimas. En rojo, el trazado en alzado y en azul, el terreno natural.

• • Otros condicionantes: La altura máxima de desmonte es de 9 metros, mientras que la altura máxima de terraplén es de 11 metros. Son alturas considerables pero que están presentes en otras obras ferroviarias del país ya ejecutadas.

No se han previsto apartaderos ni estaciones, por lo que no se ha analizado la necesidad de verificar ningún aspecto de trazado relacionado con aparatos de vías, desvíos, cambios, piquetes, etc. El diseño de la estación de este núcleo urbano podría ser una línea de trabajo futura a desarrollar en otro TFM relacionado con la metodología BIM, pero que queda fuera del alcance del presente TFM.

Debido a que no hay intersección con otras obras lineales o zonas urbanizadas, y debido a la inexistencia de túneles, no se ha contemplado ninguna normativa ni especificación para gálibos.

• • Sección tipo: Se ha diseñado una sección tipo clásica de ferrocarril, a partir de la herramienta SubAssembly Composer de Civil 3D, incluyendo los elementos ferroviarios más comunes, de acuerdo con las directrices y dimensiones solicitadas por el cliente, tales como:

• • • Tren, traviesas y raíles.
    • Balasto, subbalasto y capa de forma.
    • Canalizaciones.
    • Terraplén y desmonte.

    • Cunetas.

Figura 7. Sección transversal con la presencia de elementos de drenaje longitudinal y canalizaciones, obtenida de SubAssembly Composer.

• • Obra lineal: Una vez recogidos todos los elementos de trazado en planta, alzado y sección, se ha procedido a obtener la obra lineal (corridor).

Figura 8. Aspecto de la obra lineal vista en el Object Viewer de Civil 3D.

Según indicaciones del cliente, debido a la orografía y a la necesidad de túneles en otros tramos de la línea, esta línea se concibe como la primera línea alimentada mediante baterías eléctricas recargables en origen y destino, por lo que se prescinde de la electrificación de la línea y la catenaria asociada.

• Señalización y comunicaciones

Se ha previsto la instalación de canaletas y prismas de señalización y comunicaciones en la sección tipo ferroviaria.

No se han detectado servicios urbanos en el ámbito de proyecto, por lo que no hay necesidad de afectar ningún servicio ni diseñar ninguna reposición.

Se han diseñado y programado los códigos necesarios a partir de SubAssembly Composer de Civil 3D para cada uno de los volúmenes, superficies y longitudes de los distintos elementos que componen la sección tipo, para poder obtener de forma automatizada las mediciones de cada uno de esos elementos.

Se han obtenido los planos de planta – perfil y secciones transversales.

Property Sets y generacion de sólidos

A cada uno de los elementos que componen la sección tipo se les ha asignado un conjunto de propiedades o property sets (PSETs). 

Las propiedades mecanizadas (como puede ser el volumen de subbalasto) son las que aportan la información más interesante y que puede ser actualizada de forma sencilla en caso de que la obra sufra modificaciones.

Por desgracia, Civil 3D solo permite obtener volúmenes mecanizados, por lo que, para raíles o canalizaciones, cuyos elementos es interesante conocer la longitud, se debe configurar la obtención de ese dato a partir de fórmulas, que suelen consistir en la división del volumen que Civil 3D obtiene de forma automática entre la sección de raíl o canalización, que debe ser introducida por el usuario.

Una vez generados los sólidos del modelo, se pueden visualizar los PSETs mecanizados.

Exportación del modelo

• Exportación a Navisworks

Se ha exportado toda la información generada por Civil 3D a Navisworks, y se ha generado un plan de obra asociado a cada uno de los elementos importados. Este plan de obra permite asociar cada sólido con una tarea, de manera que se puede ver el avance parcial de la obra y los sólidos en función de las tareas completadas asociadas a dichos sólidos.

Navisworks aglutina información como PSETs, planes de obra, visualizaciones 3D e interferencias. De haber tenido estructuras u otros elementos diseñados en otros softwares, como Revit, hubiera sido posible importarlos a Navisworks para verlos de manera conjunta.

Figura 10. Aspecto del modelo importado a Navisworks con la planificación de obra.

También se ha exportado el modelo a IFC, para que pueda visualizarse con los distintos visores gratuitos disponibles en el mercado. En este caso, el visor elegido esBIMcollab.

Este interesante proyecto TFM nos explica el Modelado BIM para la construcción de una nueva carretera de acceso a las playas del sur de la Isla Menorca.

Ante el creciente requerimiento de la metodología BIM en proyectos de ingeniería civil, hace dos años decidí completar mi formación realizando el Máster BIM aplicado a Ingeniería Civil impartido por Structuralia, donde he realizado el Trabajo Fin de Máster titulado “Modelado BIM para la Construcción de una Nueva Carretera de Acceso a las Playas del Sur de la Isla de Menorca”, realizando un profundo análisis flujo de trabajo para diseñar esta obra lineal y evaluación de la interoperabilidad entre softwares disponibles.

A lo largo de este post se describe el objetivo del proyecto, el flujo de trabajo seguido, los softwares empleados y las conclusiones obtenidas.

¿Cuál era el objetivo de mi trabajo fin de máster?

Lo que se ha perseguido con este proyecto ha sido analizar el flujo de trabajo a seguir para realizar una obra lineal, que incluye el diseño de un puente, y evaluar la interoperabilidad entre los diferentes softwares disponibles.

Para ello se ha realizado una nueva carretera de acceso a las Playas del Sur de la Isla de Menorca que conecte la carretera Me-24 (entre Ciudadela y Cala en Bosc) con la carretera Me-22 (entre Ferreries y Cala Galdana). Actualmente el acceso a las calas se realiza desde los diferentes caminos que parten de la carretera Me-1, no existiendo comunicación directa entre las calas. En su tramo final se ha planteado la ejecución de un puente para atravesar una zona de vaguada. La Imagen 1 muestra, en amarillo, la carretera a diseñar.

Flujo de trabajo y softwares empleados

En primer lugar, se realizó un pre-diseño de la carretera y el diseño del puente mediante el software Infraworks (v.2021). Este programa está orientado al campo de la pre-ingeniería y se focaliza en realizar una planificación previa del encaje y en el análisis del impacto de las infraestructuras sobre el terreno. Su utilidad se centra en proporcionar información para la toma de decisiones en las etapas tempranas de diseño. Uno de los puntos negativos de este software es que la información que se obtiene no es válida para generar proyectos, aunque permite realizar importantes estimaciones para determinar los movimientos de tierras, y su encaje en el terreno.

A continuación, se empleó AutoCAD Civil 3D (v.2021) para adaptar la carretera prediseñada en Infraworks a la Normativa de Trazado 3.1-IC, definir la sección tipo y calcular los movimientos de tierras.

Por su parte, el puente se exportó desde Infraworks a Structural Bridge Design (v.2020) para analizar la compatibilidad entre ambos softwares desde el cual se podría llevar a cabo el análisis estructural del mismo. A su vez, se empleó Revit (v.2021) para crear planos de detalle y tablas de planificación de los elementos que componen el puente.

Diseño preliminar de la carretera mediante Infraworks

Como se ha comentado, la herramienta Infraworks se utilizó para el diseño conceptual, gracias a su rápida generación y análisis de diseños, terreno y características del entorno.

Como paso previo a realizar el diseño preliminar de la carretera mediante Infraworks, se descargó desde la página del Instituto Geográfico Nacional, el modelo digital del terreno en la zona de actuación, la ortofoto de máxima actualidad del PNOA y los archivos shape que contenían la información de las carreteras existentes.

A continuación, se creó un modelo en Infraworks (versión 2021), se eligió el sistema de coordenadas ETRS89.UTM-31N correspondiente a la zona de actuación y se importaron los archivos que se habían descargado previamente en la página del IGN.

El siguiente paso fue crear una carretera de diseño que fuera pasando próxima a los parkings existentes de acceso a las calas del Sur, evitando, siempre que fuera posible, cruzar cerca de las edificaciones existentes en la zona. Una vez realizada la carretera de diseño, ésta se transformó a carretera compuesta y se creó un puente para salvar el desnivel existente en una vaguada que se debía atravesar.

Indicar que en la versión de 2018 de Civil 3D se disponía de la herramienta Bridge Module que permitía introducir, de manera sencilla, modelos de puentes simples en la obra lineal. Sin embargo, en las últimas versiones de C3D no se ha seguido desarrollando esta herramienta debido a la aparición de Infraworks, que permite diseñar puentes con diferentes componentes de tablero, contrafuerte, pilar, jácena y apoyo del puente. También destacar que, en la última versión de Civil 3D (2021), los puentes se incorporan como un nuevo tipo de objeto de puente cuyos componentes son elementos individuales y se encuentran identificados, aspecto que no ocurría en la versión 2020 donde los puentes se importaban como un único objeto 3D. A pesar de todo esto, en ninguna de estas versiones los puentes son elementos editables por lo que el diseño del puente se ha realizado íntegro desde Infraworks.

Una vez finalizado el modelo, se exportaron los archivos .imx para su posterior importación al resto de softwares.

Diseño de la carretera con Civil 3D

El diseño de la obra lineal se realizó mediante Civil 3D, versión 2021, siguiendo el esquema de trabajo mostrado en la Imagen 4.

Empleando la misma versión de Civil que en el Infraworks, se importaron ambos archivos .imx.

El primer aspecto a corregir es que la carretera fue diseñada en Infraworks siguiendo la normativa AASHTO por lo que se modificó la alineación para adaptarla a la normativa de trazado 3.1-IC. Para ello se fue editando la alineación importada, generando una nueva alineación compuesta de una sucesión de rectas, clotoides y curvas cuyos parámetros cumplieran con la normativa de trazado. Indicar que el archivo de normativa española disponible para Civil 3D no contiene todas las comprobaciones establecidas por la misma por lo que se hicieron comprobaciones adicionales específicas de las líneas, curvas o clotoides mediante la creación de estilos. El mismo proceso se siguió para adaptar la rasante a la norma de trazado.

Respecto a la sección tipo, se modificó la importada desde Infraworks para ajustarla a la sección mostrada en la Imagen 5 y así poder crear las distintas capas de firme y ajustar los taludes de desmonte y terraplén a los deseados. En Civil 3D, para realizar el diseño de la Sección Tipo de una obra lineal se crea primero un objeto de ensamblaje al que se le añaden objetos de subensamblaje que una vez configurados permiten el diseño de las secciones tipo deseadas. La sección tipo empleada en este trabajo está compuesta de los siguientes subensamblajes: Carriles 🡪 “LanersuperelevationAOR”, Arcenes y bermas 🡪 “ShoulderExtendAll”, Taludes 🡪 “BasicSideSlopeCutDitch”.

Una vez que ya tenemos todos los elementos, podemos obtener el modelo de la obra lineal. En la obra lineal se emplea la superficie del terreno, alineaciones, perfiles y ensamblajes. La herramienta C3D se encarga de gestionar los datos, uniendo los ensamblajes a la alineación y al correspondiente perfil longitudinal.

Se ha diseñado una obra lineal formada por varias líneas base y se ha creado la intersección de los taludes con la superficie al seleccionar la superficie “terreno natural” como objetivo en el cuadro de diálogo de crear obra lineal. Para crear la superficie de la obra modificada, se ha tenido en cuenta que se va a empezar a ejecutar el paquete de firmes del proyecto a partir del terreno natural cortado por la última capa de nuestro paquete de firmes, por tanto, se ha creado una superficie con el código de esa línea que en nuestro caso es “datum” y coincide para todos los subensamblajes. Por último, se añadió el contorno exterior con el que la obra lineal interseca con el terreno natural indicando el código del subensamblaje de los taludes que en este caso era “intersección”.

Al importar el modelo 3D del puente desde Infraworks, cada componente aparece representado como un objeto 3D no editable por lo que podemos decir que solo sirve para visualizar el encaje del puente ya que no llega a tener interacción con la obra lineal. Es decir, en la región donde se encuentra el puente, la obra lineal tiene desactivada la superficie “objetivo” y no reconoce el puente a la hora de hacer las transiciones de los taludes en las zonas de estribos. Para evitar que el paso de la carretera al puente se realice de un modo brusco, se modelaron los taludes siguiendo el siguiente proceso:

• En primer lugar, se dividió en regiones la obra lineal, creando una región de transición antes y después de la zona del puente de unos 40 m de longitud y se asignó una nueva sección tipo sin el subensamblaje de taludes. Además, se quitaron los objetivos de superficie en esta región y se redujo la frecuencia en esta parte, para que la transición se generara con mayor precisión.
• Se aisló la región de transición y se extrajeron, de esta zona, las líneas características que interesaban, es decir, las líneas que recorren la subbase de la obra lineal en los laterales y el estribo, para a partir de ellas realizar la explanación.
• Una vez obtenida la línea característica, con las herramientas de creación de explanación, se generó un grupo de explanación y se creó una explanación siendo la superficie base del volumen el terreno natural.
• Por último, en el menú desplegable de las herramientas de creación de explanación, se seleccionó “Desmonte-Terraplén de Superficie”, y una vez seleccionada esta opción, se eligió la línea característica creada anteriormente. Se aplicó la explanación a toda la línea característica con los mismos taludes que disponemos en los terraplenes y desmontes de la obra lineal obteniendo el resultado mostrado en la Imagen 7.

Exportación del Puente a Structural Bridge Design

La Versión 2021 de Infraworks permite verificar la resistencia estructural de las jácenas de los puentes. Cuando se selecciona el puente en el modelo y se inicia un análisis de líneas de jácenas, InfraWorks valida la composición inicial basada en reglas de las jácenas del puente y compara los diseños con los estándares de diseño de puentes elegidos, incluidos AASHTO LRFD, Británico, Australiano y Eurocódigos. Esto permite verificar desde una fase muy preliminar, la validez de las mismas.

Se ha probado a utilizar esta herramienta y abrir posteriormente los resultados en el software Structural Bridge Design 2020. Indicar que el objeto de este proyecto no era realizar un dimensionamiento estructural del puente sino evaluar la interoperabilidad entre los diferentes softwares disponibles, por lo que se ha realizado el cálculo con las cargas que venían por defecto en el programa verificando la interoperabilidad entre ambos softwares.

Gestión de cambios

Se analizó cómo sería el proceso a seguir en el caso de que se hicieran modificaciones en el modelo del puente generado desde Infraworks. En primer lugar, se modificó la profundidad a la que se situaba la zapata y se utilizó el comando “Publicar estructuras civiles” 🡪 “Actualizar existente en InfraWorks” para actualizar los datos de estructuras civiles conectadas en Civil 3D (esto sería de aplicación también a Revit).

Cuando se abre el modelo en Civil 3D, aparece una notificación que indica que el conjunto de datos de InfraWorks se ha modificado y que es necesario volver a cargarlo. Cuando seleccionamos “Administrar conjuntos de datos de Infraworks”, nos aparecen los comentarios sobre los cambios realizados desde Infraworks y la opción de actualizar el archivo que ha sido modificado. Al volver a cargar el archivo modificado desde InfraWorks en Civil 3D, se actualiza de forma dinámica el modelo, actualizándose en este caso la profundidad de la zapata.

Exportación del puente a revit

Desde Infraworks se seleccionó el puente, y se eligió la opción “Publicar estructuras civiles”. Para poder abrir desde Revit el archivo .imx generado se instaló el complemento “Revit InfraWorks Updater 2021”.

A continuación, se creó un nuevo proyecto de Revit con una plantilla “Estructural” y se configuró, para cada componente del puente de InfraWorks, la categoría de Revit que se quería asignar durante el proceso de importación (ver Imagen 9). Desde la ficha Complementos de la cinta de opciones de Revit se eligió la opción “Importar estructuras civiles” seleccionando el archivo .imx que había sido previamente generado desde Infraworks. 

Indicar que, a pesar de haber elegido categorías de tipo estructural (pilares estructurales, cimentación estructural, etc.) para la importación de los elementos que componen el puente, Revit no los reconoce como elementos estructurales propiamente dichos y no se activa la casilla “Habilitar modelo analítico”. Debido a esto no es posible generar, de manera automática, un modelo analítico para su posterior exportación a un programa de cálculo. Una posibilidad sería ir colocando elementos estructurales en las posiciones donde se sitúan cada uno de los elementos importados con el fin de generar un modelo analítico pero el problema de esta solución sería que, ante posibles modificaciones en el modelo, habría que realizar los cambios de manera manual en Revit.

Además, se ha empleado Revit para crear planos de detalle y tablas de planificación de cada uno de los elementos estructurales que componen el puente (ver Imagen 10).

Conclusiones

A continuación, se resumen las conclusiones obtenidas del Proyecto realizado:

• Cuando se diseña una obra lineal con Civil 3D hay que tener en cuenta que el archivo de normativa española disponible no contiene todas las comprobaciones de diseño, siendo necesario realizar comprobaciones adicionales específicas de las líneas, curvas o clotoides mediante la creación de estilos. Este proceso resulta algo tedioso, por lo que, para obras lineales de longitud notable el empleo del software Istram sería más aconsejable ya que facilita la comprobación de la normativa.
• No existe un módulo especifico en Civil 3D para el diseño de puentes o túneles por lo que, para realizar este tipo de estructuras, se deben utilizar otros softwares como pueden ser Infraworks o Revit.
• Al importar el puente a Revit, éste no reconoce sus componentes como elementos estructurales propiamente dichos y no se activa la casilla “Habilitar modelo analítico”. Debido a esto no es posible generar, de manera automática, un modelo analítico para su posterior exportación a un programa de cálculo. La forma de hacerlo de manera automática sería a través de Structural Bridge Design.
• Los cambios realizados en Infraworks son notificados a los distintos programas (en este caso Civil 3D y Revit) de manera que resulta sencillo tener los modelos actualizados a los últimos cambios con tan solo volver a cargar el archivo importado.

En Structuralia agradecemos el enorme desempeño e iniciativa de Aida Santos Santamaría y su proyecto TFM. ¿Quieres desarrollar tu futuro profesional igual que Alan? Puedes ingresar a nuestra sitio de Structuralia e investigar la importante cantidad de material formativo en este sector, y adicionalmente la variedad de maestrías especializadas que necesitas para conseguir tus objetivos. 

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RESEÑA DEL AUTOR:

Aida Santos Santamaría es graduada en Ingeniería Civil y Territorial, y Máster en Ingeniería de Caminos, Canales y        Puertos por la Universidad Politécnica de Madrid habiendo cursado el segundo año del máster y el proyecto final de            carrera en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH). Habla 3 idiomas: español, inglés y alemán. Recientemente ha        finalizado el Máster “BIM aplicado a la Ingeniería Civil”, impartido por Structuralia.

Desde hace 6 años desarrolla su trabajo profesional en Geocontrol, donde forma parte del departamento de Túneles y      Obras Subterráneas. Entre las tareas o funciones desempeñadas se puede destacar la realización de proyectos de obra civil vinculados a la disciplina de obras subterráneas tanto a nivel nacional como internacional. Participa activamente en todas las fases de diseño tanto de túneles como de las estructuras vinculadas a este tipo de proyectos (muros, pantallas, falsos túneles, cimentaciones, etc.) Además, actualmente es la vicepresidenta del grupo de jóvenes de la Asociación Española de Túneles y Obras Subterráneas (AETOS).

TESTIMONIO DEL AUTOR:

1. ¿Qué es lo que más destacarías del máster?

«El máster combina teoría con ejercicios prácticos que ayudan a aplicar la metodología aprendida a través de los distintos softwares. Esto resulta muy útil para su posterior aplicación en un ámbito laboral.«

2. ¿En crees que te va ayudar en tu desarrollo profesional?

«Desde hace unos años, la aplicación de la metodología BIM es un requisito a cumplir en los proyectos de ingeniería. A través del máster he adquirido una visión general en diversas áreas (trazado, estructuras, presupuestos etc) que me serán de ayuda a la hora de enfrentar un proyecto donde se deba aplicar la metodología BIM «

3. ¿Por qué elegiste Structuralia?

» En primer lugar buscaba un máster que pudiera compatibilizar con una jornada laboral a tiempo completo y en segundo lugar quería que dicho máster fuera específico de Ingeniería civil ya que muchos de los máster que se ofrecen en la actualidad están más enfocados a la edificación.«

Este interesante TFM elaborado por nuestro ex alumno Emilio Camino nos explica: cómo abordar una estrategia de modelado para obras viales proponiendo una estructura de modelado y comprobando las funcionalidades del IFC.

Proyecto TFM: Estrategia de modelado para obras viales

Hoy en día, la metodología BIM tiene un gran desarrollo en el mundo e incluso es reconocida como una herramienta central en las políticas nacionales de ejecución de obras tanto de edificación como de infraestructura. En este sentido, existen países que ya lo consideran como obligatorio para la ejecución de proyectos. Sin embargo, esta no es una realidad que sea homogénea en todos los países. 

En Argentina, si bien existe un impulso desde 2017 con la creación del Sistema de Implementación BIM (SIBIM) y se han desarrollado documentos, proyectos pilotos, diferentes planes de adopción, aún no se observan requerimientos BIM en las licitaciones tanto públicas como privadas.

En la Dirección Nacional de Vialidad de Argentina, que es la repartición publica encargada de la construcción y mantenimiento de todas las carreteras del país, la implementación se inició en el año 2020.

En el desarrollo de cada uno de los casos de estudio y proyectos pilotos, se pudo advertir que uno de los aspectos fundamentales en este tipo de obras de infraestructuras radica en la estrategia de modelado.

En una obra vial, se va a requerir que la información del modelo viaje de un software a otro en muchas oportunidades, sin existir, muchas veces, una conexión automatizada de dicho proceso. Este aspecto resalta la importancia de planificar detalladamente la estrategia a utilizar para evitar perdidas de información o dificultades de compatibilidad cuando el modelo se encuentra en desarrollo.

Por otra parte, otro de los aspectos fundamentales para una organización publica, así como también para la privada, es la posibilidad de utilizar formatos abiertos. Esto se refiere a la posibilidad utilizar cualquier marca a la hora de realizar un modelo, como así también, permitirle a la parte publica, ahorros en los costos de las licencias con la utilización de software libres, que son ejes fundamentales a la hora de implementar BIM.

Sin embargo, en lo que se refiere a obras viales, así como también a otras infraestructuras, dichos formatos abiertos se encuentran en desarrollo. Esto no significa que no se pueda trabajar con lo existente, sino que se debe poner el foco y estudiar en detalle las posibilidades existentes.

De esta forma, este trabajo pretende abordar las dos temáticas mencionadas, proponiendo una estructura de modelado y comprobando las funcionalidades del IFC para las obras viales.

Descripción del proyecto

El trabajo consiste en realizar el modelado de un anteproyecto de una obra vial urbana acotada con la metodología BIM en la ciudad de Sarandí, Argentina.

Para ello se realizará un puente para conectar la rotonda del área comercial con el área residencial (flecha amarilla), generando otra rotonda de la otra margen del arroyo Sarandí y desde allí conectar con las diferentes calles urbanas.

Se propone entonces modelar el modelo digital del terreno, las diferentes vías y la rotonda, el puente de cruce, así como también las obras de drenaje transversal y la señalización, obteniendo los cómputos métricos de dicho modelo y realizando un BEP simplificado acerca de cómo fue realizado el modelo BIM a partir de las plantillas de SIBIM Argentina y, por último, generar los entregables en formato IFC, evaluando las posibilidades de este último con los avances hasta la fecha.

Consideraciones previas

Vale destacar, que para realizar este trabajo se contaba únicamente con una licencia activa de una marca determinada, por lo que, todo el desarrollo se ha realizado con los softwares de esta compañía.

Es por ello que las conclusiones y la validez de la propuesta aquí realizada se enmarca en las posibilidades que ofrecen estos programas.

Sin embargo, existen otros, que tienen diferentes virtudes y limitaciones, que funcionan de una manera distinta y que deben analizarse en detalle, para realizar otra propuesta de estrategia de modelado y para evaluar las funcionalidades de los IFC pero que excede el alcance del presente trabajo.

Objetivos y alcances

• Elaborar un anteproyecto vial urbano acotado mediante la metodología BIM
• Proponer una estrategia de modelado desde la concepción de la obra hasta el computo de cada uno de los ítems de obra.
• Elaborar un BEP simplificado, donde se establezcan los principales criterios de modelado, siguiendo las plantillas del SIBIM de Argentina.
• Generar los entregables en IFC y determinar la funcionalidad que tienen actualmente para obras viales.

Definición de CDE

Para comenzar con el modelado, se definió como entorno común de datos la nube One Drive donde se almacenarán todos los archivos, hasta su archivo y comunicación.

Dicho CDE tendrá una nomenclatura de proyecto según lo establecido en el BEP (2021-4567-01-AUA001-CONEXIÓN VIAL A° SARANDÍ).

En cuento a la Estructuración de Carpetas se realizará de la siguiente forma:

Estrategia de Modelado

Para realizar el modelado del proyecto que involucra desde el modelo digital del terreno hasta los cómputos métricos finales, se definió la siguiente estrategia que está compuesta de 4 módulos: SITIO, OBRA, INSTALACIONES Y COORDINACIÓN.

Modelo de Sitio:

Para realizar el modelo de sitio se comenzó definiendo el sistema de Coordenadas en el Civil 3D y se definió una superficie de estudio con polígonos que luego será utilizada para generar el modelo de Infraworks.

En este modelo generado se incorporaron las imágenes satelitales y rasters del Instituto Geográfico Nacional y datos GIS, y se trabajó y definió el entorno.

Luego, mediante formato IMX, se importó en el Civil 3D, donde se ajustaron las superficies, y se incorporaron los relevamientos topográficos, para obtener finalmente el modelo digital del terreno. Además, se incluyeron las imágenes satelitales y planimetrías de hechos existentes.

Una vez finalizadas las correcciones necesarias, la superficie, así como también el relevamiento del entorno, se incorporaron a Infraworks, donde finalmente quedó definido el emplazamiento de la obra a realizar.https://www.autodesk.com/latam/products/civil-3d/overview

Modelo de Obra:

A partir del Modelo Digital del Terreno y del relevamiento del entorno realizado en el modelo de sitio se incorporaron mediante shortcut a un nuevo archivo de Civil 3D, donde se realizó el diseño geométrico y obra básica de la rotonda. 

Para este fin y evitar archivos de gran extensión, se dividió esta tarea en dos, por un lado, el modelo de diseño geométrico donde se definieron las planimetrías y altimetrías y por el otro el de obra básica, donde se determinaron las estructuras de pavimentos y los perfiles tipo.

Todos estos modelos se incorporaron a Infraworks, donde a partir de las carreteras compuestas se definió el puente que cruza el arroyo Sarandí. Allí se realizó todo el predimensionado previo, se realizaron pequeñas modificaciones, y luego se exportó en IMX donde a partir de un complemento de Revit, se pudo terminar de definirlo, incorporarle información e incluso definir las armaduras.

En cuanto a la coordinación de todos estos modelos, se realizó a través de Navisworks, así como también a través de Civil 3D, donde se incorporaron todas las obras de arte mayores detalladas en Revit, y se verificó que todo se encuentre correctamente definido realizando análisis de interferencias.

Modelo de Obra:

Para el modelado de las obras de drenaje transversal, en una primera medida, se realizaron las familias correspondientes a los tipos de alcantarillas según los planos tipo vigentes en la Dirección Nacional de Vialidad.

Para poder colocarlos en el espacio georreferenciado correspondientes se utilizaron las coordenadas compartidas, para ello se generó en Civil 3D, otro archivo, en donde se definieron las ubicaciones de las mismas y las cotas de entrada y salida correspondientes.

Luego en Revit, se procedió a establecer las coordenadas, y se importó el cad con la información mencionada. Se colocaron las familias de alcantarilla, cada una de ellas con su correspondiente extensión y cotas.

Modelo de Coordinación:

Finalmente se proponen dos modelos de coordinación con diferentes funcionalidades. Por un lado, un Modelo Federado en Infraworks, que permitió realizar todo lo referido a visual y presentación, para la generación de videos e incluso con posibilidades de interoperar con GIS.

En dicho modelo se importaron los archivos de modelo digital del terreno, obra básica y diseño geométrico en formato .dwg, el puente en formato .imx mientras que las alcantarillas se importaron en formato .fbx.

Por otro lado, un Modelo Federado en Navisworks que permitió realizar el análisis de interferencias, Planificación, así como también obtener el computo métrico.

BIM Execution Plan

Junto con el modelado del proyecto de la Rotonda Urbana, se realizó el Plan de Ejecución BIM siguiendo las plantillas de SIBIM de Argentina.

Este documento en líneas generales establece la principal información del proyecto, información del modelado, información de referencia, todos los entregables a producir, la tecnología utilizada, todo lo referente al modelado, así como también un cronograma de avance. 

A los efectos del presente trabajo, se procedió a realizar dicho BEP completando aquellos aspectos fundamentales en particular en lo referido a la estrategia de modelado. 

Es importante destacar que, al día de la fecha, en la Dirección Nacional de Vialidad, aun no se cuentan con estándares ni lineamientos propios de la repartición, así como tampoco experiencia en este tipo de proyectos.

Además, la plantilla utilizada para realizar el BEP fue realizada para obras de arquitectura por lo cual, se debió realizar alguna adaptación para el caso de las obras viales que tienen sus propias características.

Formato de Intercambios Abiertos

Una vez finalizado el anteproyecto, se realizó la exportación del modelo de coordinación a través del formato abierto más utilizado y con mayor desarrollo para las obras de arquitectura que es IFC. 

El objetivo de dicho trabajo fue verificar que posibilidades exportación se pueden realizar y que capacidad de visualización tiene.

Para ello en un primer paso se realizó la exportación de los alineamientos a través de la versión IFC 4×1, que permite esta posibilidad. Sin embargo, luego de varios intentos no se pudo lograr su visualización en visualizadores de IFC.

Paso siguiente se realizó la exportación en IFC 4×1, IFC 4 e IFC 2×3 de la estructura de pavimento. Para ello el primer paso fue generar Psets de con la información del modelo y transformar dicha estructura en solidos 3D como se ve en la imagen siguiente.

Luego, mediante exportar en IFC en el Civil 3D, se definieron las diferentes versiones de IFC (IFC 4×1, IFC 4 e IFC 2×3) y se pudo setear algunos parámetros generales del proyecto, como autor, empresa, repartición entre otras.

Finalmente se comenzaron a realizar pruebas de apertura de los archivos con diferentes programas para ver sus posibilidades de uso.

La importación de dicho formato abierto en visores de IFC se observa de la siguiente manera:

La visualización es correcta, los Psets configurados se observan y se mantienen, y, además, las cantidades de los diferentes objetos que conforman los modelos se encuentran correctamente incluidos. Sin embargo, no se pudieron definir IFC Entity y Type. Dichos espacios figuran como ifcBuildingelementProxy y el segundo vacío.

En el caso de apertura con Civil 3D, la visualización es correcta, sin embargo,  el solido 3d que fue exportado a IFC, es importando como Multi-View Block References. Vale mencionar que contiene toda la información seteada anteriormente.

Se intentó realizar la apertura en otros softwares como Navisworks y Revit, pero se tuvieron problemas para la importación que pueden estar originados por las coordenadas del proyecto. Cuando se realizó la importación (únicamente acepta el IFC 4 y versiones anteriores) del mismo proyecto, pero desplazado, en coordenadas próximas al (0, 0, 0), se pudo realizar sin problemas.

Las principales diferencias que se observaron entre la exportación de IFC con Revit y con Civil 3d es que el primero tiene un gran reconocimiento de sus familias de los diferentes parámetros IFC, mientras que el segundo, se puede setear información externa para que quede contenida en el archivo, pero sin discriminar los diferentes parámetros IFC. Esto permite que al abrir un IFC generado en Revit se pueda continuar trabajando e incorporando información, mientras que en Civil 3D se debe reconstruir el modelo nuevamente.

Conclusiones

En la actualidad mediante una estrategia de modelado concreta y sistematizada, se pueden realizar proyectos ejecutivos de obras viales con procesos y tareas automatizadas, disminuyendo al máximo los errores de transmisión de información y los errores de tareas manuales.

Además, muchas de las herramientas más conocidas y utilizadas a nivel mundial, no se encuentran preparadas para obras lineales de gran extensión. Sin embargo, generando procesos de trabajos bien estandarizados pueden resultar muy útiles y necesarias y ser un gran complemento de las propiamente desarrolladas para este tipo de obras.

Por último, mencionar que, si bien se encuentran en desarrollo para obras lineales, los IFC son necesarios, pero no suficientes para la confección de entregables de proyectos. Estos deben estar acompañados de otros como los landxml que brindan aquella información que aún no se pueden incorporar en los anteriores (alineamientos, MDT).

De esta forma, se podría reconstruir el modelo, además de utilizarlo para las funcionalidades que se detallen en los EIR y BEPs, sin depender de ningún software en particular y sin perder información necesaria para cada una de las etapas.

En Structuralia agradecemos el enorme desempeño e iniciativa de Emilio Camino y su proyecto TFM. ¿Quieres desarrollar tu futuro profesional igual que Alan? Puedes ingresar a nuestra sitio de Structuralia e investigar la importante cantidad de material formativo en este sector, y adicionalmente la variedad de maestrías especializadas que necesitas para conseguir tus objetivos. 

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RESEÑA DEL AUTOR:

Emilio Camino es Ingeniero Civil graduado de la Universidad Nacional de La Plata. Recientemente ha finalizado el Máster BIM aplicado a la Ingeniería Civil”, impartido por Structuralia y se encuentra cursando la Maestría en Planificación y Gestión de la Ingeniería Urbana en la Universidad Nacional de Buenos Aires.

Desarrolla su trabajo profesional en la Dirección Nacional de Vialidad, donde forma parte del área de estudios y proyectos y del equipo de implementación BIM. Entre las tareas que desarrolla se destacan: revisión de proyectos viales en general, evaluación de solicitaciones de obras o mejoras por otras áreas de la Repetición o terceros, análisis de documentación técnica y sus especificaciones Particulares y Generales utilizando programas específicos, evaluación de alternativas de proyectos e implementar la Metodología BIM en la repartición.

Además, es miembro activo del BIM Fórum Argentina y miembro de la comisión IRAM “Modelado de la Información en Obras de Edificación (BIM – ISO TC 59/SC13)”

TESTIMONIO DEL AUTOR:

1. ¿Qué es lo que más destacarías del máster?

«Las cuestiones más interesantes para destacar, luego de haber finalizado el Máster “BIM aplicado a la ingeniería” son la modalidad de aprendizaje y la concepción de BIM como metodología y no como software.

En cuanto a lo referido al aprendizaje, me sentí muy a gusto con la plataforma, que era muy interactiva y con los contenidos. Además, la posibilidad de ir desarrollando los contenidos en forma independiente, con un calendario global de guía, permite a aquellos que nos encontramos trabajando con una gran carga horaria poder compatibilizar nuestros estudios con lo laboral y capacitarnos en lo que nos apasiona.

Por otra parte, el curso está orientado a comprender la metodología y entender cuáles son las mejores formas de trabajar y no a generar el dominio de uno o varios softwares, que a mi criterio es lo mas importante a la hora de enfrentar los proyectos en la vida profesional.«

2. ¿En crees que te va ayudar en tu desarrollo profesional?

« Este master ha sido muy útil en mi desarrollo profesional ya que me encuentro realizando la implementación BIM y a través de las diferentes materias he logrado adquirir conocimientos y experiencias de los diferentes docentes para aplicar y aprender de los errores ya cometidos en otros lugares.«

3. ¿Por qué elegiste Structuralia?

» Luego de realizar un “estudio de mercado” de las diferentes opciones, que son muchas, observe que Structuralia ofrecía un programa académico muy completo, que no buscaba capacitar en software, sino entender la metodología y sus aplicaciones. Además, la posibilidad de contar con diferentes becas, me decidió en favor de Structuralia.«

¿Qué es una curva clotoide?

Una clotoide, también conocida como espiral de Cornu o espiral de Euler, es una curva geométrica cuya curvatura varía de manera lineal con respecto a su longitud. Es decir, a medida que avanzamos a lo largo de la curva, la curvatura cambia gradualmente, comenzando desde un valor inicial nulo (recta) hasta alcanzar una curvatura máxima, lo que la hace ideal para transiciones suaves entre rectas y curvas.

Matemáticamente, una clotoide se define a través de sus parámetros de longitud de arco s, curvatura k y el parámetro de la clotoide A, donde k=1Rk = \frac{1}{R}k=R1​ (siendo R el radio de curvatura en un punto dado). La relación entre el arco de la curva y la curvatura se expresa como:

k(s)=sA2k(s) = \frac{s}{A^2}k(s)=A2s​

Aquí, A es un parámetro de escala que define la «rigidez» de la curva, mientras que sss es la distancia a lo largo de la curva desde el origen. Esta propiedad de la clotoide permite una transición suave y controlada de una recta a una curva circular, lo que reduce los efectos negativos asociados con cambios bruscos en la curvatura.

Aplicación de la clotoide en la seguridad vial

En la seguridad vial, la clotoide juega un papel crucial en el diseño de carreteras, especialmente en la configuración de las curvas. Uno de los mayores desafíos al diseñar curvas en las carreteras es mitigar los efectos de la fuerza centrífuga que actúa sobre los vehículos cuando transitan a altas velocidades. Si la curva se diseña sin una transición adecuada, como una curva simple de radio constante, los conductores pueden experimentar un cambio repentino en la fuerza lateral, lo que puede llevar a la pérdida de control del vehículo.

Aquí es donde la clotoide se convierte en una herramienta esencial. Al implementar curvas clotoides en las transiciones entre rectas y curvas circulares, se logra una variación gradual en la fuerza centrífuga experimentada por los conductores. Esta transición suave reduce significativamente el riesgo de accidentes al proporcionar un cambio progresivo en la curvatura que los conductores pueden anticipar y manejar con mayor seguridad. La clotoide permite, por lo tanto, un diseño de carreteras más seguro y predecible, especialmente en autopistas y carreteras de alta velocidad.

Otras aplicaciones de las curvas clotoides

Aunque la clotoide es ampliamente reconocida en la ingeniería vial, su aplicación no se limita a este campo. Las curvas clotoides también se utilizan en el diseño de vías férreas, donde es fundamental garantizar transiciones suaves entre rectas y curvas para evitar esfuerzos excesivos en los rieles y proporcionar un viaje más cómodo para los pasajeros. Además, en el campo de la óptica, la clotoide se emplea en la fabricación de lentes y sistemas ópticos para controlar la propagación de la luz, aprovechando su capacidad de generar transiciones suaves en la dirección de los rayos de luz.

Otro uso interesante de la clotoide se encuentra en la arquitectura y el diseño urbano, donde las formas curvas y transiciones suaves son preferidas por razones estéticas y funcionales. La geometría de la clotoide se presta para la creación de espacios que no solo son visualmente atractivos, sino que también facilitan el movimiento de personas y vehículos de manera más natural y cómoda.

En conclusión, la clotoide demuestra cómo una solución geométrica relativamente sencilla puede tener un impacto significativo en la seguridad y funcionalidad de las infraestructuras viales y en otros campos de la ingeniería. Este ejemplo subraya la importancia de la formación continua y la especialización en temas que realmente marcan la diferencia en la sociedad. Como ingenieros y arquitectos, es crucial no dejar de lado la formación en áreas que pueden parecer simples, pero que ofrecen soluciones poderosas. Por ello, es recomendable explorar el catálogo de cursos y maestrías online que Structuralia ofrece en ingeniería e innovación, para seguir contribuyendo a la construcción de un futuro más seguro y eficiente.

En un mundo donde la infraestructura define el progreso, la ingeniería civil juega un papel clave en la transformación de nuestras ciudades y la conexión entre territorios. Sin embargo, a pesar de su impacto, el sector de la ingeniería y la construcción sigue enfrentando desafíos en materia de equidad de género. Aunque cada vez son más las mujeres que eligen carreras STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas), su representación en posiciones de liderazgo aún es un reto por superar.

En el marco del Día Internacional de la Mujer, Structuralia lanza la campaña #EllaEsSTEM, una iniciativa que busca dar visibilidad a mujeres que están marcando la diferencia en el sector. A través de entrevistas con exalumnas y docentes destacadas, queremos inspirar a nuevas generaciones y demostrar que el talento femenino es una pieza clave en la innovación y el desarrollo.

Hoy conocemos la historia de Aida Santos Santamaría, una referente en el mundo de la ingeniería civil y el diseño de túneles. Ingeniera de Caminos, Canales y Puertos por la Universidad Politécnica de Madrid, con un Máster BIM aplicado a Ingeniería Civil, Aida ha participado en el diseño de más de 20 túneles a nivel nacional e internacional. Actualmente, lidera el área de diseño de túneles en el departamento de Geotecnia de TYPSA, y en 2022 fue reconocida con el prestigioso premio “35 under 35”, que distingue a los mejores ingenieros civiles y arquitectos españoles menores de 35 años. Además, preside el grupo de jóvenes de la Asociación Española de Túneles y Obras Subterráneas (AETOS) y forma parte del comité de jóvenes de la Asociación Internacional de Túneles (ITA).

Su trayectoria es un testimonio de perseverancia, liderazgo y pasión por la ingeniería. En esta entrevista, Aida comparte su visión sobre el papel de la mujer en STEM, los desafíos que ha enfrentado en su carrera y su perspectiva sobre el futuro de la ingeniería.

Descubre cómo esta mujer STEM está redefiniendo el futuro de la ingeniería subterránea.

¿Cómo describirías tu camino hasta llegar al sector STEM?

«Mi trayectoria hacia el sector STEM ha sido una mezcla de pasión, dedicación y aprendizaje continuo. Durante mis estudios de Ingeniería de Caminos, tuve la oportunidad de realizar prácticas en una empresa especializada en el diseño de túneles, lo que despertó en mí un interés particular por este campo. Desde ese momento, supe que quería dedicarme al diseño de túneles y estructuras subterráneas.

A lo largo de mi carrera, he trabajado en proyectos desafiantes tanto a nivel nacional como internacional, en países tan diversos como Chile, Argentina, Canadá, Arabia Saudí y Australia, entre otros muchos. Colaborar con profesionales de diversas disciplinas ha enriquecido mi experiencia y me ha permitido crecer tanto personal como profesionalmente.»

¿Qué te motivó a elegir una carrera en Ingeniería Civil, Ingeniería de Caminos y BIM?

«Elegí la carrera de Ingeniería Civil porque, dentro de las carreras de ingeniería, es una de las que ofrece un abanico de opciones más amplio para luego orientar la carrera profesional. Además, me atraía la idea de construir infraestructuras que mejoren la calidad de vida de las personas.

El BIM apareció en mi vida durante mi carrera profesional. Cada vez más proyectos requerían la aplicación de esta metodología, por lo que decidí formarme en este campo. Hoy en día, casi todos los proyectos nos exigen usar BIM. La tecnología avanza rápidamente y es crucial mantenerse actualizado para no quedarse atrás.«

¿Cuáles han sido los principales desafíos que has encontrado en tu trayectoria profesional?

«El sector de los túneles, al igual que la geotecnia, se caracteriza por su dinamismo. Cada proyecto te obliga a reinventarte y diseñar nuevas soluciones porque no hay dos proyectos iguales, lo cual es un desafío, especialmente al cambiar de país. Enfrentarse a diferentes comportamientos del terreno, nuevas normativas y documentación de referencia, muchas veces en un idioma desconocido, añade complejidad.

Por suerte, siempre he contado con magníficos compañeros de los que aprender. Gracias a ellos, los desafíos a lo largo de mi carrera profesional me han permitido crecer y desarrollarme continuamente.

Uno de los proyectos más bonitos, pero también más complejos fue la Refuncionalización del túnel del Cristo Redentor. Este paso carretero bajo la cordillera de los Andes conecta Chile con Argentina, y el diseño de los túneles tuvo que enfrentar altas coberteras, zonas de fallas, terrenos expansivos y la complejidad de trabajar con normativas de dos países.»

¿Qué momentos han sido clave en tu carrera y te han impulsado a seguir adelante?

«Uno de los momentos clave en mi carrera fue mi primer trabajo en Geocontrol, donde estuve durante 7 años. Geocontrol es una empresa muy especializada en el sector de los túneles y tuve la oportunidad de trabajar en grandes proyectos a nivel internacional. Esta experiencia me permitió aprender mucho y desarrollar una base técnica muy sólida sobre la que ir asentando mi carrera

Igual de importante fue mi cambio a TYPSA hace un par de años, donde estoy complementando la base técnica que ya tenía con nuevas responsabilidades, especialmente en la gestión de proyectos y equipos.

Además, mi participación en asociaciones ha sido fundamental. Unirme a la Asociación Española de Túneles y Obras Subterráneas (AETOS) y formar parte de la creación del grupo de jóvenes me permitió conectar con otros profesionales del sector, divulgar a través de clases en la universidad y ponencias, asistir a congresos internacionales y ganar visibilidad en el sector. Desde hace un año, formo parte del comité de dirección joven de la Asociación Internacional de Túneles (ITA), lo que me ha brindado oportunidades adicionales para seguir desarrollándome y contribuir al sector.»

¿Qué tipo de apoyos crees que son fundamentales para que más mujeres se desarrollen en STEM?

«Creo que, independientemente del género, es fundamental contar con profesores que motiven a los estudiantes desde el colegio y hagan que sus asignaturas sean interesantes. Además, es crucial traer a profesionales del sector para que compartan con los alumnos, de manera inspiradora, lo que hacen en sus trabajos, ya que esto puede motivar a los estudiantes a decantarse por una profesión u otra.

Por último, una vez en el ámbito laboral, es imprescindible contar con mentores y compañeros con más experiencia que puedan enseñar y guiar en la trayectoria profesional.»

¿Cuáles son las oportunidades más interesantes que ves en el sector para el crecimiento profesional?

«El sector STEM, y en particular la ingeniería, ofrece una amplia gama de oportunidades para el crecimiento profesional. Una de las áreas más prometedoras es la adopción de nuevas tecnologías. La digitalización y el uso de herramientas avanzadas como el BIM, la inteligencia artificial y la automatización están revolucionando la manera en que se diseñan y gestionan los proyectos de ingeniería. Esto abre oportunidades para especializarse en estas tecnologías y liderar proyectos innovadores.

Además, la creciente demanda de infraestructuras más complejas, resilientes y sostenibles está creando una necesidad de ingenieros que puedan diseñar y construir proyectos que minimicen el impacto ambiental y mejoren la eficiencia energética. La sostenibilidad es un área en auge.

La globalización también ofrece oportunidades únicas. Trabajar en proyectos internacionales permite a los ingenieros adquirir experiencia en diferentes contextos y normativas, lo que enriquece su conocimiento y habilidades. Esta experiencia internacional es altamente valorada en las empresas.

Para todo esto, la formación continua es esencial en un campo que está en constante evolución, donde la innovación es clave para el éxito. Mantenerse actualizado y adquirir nuevas competencias permite a los ingenieros estar preparados y aprovechar al máximo las oportunidades emergentes.»

¿Cómo ha cambiado tu percepción del sector desde que comenzaste hasta hoy?

«Mi percepción del sector de la ingeniería ha evolucionado significativamente desde que comencé mi carrera. Al principio, veía estos campos principalmente como disciplinas técnicas centradas en la resolución de problemas específicos y en el desarrollo de infraestructuras y tecnologías. Sin embargo, con el tiempo, he llegado a apreciar la amplitud y el impacto que tienen en la sociedad. Además, el sector se ha vuelto más dinámico y abierto a nuevas ideas y tecnologías, que están transformando la manera en que trabajamos, permitiéndonos abordar infraestructuras cada vez más complejas.»

¿Qué mensaje te hubiera gustado escuchar cuando empezaste en STEM?

«El mejor consejo que puedo dar es que elijas algo que realmente te guste y te motive. Pasamos muchas horas trabajando, y es importante dedicar ese tiempo a algo que nos apasione. La satisfacción y el entusiasmo por lo que haces marcarán la diferencia en tu carrera y en tu vida.

Además, no hay que tener miedo de los desafíos y las dificultades. Cada obstáculo es una oportunidad para aprender y crecer. La ingeniería y las ciencias son campos en constante evolución, por lo que es fundamental formarse de manera continua y adaptarse a las nuevas tecnologías.»

¿Qué habilidades crees que han sido clave para tu desarrollo en este sector?

«Las habilidades técnicas son fundamentales, pero también lo son los idiomas y las “soft skills” como la comunicación, el trabajo en equipo y el liderazgo. La capacidad de adaptarse a nuevos desafíos, de innovar y de trabajar de manera colaborativa con profesionales de diversas disciplinas ha sido clave para mi desarrollo. Además, la perseverancia y la pasión por lo que hago me han ayudado a superar obstáculos y a seguir avanzando en mi carrera.»

¿Cómo imaginas el futuro de las mujeres en STEM?

«Creo que más que un futuro, ya es una realidad. Cada vez más mujeres estudian carreras de ingeniería y ciencias. Basta con mirar a la época de nuestros padres, cuando las mujeres matriculadas en ingeniería no representaban ni el 1% de los matriculados. Hoy en día, vemos que cada vez más mujeres ocupan puestos de liderazgo en todos los niveles. Esta visibilidad de mujeres exitosas en estos campos servirá de inspiración para las nuevas generaciones.«

Aida Santos Santamaría es un claro ejemplo de cómo el talento y la pasión pueden derribar barreras en el sector de la ingeniería. Su historia, al igual que la de muchas otras mujeres en STEM, nos recuerda la importancia de impulsar la equidad y visibilizar referentes que inspiren a las próximas generaciones.

En Structuralia, seguimos comprometidos con esta misión a través de la campaña #EllaEsSTEM, destacando a mujeres que están transformando el mundo con su conocimiento y liderazgo. Porque el futuro de la ingeniería, la tecnología y la innovación se construye con diversidad y con más mujeres liderando el camino

Si quieres seguir profundizando en temas de interes y actualidad en el sector de la ingeniería, te invitamos a leer nuestro artículo sobre el fenómeno de la licuefacción.

«A lo largo de mi carrera profesional he trabajado en diferentes ramas de la ingeniería civil, pero fundamentalmente en las obras hidráulicas y en las estructuras.

Mis comienzos fueron en las obras hidráulicas en una ingeniería a nivel nacional donde no sólo realizaba los cálculos hidráulicos, sino también el cálculo estructural de los diferentes elementos.

Posteriormente, tras la crisis de 2009, me llegó el turno de reinventarme. La falta de trabajo me llevó a “ponerme” como autónomo y trabajar por mi cuenta colaborando con entidades públicas, privadas, con grandes y pequeñas ingenierías y constructoras realizando proyectos, fundamentalmente de cálculo de estructuras.«

En tu trayectoria profesional, has trabajado en proyectos complejos como el Metro de Riad y la Torre Sevilla. ¿Cuáles consideras que han sido los mayores retos al gestionar el cálculo estructural en proyectos de esta magnitud?

«Si bien no he participado en proyectos tan singulares, he realizado proyectos de menor envergadura, pero no de menor dificultad. En el caso de las obras citadas, el amplio presupuesto permite la realización de infinitas soluciones sin importar demasiado el coste. En el caso de las obras que he realizado: aparcamientos subterráneos en varios niveles, puentes, naves diáfanas de grandes luces,….las soluciones a plantear se realizan aplicando las mismas teorías, cálculos y programas. En ambas situaciones es necesario plantear y estudiar el terreno, los servicio existentes, las infraestructuras actuales, los usos a los que va a estar destinado,… Siempre hay que estudiar la normativa del lugar donde se va a construir, especial atención con la normativa no española.

El problema adicional que hay que tener en cuenta en los proyectos inferiores, es generalmente el espacio reducido para la ejecución de la obra lo que lleva a un estudio detallado de las soluciones a proponer para la ejecución d e la obra y para la solución del problema. El otro problema es el presupuesto reducido.«

En los últimos años, hemos visto un auge en la utilización de tecnologías avanzadas como BIM (Building Information Modeling) y software de análisis estructural automatizado. ¿Cómo crees que estas herramientas están transformando el trabajo de los ingenieros estructurales? ¿Hay algún riesgo de que se pierda el rigor técnico al depender tanto de la automatización?

«La aplicación de la metodología BIM es un ayuda para el diseño y posterior ejecución de la obra, pero no supone una diferencia en cuanto al trabajo a realizar. Hasta ahora, de forma manual, se iba teniendo en cuenta las dimensiones de las diferentes canalizaciones y se dibujaba en autocad cada una de ellas, estudiando su trazado, cruces, perfiles,…. Esto se realizaba tanto en obra civil, como en piping. Con la llegada del BIM,  se realiza a través de programas ayudando a que se realice con mayor rapidez, pero el proceso es el mismo.

Sí se puede perder rigor técnico, en cuanto que empleamos plantillas que vamos insertado para configurar los diferentes materiales que componen las paredes, los pavimentes,… los suelos,… las canalizaciones. Trabajamos con “bloques” sin pensar, sin analizar la sección que vamos introduciendo.«

El cambio climático está obligando a los ingenieros a reconsiderar cómo diseñan las estructuras para soportar fenómenos meteorológicos cada vez más extremos. ¿Cómo se están adaptando las metodologías de cálculo estructural para enfrentar estos nuevos desafíos?

«Es un momento complejo. El cambio climático hace que todas las consideraciones realizadas hasta ahora referente a las acciones debidas a las acciones climáticas, se vea que no son suficientes, lo que nos obliga a replantearnos cómo calcular esas acciones y, por tanto, resulta necesario la actualización de la normativa.

Vivimos una época donde se están produciendo huracanes, ciclones, en zonas donde hasta no había, luego la normativa de esa zona no considera acciones de viento de semejante envergadura. Sin embargo, resulta necesario tenerlo en cuenta y por tanto hay que replantearse la normativa de viento de muchos lugares.

Ídem con las intensidades de lluvia para el dimensionamiento de las canalizaciones de saneamiento y lo caudales de avenida.

El cambio climático afecta e igual modo al estudio de la variación del nivel del mar y la ubicación de la línea de inundación para los ríos. Son aspectos muy importante no sólo por los daños materiales que se pueden generar en caso de inundaciones, sino también por las posibles perdida de  vidas humanas.«

A lo largo de tu carrera, has trabajado con equipos multidisciplinarios en varios proyectos internacionales. Desde tu perspectiva. ¿Cuáles son las claves para la integración efectiva entre los diferentes equipos de diseño, cálculo y construcción para garantizar el éxito de un proyecto?

«Cuando se trabaja en un proyecto multidisciplinar ya sea nacional o internacional, la base fundamental es la comunicación entre todas y cada uno de las personas que trabajan en el proyecto. Deben comunicarse y actualizarse constantemente toda la información, cambios, diseños, resultados,… para que cada uno lo incorpore a su parte de proyecto indicando y valorando positivamente la información y/o cambios – resultados, aportando nuevas ideas. Ayudando a mejorar así el proyecto y no haya incongruencias.«

La inteligencia artificial y el aprendizaje automático están empezando a jugar un papel en el análisis de estructuras. ¿Crees que estas tecnologías tienen el potencial de revolucionar la forma en que se diseñan y calculan las estructuras? ¿Hay alguna limitación ética o técnica que debamos considerar al implementar estas tecnologías?

«El empleo de la IA en el cálculo de estructuras no deja de ser la aplicación de modo autómata de los diferentes programas de cálculo. Nosotros incorporamos el aspecto crítico y analítico de los resultados, que es vital y es lo que hace que esos cálculos sean ingeniería civil.«

En tu experiencia como Directora del Máster en Análisis y Cálculo de Estructuras. ¿Cuáles son las habilidades más importantes que crees que los futuros ingenieros estructurales deben dominar para estar preparados para el mercado laboral actual?

«En un momento donde la IA se encuentra en muchos aspectos de nuestra vida, considero que la base fundamental para alcanzar logros profesionales y seguridad en el trabajo, es tener claros los conceptos básicos de la resistencia de materiales, lo que permitirá conocer las estructuras y su modo de trabajar.  De este modo, podremos analizar los resultados que se obtengan con los programas, analizarlos y mejorarlos, adaptándolos a la realizar para mejorar secciones, dimensiones, materiales.

Con los programas podremos disminuir los tiempos de cálculo y, estudiar grandes estructuras en poco tiempo. Pero sólo, si tenemos claros los conocimientos, podremos analizar los resultados.«

Finalmente, una pregunta sobre el futuro de la profesión. Con el ritmo acelerado de los avances tecnológicos y las nuevas demandas sociales. ¿Cómo imaginas que evolucionará el rol del ingeniero estructural en los próximos 10 a 20 años? ¿Qué cambios te gustaría ver en la industria?

«El cálculo de estructuras seguirá la misma metodología que se realiza ahora, con la salvedad de que la aparición y mejora de los programas, nos permite dibujar y modelas estructuras muy complejas (curvas, paraboloides) que con la tecnología actual no podemos analizar en pleno detalle (por ejemplo con elementos finitos), y se estudian realizando numerosas simplificaciones.«

El análisis y cálculo de estructuras continúa siendo un campo en constante evolución, impulsado por avances tecnológicos, desafíos ambientales y la necesidad de estructuras más eficientes y sostenibles. Como destacó Lourdes Fernández Cacho, el dominio de herramientas digitales, la capacidad de adaptarse a normativas cambiantes y una formación sólida son elementos clave para los profesionales que desean destacar en este ámbito.

La combinación de experiencia técnica, innovación y una visión integral de los proyectos estructurales es esencial para enfrentar con éxito los retos actuales y futuros. Así, iniciativas como el Máster en Análisis y Cálculo de Estructuras se posicionan como fundamentales para formar a líderes capaces de transformar el sector y responder a las necesidades de un mundo cada vez más exigente.

Publicado originalmente el 17 de enero del 2017, actualizado el 20 de noviembre de 2024.

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