Diseñar es humano

1. La ingeniería es una actividad humana propensa al error

La ingeniería es una actividad humana y, por tanto, está sujeta a errores.

La falibilidad humana. A diferencia del mundo exacto de las matemáticas, la ingeniería es una actividad humana, lo que la hace inherentemente susceptible a equivocaciones. Estos errores pueden ir desde molestias menores hasta desastres catastróficos, lo que subraya la necesidad crucial de vigilancia y aprendizaje continuo en esta disciplina. El Código de Hammurabi, con sus severas penas para construcciones defectuosas, refleja el reconocimiento ancestral de este elemento humano en la ingeniería.

Ejemplos de errores. La historia está llena de ejemplos de fallos en ingeniería, como el colapso de las pasarelas del Hyatt Regency en Kansas City, el derrumbe del puente Tacoma Narrows y el accidente de Three Mile Island. Estos sucesos son recordatorios contundentes de las posibles consecuencias del error humano en el diseño, construcción y operación. Por ejemplo, las pasarelas del Hyatt Regency colapsaron debido a un cambio en el diseño que duplicó la carga en una conexión crítica, un error que pasó desapercibido hasta la tragedia.

Progreso a través del aprendizaje. A pesar del riesgo de error, la ingeniería ha avanzado notablemente con el tiempo. La escasez de fallos estructurales en países tecnológicamente avanzados demuestra la eficacia de las prácticas modernas. Sin embargo, la búsqueda de una seguridad absoluta puede chocar con consideraciones económicas y prácticas, lo que exige un equilibrio entre riesgo y progreso.

2. El fracaso es inherente al crecimiento y la innovación

El éxito puede ser grandioso, pero la decepción a menudo nos enseña más.

Aceptar el fracaso. La historia de la ingeniería es tanto una historia de fracasos como de triunfos. Los fracasos, aunque desalentadores, ofrecen lecciones invaluables que impulsan la innovación y mejoran los diseños futuros. El Código de Hammurabi, aunque promovía construcciones sólidas, no pudo fomentar la evolución de la vivienda, y mucho menos la de rascacielos o puentes, pues ¿qué constructor encontraría incentivo en el código para edificar una casa mejor pero no probada?

Aprendiendo con las canciones infantiles. Desde la infancia, se nos introduce al concepto de fallo estructural a través de canciones y cuentos. “El puente de Londres se está cayendo” y “Humpty Dumpty tuvo una gran caída” reconocen las limitaciones de las construcciones humanas y la inevitabilidad del fracaso. Estas historias nos preparan para un mundo donde las cosas se rompen y nos enseñan a reconstruir y aprender de esas experiencias.

Los tres cerditos. El cuento de los Tres Cerditos ilustra cómo subestimar la resistencia necesaria en una estructura puede conducir al desastre. Cada cerdito hace una estimación distinta sobre la fortaleza que debe tener su casa y llega a conclusiones diferentes sobre cuánto puede sacrificar en función de los materiales disponibles y el tiempo de construcción. Solo la prueba de la furia total del lobo demuestra que el tercer cerdito tenía razón.

3. Aprender de los errores: la esencia de la ingeniería

Entender qué es la ingeniería y qué hacen los ingenieros es comprender cómo ocurren los fracasos y cómo estos pueden contribuir más que los éxitos al avance tecnológico.

El valor del fracaso. Comprender cómo ocurren los fracasos es fundamental para entender la ingeniería. Al estudiar errores pasados, los ingenieros pueden identificar debilidades en el diseño, los materiales y las técnicas constructivas, lo que conduce a estructuras más seguras y confiables. La rareza de los fallos estructurales demuestra que la ingeniería, incluso en sus manifestaciones más audaces, no tiende a asumir riesgos indebidos.

Experimento con clips. Un experimento sencillo con clips de papel ilustra el concepto de fatiga y la distribución estadística del fallo. Al doblar repetidamente los clips hasta que se rompen, los estudiantes aprenden que el fallo no siempre es predecible y que las variaciones en la resistencia del material y su uso afectan el resultado. Este experimento de bajo costo ayuda a reconocer la fatiga y que el fallo por fatiga no es un evento precisamente predecible.

Speak & Spell. La fatiga de los botones plásticos en el juguete Speak & Spell de un niño ofrece un ejemplo cercano de fallo mecánico. Las teclas que fallaban con mayor frecuencia correspondían a las letras más usadas, demostrando el impacto del estrés repetido en la integridad del material. Este ejemplo resalta la importancia de anticipar posibles puntos de fallo en el diseño, incluso en productos aparentemente simples.

4. La ingeniería como hipótesis: diseño y prueba

El diseño ingenieril comparte ciertas características con la formulación de teorías científicas, pero en lugar de hipotetizar sobre el comportamiento de un universo dado, ya sea de átomos, abejas o planetas, los ingenieros hipotetizan sobre conjuntos de concreto y acero que disponen para crear un mundo propio.

El diseño como teoría. Cada diseño ingenieril puede verse como una hipótesis sobre el comportamiento de una estructura bajo condiciones específicas. El éxito o fracaso del diseño sirve para probar esta hipótesis, proporcionando retroalimentación valiosa para proyectos futuros. Una estructura segura será aquella cuyo eslabón más débil nunca sea sobrecargado por la mayor fuerza a la que se somete.

Probar la hipótesis. Una hipótesis científica se prueba comparando sus conclusiones con la realidad tal como es. Sin embargo, por muchos ejemplos de acuerdo que se recojan, no prueban la verdad absoluta de la hipótesis, pues siempre se puede argumentar que no se ha probado en el caso único donde podría fallar. Por otro lado, un solo caso de desacuerdo entre hipótesis y realidad basta para invalidarla.

La viga en voladizo de Galileo. El análisis de Galileo sobre la viga en voladizo ilustra la importancia de un análisis cuantitativo preciso. Aunque identificó correctamente la relación entre la resistencia y la profundidad de la viga, su análisis no fue completamente exacto, evidenciando el potencial de errores en el razonamiento. Tales errores pueden tener consecuencias significativas en el diseño, subrayando la necesidad de pruebas rigurosas y verificación.

5. El éxito en ingeniería es prever y evitar el fracaso

Todos los éxitos de la ingeniería, desde las pirámides hasta los rascacielos más altos imaginables, pueden imaginarse comenzando con el deseo de lograr algo sin fallar...

Anticipar el fracaso. El objetivo principal de la ingeniería es crear estructuras que funcionen de manera confiable y segura. Esto requiere anticipar posibles modos de fallo y diseñar para prevenirlos. Las primeras estructuras ingenieriles pudieron haberse diseñado por prueba y error, y se puede argumentar que las pirámides egipcias se construyeron con ese método.

Construcción de pirámides. La evolución del diseño de las pirámides en Egipto demuestra un proceso iterativo de aprendizaje a partir de fracasos. Las primeras pirámides, como la Pirámide Acodada en Dahshur, muestran evidencias de cambios en el diseño para corregir inestabilidades estructurales. Los constructores posteriores aprendieron de estos errores, edificando más alto pero con ángulos más conservadores.

Construcción de catedrales. Las catedrales medievales también evolucionaron mediante experimentación y prueba y error. La incorporación de contrafuertes y pináculos fue a menudo respuesta a grietas e inestabilidad en la mampostería. Estos ejemplos resaltan la importancia del monitoreo continuo y la adaptación en el diseño ingenieril.

6. El diseño es un viaje: del concepto a la realidad

Diseñar un puente o cualquier otra estructura grande no es muy distinto a planear un viaje o unas vacaciones.

El proceso de diseño. Diseñar un puente o cualquier estructura grande es un proceso complejo que implica numerosas decisiones y compensaciones. Como planear unas vacaciones, el objetivo final puede estar claro, pero los medios para lograrlo pueden variar mucho. Se puede decir que el objeto de una ciencia es construir teorías sobre el comportamiento de aquello que estudia.

Diseño de puentes. La evolución del diseño de puentes, desde la madera al hierro y luego al acero, refleja la constante búsqueda de estructuras más fuertes y eficientes. El desarrollo y expansión de los ferrocarriles en el siglo XIX requirió puentes, y la madera fue el material de muchos de los primeros puentes ferroviarios. Era un material familiar y generalmente disponible cerca del sitio de construcción.

Factores en equilibrio. El proceso de diseño implica equilibrar consideraciones funcionales, estéticas y económicas. Los ingenieros deben considerar el uso previsto, la apariencia visual y el costo de materiales y construcción. La elección de materiales, la forma estructural y las técnicas constructivas contribuyen al éxito global del diseño.

7. El diseño como revisión: la búsqueda iterativa de la perfección

Es este aspecto de la analogía el que más ayuda a entender cómo los escritores y los ingenieros aprenden más de los errores de sus predecesores y contemporáneos que de todos los éxitos del mundo.

El proceso iterativo. El diseño ingenieril, como la escritura, es un proceso iterativo que implica revisiones y refinamientos sucesivos. El diseño inicial rara vez es perfecto y debe ser revisado, analizado y modificado para corregir debilidades y mejorar el desempeño. Se puede decir que el objeto de una ciencia es construir teorías sobre el comportamiento de aquello que estudia.

Aprender de los errores. Así como los escritores aprenden de sus borradores descartados, los ingenieros aprenden de los fracasos de diseños anteriores. Al estudiar errores pasados, pueden identificar trampas comunes y desarrollar estrategias para evitarlas en futuros proyectos. La característica fundamental de todas las hipótesis ingenieriles es que afirman, implícita o explícitamente, que una estructura diseñada no fallará si se usa según lo previsto.

Los puentes de Maillart. Los puentes de Robert Maillart ejemplifican la naturaleza iterativa del diseño. Maillart aprendió de las grietas en sus primeros diseños y en los de otros, como François Hennebique, para crear estructuras de concreto innovadoras y elegantes. Su práctica de autocrítica y revisión no distaba mucho de la del escritor.

8. Accidentes a la espera de ocurrir: la importancia de los detalles

La tragedia de Kansas City fue noticia de primera plana porque representó la mayor pérdida de vidas por el colapso de un edificio en la historia de Estados Unidos.

El colapso del Hyatt Regency. El derrumbe de las pasarelas en el hotel Hyatt Regency de Kansas City es un ejemplo trágico de cómo cambios aparentemente menores en el diseño pueden tener consecuencias catastróficas. Una modificación en el sistema de suspensión, destinada a simplificar la construcción, duplicó la carga en una conexión crítica, provocando la falla estructural. La tragedia fue portada porque representó la mayor pérdida de vidas por colapso en la historia estadounidense.

El colapso del puente Mianus. El colapso de una sección del puente Mianus en Connecticut destaca la importancia del mantenimiento e inspección adecuados. La corrosión de un eslabón crítico, combinada con el diseño sesgado del puente, llevó a su falla súbita. El puente Mianus era un “tramo colgado con conexiones de pasador”, complicado por cruzar el río en ángulo, lo que generaba un sesgo en sus apoyos.

El colapso del puente Silver. El derrumbe del puente Point Pleasant (conocido como Silver Bridge) sobre el río Ohio subraya los peligros de la corrosión y fatiga no detectadas. La falla de un solo eslabón en la cadena de suspensión provocó un colapso progresivo con gran pérdida de vidas. La calzada del Silver Bridge, apodado así por ser el primer puente pintado con pintura de aluminio, estaba suspendida no por cables redondos como en la mayoría de puentes modernos, sino por dos cadenas gigantes formadas por eslabones de cincuenta pies, llamados “eyebars”.

9. Seguridad en números: el papel de los factores de seguridad

La Ley de Murphy, que sostiene que todo lo que puede salir mal, saldrá mal, no es una ley de la naturaleza sino una broma.

El factor de seguridad. El factor de seguridad es un concepto crucial en el diseño ingenieril, que proporciona un margen de error para contemplar incertidumbres en materiales, cargas y construcción. Se calcula dividiendo la carga que provoca la falla por la carga máxima esperada sobre la estructura.

Equilibrar seguridad y economía. Aunque un alto factor de seguridad puede aumentar la confiabilidad, también puede elevar costos y reducir eficiencia. Los ingenieros deben equilibrar la necesidad de seguridad con consideraciones económicas y prácticas. Todos los puentes y edificios podrían construirse diez veces más fuertes, pero a un costo enorme, ya sea financiado con impuestos o inversión privada.

Aprender de la experiencia. El factor de seguridad adecuado para una estructura suele determinarse por experiencia y juicio. Tras un fallo estructural, los ingenieros suelen aumentar el factor de seguridad en diseños similares. Por el contrario, cuando las estructuras funcionan confiablemente con el tiempo, tienden a reducirlo.

10. Cuando las grietas se convierten en avances: el valor del análisis de fallos

Porque el hombre es falible, también lo son sus construcciones.

La inevitabilidad de las grietas. Las grietas son comunes en las estructuras y su presencia no indica necesariamente un fallo inminente. Sin embargo, entender sus causas y comportamiento es esencial para evitar colapsos catastróficos. La Campana de la Libertad, cuya grieta es uno de los fallos ingenieriles más famosos de nuestra historia, simboliza algo más que independencia política.

Fallo por fatiga. La fatiga, el debilitamiento progresivo de un material por estrés repetido, es una causa principal de fallos estructurales. Los ingenieros deben diseñar para resistir la fatiga e implementar programas de inspección para detectar y monitorear el crecimiento de grietas. Los juguetes infantiles son especialmente propensos a fallos por fatiga, no solo porque los niños los usan muchas horas, sino porque generalmente no están sobrediseñados.

Ensayos no destructivos. Técnicas como ultrasonidos y rayos X permiten detectar grietas y defectos sin dañar la estructura. Sin embargo, tienen limitaciones y los ingenieros deben conocer su sensibilidad y precisión. Los efectos de esos defectos a lo largo de la vida útil pueden calcularse en el diseño, y los ingenieros pueden alertar a propietarios y operadores para vigilar grietas crecientes y evitar que los cálculos sean erróneos.

11. De bastidores de autobús y hojas de cuchillo: los límites del diseño

Tanto como es humano cometer errores, también lo es querer evitarlos.

El autobús Grumman Flxible. La historia del autobús Grumman Flxible ilustra los retos de equilibrar múltiples requisitos de diseño. La búsqueda de eficiencia de combustible, accesibilidad y confort llevó a un bastidor ligero propenso a agrietarse. Los autobuses que no terminaban su servicio maratónico en las rutas de la ciudad eran conocidos como Grumman Flxibles, por su fabricante, una división de la empresa aeronáutica Grumman.

Los cuchillos agrietados. Los cuchillos de acero inoxidable agrietados ofrecen un ejemplo cercano de fallo material. Las grietas, ubicadas en la base de la hoja, generaron dudas sobre la seguridad y motivaron una investigación sobre su origen y posible crecimiento. La fragilidad natural de las cosas tiende a olvidarse, pues hemos aprendido a ser indulgentes con el mundo hecho por el hombre.

Factores en equilibrio. El proceso de diseño a menudo implica compensaciones entre rendimiento, costo y seguridad. Los ingenieros deben tomar decisiones difíciles para equilibrar estos factores, reconociendo que ningún diseño puede ser perfecto. La fragilidad natural de las cosas se olvida porque hemos aprendido a tratar con cuidado el mundo artificial.

12. Conocedores del caos: equilibrando orden y desorden

A. Un orden violento es desorden; y
B. Un gran desorden es un orden. Estas
Dos cosas son una...

Las causas del fallo. Las causas de los fallos estructurales suelen ser complejas y multifacéticas. Aunque existen diversas listas y clasificaciones, ningún marco único puede capturar completamente la variedad de factores que contribuyen a los accidentes. La pregunta, entonces, no debe ser solo por qué ocurren accidentes estructurales, sino también por qué no ocurren más.

El elemento humano. El error humano, ya sea en diseño, construcción u operación, es un factor importante en muchos fallos estructurales. Sin embargo, es importante reconocer que ingenieros y otros profesionales a menudo trabajan bajo condiciones difíciles y con limitaciones de conocimiento, recursos y tiempo. La pregunta, entonces, no debe ser solo por qué ocurren accidentes estructurales, sino también por qué no ocurren más.

El papel de la información. La difusión oportuna de información sobre fallos estructurales es esencial para prevenir futuros accidentes. Al compartir las lecciones aprendidas de errores pasados, los ingenieros pueden mejorar sus diseños y prácticas constructivas. La pregunta, entonces, no debe ser solo por qué ocurren accidentes estructurales, sino también por qué no ocurren más.