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Ingenieria civil

Obradores high tech

Nuevas tecnologías, tales como las herramientas digitales y la industrialización de procesos, apuntan a incrementar la productividad del sector

Conjunto de viviendas en Rio Verde (Goiás) construida por Tecverde con placas de madera premoldeadas

Tecverde

La construcción civil brasileña finalmente ha empezado a incorporar recursos tecnológicos digitales, una tendencia que ya se observa en otros sectores de la economía. Proyectos desarrollados de manera colaborativa en los ambientes virtuales, aplicaciones para teléfonos móviles y tablets que permiten que se gestionen el trabajo y los equipos, drones que ayudan en la inspección de las estructuras levantadas y sistemas de rastreo que monitorean el movimiento de los materiales, son todas herramientas que han comenzado a llegar a los obradores. Los especialistas en el ramo evalúan que el uso de las nuevas tecnologías y la industrialización de los procesos productivos modernizarán el sector, históricamente signado por la baja productividad.

Un estudio de la consultora estadounidense McKinsey confirmó que, globalmente, la productividad en la construcción ha crecido un 1% anual durante las últimas dos décadas, un índice muy por debajo del crecimiento del sector industrial en su conjunto, del 3,6% al año. La construcción es una de las actividades menos digitalizadas del mundo, uno de los motivos de su baja productividad. El estudio evalúa que el uso de la tecnología digital, la automatización de procesos, la capacitación de la mano de obra y la producción en masa en procesos industriales tienen el potencial de aumentar la productividad del sector.

Una tecnología prometedora, que se está utilizando a gran escala en los países desarrollados, aunque todavía es incipiente en Brasil, es el Building Information Modeling (BIM), un proceso de construcción digital apoyado por diferentes herramientas informáticas que organizan y dejan disponible la información de cada etapa de la construcción, permitiendo el trabajo colaborativo y simultáneo de diferentes profesionales. “Se trata de un modelo que genera eficiencia al reducir errores e imprevistos”, dice el ingeniero electrónico Eduardo Toledo Santos, profesor del Departamento de Ingeniería de Construcción Civil de la Escuela Politécnica de la USP (Politécnica-USP).

La adopción por parte de las empresas constructoras del proceso digital Building Information Modeling (BIM) puede aumentar el PIB del sector

Con el BIM, la edificación se detalla en el ordenador de forma tridimensional (3D). Se sabe exactamente dónde hay una viga, dónde están los conductos eléctricos, las tuberías, las puertas y las ventanas. El sistema permite que se simule virtualmente la construcción y que se monitoree el impacto de cada modificación realizada en el conjunto de la obra. “Se evita la necesidad de corregir las fallas del proyecto con el trabajo en curso, lo que siempre genera retrasos y desperdicios de material”, destaca Toledo. Además del módulo 3D, el BIM agrega extensiones menos divulgadas en el país, como el BIM 4D, que añade la dimensión del tiempo, con un cronograma de actividades y la secuencia ideal para cada etapa de ejecución, y el BIM 5D, que genera el cálculo de los materiales, lo que le permite preprogramar los costos y recalcularlos al producirse cambios.

Un estudio de la Agencia Brasileña de Desarrollo Industrial (ABDI) arribó a la conclusión de que la adopción del BIM puede reducir el gasto total del trabajo en alrededor del 10% y aumentar la productividad también cerca del 10%. La agencia estima que la adopción del proceso por parte del 50% de las empresas de construcción civil hasta el 2028, podría aumentar el PIB del sector en un 7%. Sin embargo, un sondeo realizado en el 2018 por la Fundación Getulio Vargas, involucrando a 700 constructoras que operan en el país, señaló que sólo el 9% usa BIM.

El estudio fundamentó la decisión tomada el año pasado por el gobierno federal brasileño de poner en marcha la estrategia nacional para la difusión del BIM, cuyo objetivo es la adopción progresiva del uso de este proceso digital, en particular en las obras públicas. La expectativa es que se reduzca la diferencia en la productividad entre la construcción civil brasileña y la verificada en Estados Unidos, China y la Unión Europea. En relación con estos países, la productividad brasileña es cuatro veces menor, según los cálculos de la ABDI. “Brasil está retrasado con relación a la adopción del BIM. No hay dudas de que este proceso favorece el aumento de la productividad”, afirma Toledo.

Para el ingeniero mecatrónico Fabiano Corrêa, docente del Departamento de Ingeniería de Construcción Civil de la Politécnica-USP, la baja eficiencia del sector con relación a los países desarrollados también se debe a la insuficiente calificación de la mano de obra, lo que dificulta la implantación más efectiva de las nuevas tecnologías digitales. “Existe un interés por parte de las empresas y del gobierno en esta situación. Las empresas de construcción reducen los costos inmediatos con salarios, y el retraso en la baja productividad es un problema que se le transfiere al consumidor. Es una cultura muy difícil de cambiar”, dice Corrêa.

MHA Engenharia – Proyecto de Instalaciones y Gestion de Obras Proyecto de edificación detallado tridimensionalmente con uso de metodología BIMMHA Engenharia – Proyecto de Instalaciones y Gestion de Obras

La teledetección
Otras tecnologías digitales también pueden apoyar el monitoreo de las estructuras construidas, reduciendo el riesgo de desastres, como la ruptura de diques y los transtornos en el tráfico, similares a los que fueron generados por las recientes interdicciones de viaductos en la Avenida Dutra y en la avenida de circunvalación del río Pinheiros, en São Paulo. La empresa paulista GeoOndas desarrolla una plataforma web, bajo el concepto de Internet de las Cosas (IoT), para monitorear en tiempo real la integridad de puentes, viaductos y otras estructuras, utilizando sensores inalámbricos capaces de detectar aceleraciones, deformaciones, vibraciones, temperatura y posicionamiento de las construcciones.

El proyecto, que cuenta con el apoyo de la FAPESP, innova al adoptar una red de transmisión de datos de largo alcance LoRa (long range) y una red de baja potencia LPWAN (Low Power Wide Area Network). Tradicionalmente, las transmisiones se realizan en los estándares Wi-Fi y ZigBee. “Los estándares tradicionales consumen mucha energía y la transmisión de datos es de corto alcance, lo cual encarece y dificulta el monitoreo continuo en grandes áreas”, explica el físico Edgar Rodolfo Randán Sanabria, socio director de GeoOndas.

Según Randán Sanabria, mientras el sistema ZigBee alcanza unos 70 metros (m) y el Wi-Fi 100 m, el alcance de una red LoRa es de, aproximadamente, 5 kilómetros (km) en zonas urbanas y 20 km en las rurales. Sin embargo, el rendimiento de los datos es menor que el de los tradicionales. “El monitoreo de las estructuras no exige un uso intenso de transmisión de datos. Pero nos falta definir la viabilidad del sistema LoRa LPWAN en cada tipo de estructura. Y monitorearlo.”, dice Randán Sanabria.

Andrade Gutiérrez Las empresas brasileñas de ingeniería ya utilizan etiquetas de código QR en las obras de construcciónAndrade Gutiérrez

Bruno Rondani, CEO de la 100 Open Startups, una plataforma de conexión entre startups y grandes empresas, afirma que existe un despertar en la construcción civil para las posibilidades generadas por la transformación digital de los negocios. Según él, esta tendencia comenzó en el 2015 con la creación de las primeras construtechs, startups especializadas en el sector. Hoy en día, la plataforma posee más de 200 empresas registradas.

La primera ola trajo aparejada el nacimiento de startups que crearon soluciones tecnológicas para las áreas de apoyo, tales como aplicaciones para el arrendamiento de equipos y visualización de modelos 3D en puntos de venta. Una segunda corriente ganó fuerza recientemente, con la búsqueda de soluciones tecnológicas dedicadas al proceso constructivo. “Se trata de una demanda creciente de las empresas, que aún no ha sido atendida adecuadamente”, dice Rondani. 100 Open Startups fomenta la creación de nuevas construtechs con un enfoque en los procesos productivos. Para tal, mantiene contacto con investigadores vinculados a universidades con proyectos en el sector. “Hay alrededor de 2.000 patentes con potencial de convertirse en negocios”, informa Rondani.

Las grandes empresas constructoras también invierten en mecanismos para buscar soluciones tecnológicas. Andrade Gutiérrez creó en 2018 el acelerador Vector AG con el fin de apoyar a las startups para que generen innovaciones capaces de reducir costos, tiempo y mano de obra. Además de asesorar y compartir recursos en el sistema de coworking, las startups utilizan los trabajos de obras para probar pilotos de sus proyectos.

Entre los seleccionados se encuentran Maply, que realiza el monitoreo digital de la obra mediante mapeos realizados por drones, y ConstruCode, que creó una aplicación para gestionar proyectos en las obras utilizando etiquetas de código QR (código de barras bidimensional). Tradicionalmente, cada actualización se imprimía en papel y se distribuía entre el equipo. La digitalización transformó el diseño en etiquetas inteligentes que pueden visualizarse en tablets y móviles. André Medina, director de innovación de Andrade Gutiérrez, explica que este sistema agiliza la distribución de la información y organiza el trabajo, evitando errores como la consulta de una versión obsoleta del proyecto. La aplicación también genera ahorros significativos de papel al dejarse de imprimir casi el 90% de los proyectos.

Andrade Gutiérrez Las empresas brasileñas de ingeniería ya utilizan drones en las obras de construcciónAndrade Gutiérrez

Industrialización
Otra iniciativa que apunta a fomentar construtechs es la Red de Construcción Digital, creada en 2018 por el proyecto EnRedes, liderada por la consultoría de São Paulo, Centro de Tecnología de Edificaciones (CTE), que cuenta con la adhesión de 32 empresas de la cadena productiva de la construcción, incluyendo Basf, Cyrela, Deca, MRV y Saint-Gobain. “Nuestro objetivo es conectar empresas y startups. Mostrarles los desafíos y las necesidades del sector a los emprendedores capaces de proponer soluciones”, dice el presidente del CTE, Roberto de Souza.

EnRedes se propone lanzar este año una Red de Construcción Industrializada. Souza argumenta que más del 95% de la construcción brasileña se hace en mampostería, el método de hacer paredes superponiendo ladrillo con ladrillo y uniéndolos con argamasa. “Es una técnica que no demanda mano de obra cualificada, lo que implica improvisación, baja calidad y residuos”, dice. “La industrialización racionaliza el proceso y genera una ganancia en escala”.

El profesor Fabiano Corrêa, de la Politécnica-USP, explica que la construcción industrializada utiliza estructuras a medida, que se llevan al sitio donde se ensamblará el edificio. Entre las ventajas de este método se encuentran la estandarización, un mayor control de calidad de los elementos producidos y rapidez, ya que se pueden realizar varias etapas en paralelo. También se ahorran insumos y se reducen las sobras, porque las estructuras se hacen a medida. Las cuestiones fiscales, la baja cualificación de la mano de obra y la escasa flexibilidad en términos de proyecto, son factores que explican el hecho de que ese método no sea usado con mayor frecuencia en el país.

La empresa paranaense Tecverde adopta un proceso constructivo industrializado basado en la madera procedente de bosques plantados, más ágil y amigable con el medio ambiente, donde el 70% de la ejecución de la obra se realiza en la fábrica. Las paredes, hechas con láminas de madera, embuten las instalaciones eléctricas e hidráulicas y tienen ventanas acopladas. Reciben ocho capas de recubrimientos con el objetivo de garantizar la durabilidad, el control térmico y acústico y una estética similar a la de albañilería. Según José Márcio Fernandes, socio director de la empresa, el sistema genera un 85% menos de residuos que un trabajo convencional y reduce el gasto en agua y energía en un 90%. “Una casa se puede entregar en dos días a un costo entre 10% y 20% menor que un inmueble hecho en mampostería”, dice.

CICS LivingLab – Proyecto de la oficina Aflalo Gasperini Arquitectos Modelo electrónico de la nueva sede del Centro de Innovación en la construcción Civil de la Escuela Politécnica de la USPCICS LivingLab – Proyecto de la oficina Aflalo Gasperini Arquitectos

Con esta tecnología, la constructora paranaense ha entregado más de 3.000 unidades de casas y edificios de hasta cuatro plantas y se prepara para un nuevo avance hacia la industria 4.0. Fabiano Corrêa coordina en Tecverde un proyecto centrado en la implementación de dos sensores asociados al paradigma IoT. Uno es el radio-frequency identification (RFID), que monitoriza cada etapa de los elementos producidos, determinando el tiempo del proceso. El otro sensor es un ultra wideband (UWB), que mapea paso a paso las actividades del equipo de trabajo. El proyecto, que recibe apoyo de la FAPESP, permitirá optimizar las rutinas de trabajo y logística.

Además de la baja productividad, otro problema de la construcción civil es el impacto ambiental. El ingeniero civil Vanderley Moacyr John, coordinador de la Unidad de Construcción Civil de la Empresa Brasileña de Investigación Industrial e Innovación (Embrapii) y de uno de los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología (INCT), de Tecnologías de Cemento Armado Ecoeficientes Avanzadas, recuerda que la construcción es responsable por el 50% de los recursos naturales extraídos anualmente por la humanidad y por el 8% del dióxido de carbono emitido en el mundo. “Es insostenible, necesitamos nuevos paradigmas constructivos”, señala.

John, que también es docente en el Departamento de Ingeniería de Construcción Civil de la Politécnica-USP, considera que la industrialización, al adoptar sistemas constructivos de placas de madera, acero u hormigón, reemplazando la mampostería convencional, avanza considerablemente en la reducción de insumos y genera menos residuos. Pero no es suficiente: es necesario ir más allá, logrando una mayor ecoeficiencia de los materiales utilizados.

Una de las prioridades del INCT consiste en desarrollar un hormigón que lleve menos cemento en su fórmula. Producido a una temperatura de 1.500 grados centígrados, el cemento tradicional exige energía y emite dióxido de carbono. La formulación propuesta sustituye parte del cemento por filler, una piedra caliza fina molida, que dispensa el tratamiento térmico. El hormigón se está desarrollando en InterCement, cementera del Grupo Camargo Corrêa. Las placas premoldeadas con el material se utilizarán en la nueva sede del Centro para la Innovación en la Construcción Civil (Cics) de la Politécnica-USP, que será un espacio para la demostración de innovaciones en materiales, procesos productivos y soluciones que aumenten la productividad y generen ecoeficiencia para la industria de la construcción.

La adopción de soluciones digitales es una tendencia mundial
Centros del exterior investigan el uso de robots, tecnologías portátiles e impresión 3D en la construcción

El uso de herramientas digitales en la construcción, así como el estímulo a la investigación de nuevas soluciones que aumenten la productividad del sector, ocurre en todo el mundo. En Suiza, el Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich desarrolló un robot móvil dotado de brazo mecánico, sensores y cámaras. Después de generar un mapa tridimensional del lugar de construcción, el robot, llamado In-situ fabricator, se ubica automáticamente y ejecuta tareas programadas, tales como levantar una pared de mampostería o una malla de acero para hacer una pared de hormigón.

En Estados Unidos, el Laboratorio de Diseño del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) creó el Proyecto de seguridad + +, que explora el uso de sensores y la Internet de las Cosas (IoT) para aumentar la seguridad de los trabajadores, por medio de soluciones wearables, tecnologías vestibles. La idea es que los uniformes que los trabajadores usan, les adviertan sobre la presencia de toxinas dañinas en el medio ambiente, mientras que los dispositivos en los zapatos le avisen al usuario si está cargando un peso excesivo.

Una de las principales expectativas de los especialistas apunta al uso de la manufactura aditiva (impresión en 3D) en la fabricación de paredes y estructuras. Además del NCCR de Zúrich, las universidades y centros de investigación de negocios de Estados Unidos, Alemania, China y Brasil se dedican a este desafío. En el país, el INCT Tecnologías Cementícias Ecoeficientes Avanzadas, desarrolla estudios para imprimir en 3D, moldes para hormigón en geometrías no convencionales. “Además de reducir el desperdicio de insumos, la manufactura aditiva agiliza el proceso productivo y posibilita la producción personalizada, con formatos y colores definidos por el cliente”, dice Vanderley Moacyr John, coordinador del INCT.

Proyectos
1. Plataforma web para el monitoreo en tiempo real de estructuras de ingeniería civil utilizando la red de sensores inalámbricos: Deformación, aceleración, rotación, temperatura, posicionamiento y vibraciones (rejillas de Bragg en fibra óptica) (n° 18/08715-2) Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresa (Pipe); Investigador responsable Carlos Leonardo Herrera Munoz (GeoOndas); Inversión 194.081,37 reales.
2. Plataforma de integración entre BIM e IoT: Construcción 4.0 (n° 17/03258-0); Modalidad Apoyo de Investigación – Regular; Investigador responsable Fabiano Rogério Corrêa (USP); Inversión 75.888,13 reales.
3. INCT 2014: Tecnologías ecoeficientes avanzadas en productos cementosos (n° 14/50948-3); Modalidad Ayuda a la Investigación – Temático; Investigador responsable Vanderley Moacyr John (USP); Inversión 2.024.814,07 de reales.

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