La conveniencia, oportunidad y la extensión del uso de programas de computadora en los cursos de pregrado de  análisis estructural y en los de diseño estructural es un tema actual que origina opiniones tanto dispares como intensas.

La proliferación y ubicuidad de estos programas, unido a los avances en la tecnología de las computadoras y su  accesibilidad, contribuyen a la relevancia de este tema para los que de alguna u otra manera estamos involucrados en la  enseñanza de la ingeniería civil y mecánica.

El presente editorial pretende crear un foro de opinión sobre este tema y  presentar en forma breve la experiencia en el Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura del Recinto Universitario  de Mayagüez de la Universidad de Puerto Rico (UPR-M).


En varias ocasiones durante las reuniones del área de Estructuras de UPR-M, formada por diez profesores de tiempo  completo, se ha discutido el tema del uso de computadoras en nuestros cinco cursos de pregrado, los que son requisito  para todos los estudiantes de ingeniería civil.

Es necesario aclarar que estos cursos no incluyen los básicos comunes a  todas las ingenierías (Estática, Dinámica y Mecánica de Materiales).

Las opiniones que se presentaron fueron y son muy  dispares: van desde no usar ningún programa en los cursos  de análisis y diseño estructural, hasta el uso extenso de  programas en todos los cursos, comenzando desde los más elementales.

Aunque no necesariamente se dio entre mis  colegas, cuando se discute el tema, están los que opinan que simplemente los estudiantes deben saber todo, o sea  entender cabalmente los conceptos físicos, estar familiarizados con los métodos aproximados y las técnicas modernas  diseñadas para ser programadas, conocer sobre programación, y por supuesto, también usar programas comerciales para  resolver estructuras complicadas tridimensionales.

En mi humilde opinión, esta última es una posición cómoda e  irrealista. Simplemente, salvo algún nuevo Hardy Cross o Nathan Newmark que aparecen  de vez en cuando, no es  posible con el tiempo y los recursos limitados y en una universidad no de élite, que los estudiantes logren en un par de  años acumular toda esta experiencia y conocimiento.

Es necesario, por lo tanto, una  solución de compromiso. La  pregunta que surge inmediatamente es: ¿y qué vamos a “comprometer”?  O sea, ¿qué estamos dispuestos a “sacrificar”?  Es aquí donde la discusión se torna interesante.

Llegar a un acuerdo sobre el uso de programas en los cursos de diseño es todavía más problemático. La razón es que,  como se sabe, a diferencia del análisis, la respuesta no es única, y el diseñador debe tomar decisiones que usualmente no  está dispuesto a dejárselas a un programa, por más sofisticado que sea.  La discusión también puede extenderse a los  cursos de elementos finitos.

Si sólo se puede ofrecer un curso de este tema:

¿debemos enfocarnos más en la teoría, o en  el uso de programas comerciales, o ambas cosas con el riesgo de que los estudiantes aprendan muy poco de casi todo?  Para no perder el enfoque no se va a discutir el tema de elementos finitos clásico (o sea el análisis de sistemas continuos  2D y 3D) y vamos a limitarnos al análisis estructural (o sea estructuras aporticadas).

Creo que lo primero que debemos reconocer como educadores es que es imposible tapar el cielo con las manos. Es  un hecho innegable que la nueva generación de estudiantes ha crecido conociendo la Internet y los juegos electrónicos.

La educación tradicional, que es la que la mayoría de nosotros de una o más generaciones anteriores ha recibido, no es  atractiva para los estudiantes de las nuevas generaciones.

La actitud de que “la letra con sangre entra” o “si así lo aprendí  yo, ellos también pueden hacerlo” sólo van a conducir a frustrar ambos, los profesores y estudiantes, y vamos por lo  tanto a dejarla de lado como una opción válida.

La reorientación de los cursos hacia el uso de programas tiene asociado algunos cambios en los temas “teóricos” que  se cubren en los cursos. Por ejemplo, hace más de cinco años que en UPR-M hemos dejado de cubrir en los cursos de  análisis el método de distribución de momentos (también conocido como el método de Hardy Cross).

Esto fue objeto de  algunas críticas por quienes argumentaban que los estudiantes tienen que tener una herramienta para resolver  rápidamente “a mano” una estructura indeterminada.

No obstante, los cambios en la tecnología son tan rápidos que un  argumento válido hace un par de años puede no ser relevante hoy en día, en la era del “i-phones” y de la realidad virtual.  Nuestra experiencia con los estudiantes subgraduados en UPR-M es que prácticamente el 100% de ellos tienen una  computadora portátil (“laptop”).

Supongamos que existe algún acuerdo, al menos tenue, de que es deseable introducir programas de computadora en  los cursos de análisis y diseño. Para enfocar las discusiones, circunscribámonos a los cursos de análisis. Hay varios  grados y maneras de incentivar el uso de programas.

Están quienes piensan que se debería familiarizar a los estudiantes  desde los primeros cursos.  De esta manera, los estudiantes pueden verificar las soluciones de las estructuras analizadas a  mano.

En mi opinión esto tiene el inconveniente del “efecto fascinación”: los estudiantes quedan tan deslumbrados de lo  fácil y bonito que lucen, por ejemplo, los diagramas de momento en una viga, que pierden todo interés en aprender a  trazarlos. Puede ser difícil mantener el entusiasmo por el tema (muchas veces de por sí bajo) si el programa “lo hace  todo”, y con lujo de detalles.

Están los que piensan que sólo se deben presentar los programas a los estudiantes luego de haber concluido sus  cursos de análisis estructural. De esta manera, los estudiantes tienen conocimiento de los métodos en los que se basa el  programa y por lo tanto de sus limitaciones.

Este enfoque parece ser razonable; tal vez un inconveniente podría ser que  los estudiantes se sientan un poco defraudados, como si se les hubiera ocultado el “tesoro escondido” luego de haber  pasado por el arduo proceso de analizar estructuras con el sudor de la frente.

Una metodología intermedia (y es la que este servidor usa en sus clases) se basa en lo que en inglés se conoce como  “just-in-time engineering”.

Cuando se enseña el método de rigidez y se cubre un cierto elemento, por ejemplo cerchas  (armazones o reticulados o “trusses”), se usa un programa comercial y otro programa “hecho-en-clase” (por el profesor)  en Matlab para analizar estas estructuras.

Al final del curso los estudiantes deberían  estar familiarizados con los  fundamentos del método de rigidez y con el uso de un programa comercial que eventualmente podrían usar en la  práctica.

Otro tema para discusión es la conveniencia de que los estudiantes, en especial aquellos en programas graduados,  escriban sus propios programas para análisis de estructuras.

Aquellos que argumentan a favor, comentan que la mejor  manera de entender cabalmente un método de análisis, como el de rigidez matricial, es programarlo.

Además la amplia  difusión de programas en lenguaje de alto nivel (como por ejemplo, Matlab, Maple, Mathematica, Mathcad) facilita  mucho la programación, si se compara con lo que muchos de nosotros tuvimos que batallar con el viejo FORTRAN.

Aquellos que argumentan en contra de que se enseñe la programación de los métodos de análisis afirman que es  imposible y sin sentido tratar de competir con programas comerciales sofisticados y poderosos que llevaron años en  desarrollarlos y que tienen como respaldo a un ejército de ingenieros y programadores.

El argumento en contra continúa  sugiriendo que es más efectivo dedicar este tiempo y esfuerzo a entender mejor las capacidades de estos programas y a  considerar múltiples opciones (sistemas estructurales, geometrías, etc.).

Como ocurre con frecuencia que hay opiniones  divergentes, ambos bandos tienen algo de razón: es cuestión de a qué factor le asignamos más importancia.

En algo en que ambos, los propulsores y los escépticos del uso de programas de computadora, están de acuerdo es en  el famoso aforismo que en inglés se enuncia como “garbage-in, garbage-out”.

En otras palabras, si se le entra “basura”  al programa, lo que éste entrega también es “basura”. Creo que todos los que usamos programas de computadora para  análisis estructural en nuestros cursos para proyectos o tareas hemos experimentado el caso de estudiantes que entregan  resultados muy bien presentados, elegantes, en colores, pero ridículos.

Casi  todos los semestres tengo oportunidad de  observar estructuras cuyas juntas giran cientos o miles de radianes, y no están analizando ventiladores ni molinos de  viento. En todos los ámbitos académicos como profesionales abundan las anécdotas de este tipo. Muchas veces se usan  estas situaciones en forma un tanto alarmista y como un llamado para “volver a lo básico”.

Volviendo unas décadas atrás, la preocupación respecto al abuso de los modelos matemáticos y métodos analíticos   ya la había expresado uno de los pioneros de la ingeniería estructural, Hardy Cross, cuando en el año 1952 escribió (en  Engineers and the Ivory Tower, McGraw Hill) que: “There is sometimes cause to fear that the scientific technique, the  proud servant of the engineering arts, is trying to swallow its master” (Existe a veces el temor de que el método  científico, el sirviente orgulloso de las artes de la ingeniería, está tratando de tragarse a su maestro).

Y el profesor Cross  no se refería a las computadoras, sino a que los estudiantes (y profesionales) habían perdido la intuición y el  entendimiento del comportamiento estructural que existía  entre los diseñadores y maestros constructores antes del  desarrollo de los métodos analíticos.

El problema es ahora más complicado que en los tiempos de Cross, pero creo  independientemente de nuestra posición, compartimos un principio básico: el uso rutinario de programas de  computadora sólo debe estar a cargo de quienes tienen conocimiento de las implicaciones del modelo adoptado para una  estructura, de las suposiciones y simplificaciones que se hacen y por consiguiente las limitaciones de la teoría en los que  se basan los programas, y una idea aproximada de al menos del orden de magnitud de la respuesta esperada, entre otros  atributos.

Para facilitar el uso de programas comerciales para fines didácticos, sería de gran ayuda que programas de  computadora como por ejemplo SAP2000 entreguen resultados parciales.

Por ejemplo, sería útil que estos programas  tengan como opción entregar las matrices de rigidez, los modos de vibración en forma de tablas, entre otros. No obstante, la gran mayoría de los programas tienen la característica de lo que se conoce como “caja negra” (“black box”).

Hay algunas excepciones como el programa CAL preparado en la Universidad de California en Berkeley o el programa  ED-Elas2D del Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería, de Barcelona.

A este tipo de programa  muchas veces se los conoce como “caja de vidrio” (“glass box”) en el sentido de que nos permite ver lo que ocurre  dentro de él, en donde el usuario puede ver los distintos pasos que llevan a la solución del problema.

Quienes pueden y deben aportar de forma significativa a la discusión sobre el uso de programa de computadora en la  educación de pregrado son los ingenieros “practicantes”.

Dicho sea de paso, este adjetivo parece tener por implicación  que aquellos en las universidades viven en un capullo desconectados de la realidad y de la práctica, pero ese es un tema  para otro editorial. Definidamente, la opinión de las compañías privadas de diseño debe ser buscada y escuchada, como  así también la de las agencias del gobierno que tienen profesionales dedicados al análisis y diseño estructural.

Después  de todo, ellos son la razón de ser de las escuelas de ingeniería, o sea nuestros “clientes”. No obstante, es la opinión  personal de este servidor que las universidades deben ser los agentes de cambio, deben asumir el liderato en la  modernización de los temarios de los cursos.

Se supone que en nuestra función de docentes e investigadores estemos en  el frente de la ola, al tanto de los últimos adelantes técnicos. Puede ocurrir que quienes están dedicados a la práctica a  tiempo completo de la profesión, por las presiones de las fechas de entrega y la competencia, muchas veces no pueden  darse el lujo de estudiar y comparar nuevas metodologías y herramientas.

Este es el rol que deben jugar los docentes  investigadores, pero siempre tratando de seguir “con los pies en la tierra”.

Me gustaría poder conocer la experiencia de mis colegas docentes en distintas universidades y países, y también los  consejos de aquellos ingenieros consultores que están en la práctica diaria de la ingeniería estructural.

Entiendo que esta  situación también se presenta en otras áreas de la ingeniería civil por lo que también invito a estos colegas a sumarse al  debate. Estos párrafos no tienen más objetivo que traer el tema a la palestra pública.

De ninguna manera este servidor  conoce (y creo que hablo ahora también en nombre de mis colegas) la respuesta final a los interrogantes planteados. Lo  más probable es que no haya una respuesta “final” sino sólo una solución que sea un compromiso razonable por un  tiempo más o menos limitado.

Excelente articulo escrito por Luis E. Suárez, Catedrático, Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura, Universidad de Puerto Rico.