sábado, 25 de abril de 2020

El Proceso de Investigación en Ingeniería Civil

A.    Introducción y Antecedentes:

De acuerdo a diversos estudios, el Perú es uno de los países con menor producción científica y profesional en el mundo iberoamericano. De acuerdo al grupo SIR-SCIMAGO Rankings[1], la investigación científica de calidad producida en el Perú lo coloca en el penúltimo lugar de Iberoamérica. Adicionalmente, podemos inducir que la correlación de las tesis producidas por las escuelas de posgrado y universidades no han logrado mejorar los niveles económicos, sociales y ambientales de su entorno.
Es conocido también que las universidades de mayor producción científica son aquellas que tienen un mayor manejo de recursos destinados a la investigación y a desarrollar lazos con las cadenas productivas de la industria para la investigación aplicada.
El planteamiento de la investigación debe cubrir diferentes aspectos que estarán orientados a justificar la necesidad del proyecto y a la factibilidad de realizarlo. Se pueden seguir algunas definiciones y requerimientos generales:
-          La Pregunta: En las investigaciones relacionadas a la Ingeniería, debe proponerse resolver un problema, algún disfuncionamiento o alguna oportunidad de mejora. Para que el problema se convierta en el hilo conductor de la investigación, se recomienda que se plantee de forma interrogativa (¿?) lo que permitirá volver a la pregunta a lo largo del desarrollo de la investigación para cuestionar al equipo y saber si las acciones que se realizan están respondiendo a la pregunta original.
-          El Interés: El tema abordado debe generar interés en la academia, la comunidad de ingenieros y la sociedad en general. Una forma de medir el nivel de interés es sondear el número de interesados, a mayor número de interesados (que el problema concierna a un mayor número de personas y entidades), el interés del proyecto de investigación será mayor. Se advierte que este aspecto no pretende elevar el nivel de complejidad que debe estar en concordancia con los recursos invertidos.
-          La Especialidad: Si se trata de una tesis, ésta debe ir en concordancia con los estudios realizados. En un proyecto de investigación convencional se definen los alcances y la especialidad, que estará limitada por las capacidades de los investigadores y alineada con los objetivos planteados en la tesis.
-          La Disponibilidad de Información: El proyecto debe contener información primaria (tomada directamente por el investigador, se recomienda en la mayor proporción), información secundaria (tomada de fuentes verificadas) e información terciaria (de diferentes fuentes, probablemente en otros contextos) que sirve para limitar los alcances de la investigación.
Fig.  1 Fitraciones en un barraje, ¿cómo se produce el proceso de erosión?

B.    Fases de la elaboración de la Investigación:

1.     Fase de Preparación y Planeamiento:

Es conocido que la producción de un proyecto de tesis requiere de la inversión de muchas HH de los profesionales interesados, que requieren de mucha reflexión, toma de datos y análisis. Si se parte del supuesto de que realizar una tesis puede requerir entre 800 y 1200 HH, se requiere distribuir convenientemente estos recursos para que se logre arribar al objetivo. Bajo esa hipótesis, dedicar 10 HH semanales disciplinadamente (equivalentes a 2 HH diarias) a la elaboración de la tesis producirá resultados razonables en plazos entre 1 año y medio y 2 años. Esto justifica iniciar las reflexiones de la tesis desde los primeros meses de iniciada la Maestría.
Si convertimos el reto de elaborar una tesis en un producto de investigación profesional, requerimos planear cuidadosamente cada una de las fases para optimizar la utilización preciosa de los recursos. En los siguientes capítulos planteamos el ciclo completo de elaboración de una tesis, y los ajustes necesarios.

2.     Fase inicial, Matriz de Consistencia:

Al iniciar la tesis se debe enfocar principalmente la especialidad que se desea desarrollar. Las líneas de investigación de una tesis deben estar orientadas a resolver preocupaciones de la comunidad, deben intentar resolver problemas institucionales o abordar tendencias contemporáneas, ambas actuaciones redundan en las líneas de investigación a seguir por una universidad o una escuela de estudios superiores.
En la fase inicial se deben abordar los siguientes aspectos:
-          Problema a resolver[2]: Es el hilo conductor de la tesis. Parte de la identificación de la necesidad u oportunidad que se trata de entender, para resolverlo o adaptarlo (u otros) según cada caso, y describe las relaciones entre fenómenos que pudieran explicar luego potenciales causas y efectos o simplemente correlaciones, si las hubiere. Describe la disfuncionalidad o el escenario posible de mejora o de innovación. El problema es la especificidad de las líneas de investigación planteadas precedentemente, debe ser el corolario de la situación problemática y estar orientada a solucionar o mejorar una condición compleja; se plantea en forma de pregunta.
De forma general, puede responder los siguientes aspectos:
o   Preguntas de corte científico:
§  ¿Qué es..?
§  ¿Cuál es la naturaleza del fenómeno?
o   Preguntas vinculados a problemas de ingeniería:
§  ¿Cómo mejorar…?
§  ¿Cómo optimizar …?

Ejemplos:
o   ¿Cómo disminuir las condiciones de accidentabilidad en determinada red de carreteras?
o   ¿Cómo sistematizar la gestión de la comunicación en la ejecución de obras en PYMEs?
o   ¿Cuál es el mecanismo de falla de la cimentación de un puente “x” (x: tipología)”?

-          Objetivos: Planteado el problema, el objetivo está orientado a resolverlo y se muestra como los resultados esperados de la investigación. Describe la acción principal a realizar en el desarrollo de tesis, así como los alcances del proyecto. Debe mantenerse en todo momento el enfoque del investigador considerando sus restricciones de acción; un error muy frecuente es plantear objetivos para resolver el problema considerando que se pueden invertir recursos ilimitados. Puede haber un objetivo principal y varios específicos. Para cada problema relevante habrá uno o más objetivos. Se refiere a los logros de la investigación, no se refiere a los efectos de la aplicación futura de la investigación. Debe estar al alcance de lo que pueda realizar el investigador. Normalmente se expresa a través de verbos, como:
o   De naturaleza científica:
§  Comprender…
§  Modelar….
§  Representar…
o   Relacionado a la ingeniería:
§  Proponer un modelo/sistema
§  Plantear alternativas…
§  Implementar …

Ejemplos:
o   Establecer un modelo de evaluación de riesgos en carreteras delimitados por su paso en zonas urbanas.
o   Proponer una metodología para la gestión de comunicaciones entre los actores de un proyecto de construcción de una PYME en etapa de ejecución.
o   Modelar los mecanismos de falla profunda en cimentaciones de puentes “x” bajo condiciones de avenida centenaria.

-          Hipótesis: Es el grupo de pre-definiciones o juicios a priori que orientarán el trabajo de investigación en base a la problemática desarrollada, debe partir de los principales aspectos que se buscan en la investigación. Por ejemplo, si hay algún evento típico, condición imperante, tendencias del entorno, etc. que están provocando los fenómenos observados o los efectos no deseados. Estos supuestos deben ser abordados a lo largo del planeamiento y desarrollo de la investigación. Se debe intentar demostrarlos, y evidentemente, pueden sufrir transformaciones a lo largo del proyecto. Ejemplos:
o   "El mantenimiento periódico enfocado con frecuencia bimestral en la protección superficial y el bacheo, y de forma mensual para la limpieza de drenajes reduce los requerimientos de mantenimiento, las otras actividades de mantenimiento pueden plantearse según requerimiento y como mínimo semestralmente”.
o   “La organización requerida para la supervisión de mantenimiento de caminos de bajo tránsito debe contemplar inspección de campo y de laboratorios de forma simultánea, para disminuir la tasa de no conformidades en el proceso de recepción del servicio de mantenimiento”.
o   "La evaluación periódica de la infraestructura determina factores condicionantes para evaluar el riesgo de accidentes en la Red Vial Nacional, lo que permitirá modelar los principales factores que impactan en la seguridad vial".
o   “Las plataformas de comunicación de accesibilidad simultánea permiten reducir los tiempos de comunicación y las no conformidades por información documental.”
o   “La infraestructura turística tiene deficiencias de conexión entre los circuitos complementarios de actividades para grupos de turistas, lo que no permite diversificar la oferta de recorridos y ampliar los tiempos de estadía.”

3.     Fase de observación:

Esta fase tiene como finalidad establecer una visión panorámica de la situación. Se pueden distinguir las siguientes acciones:
-          Escenarios: Las observaciones pueden ser realizadas en campo, en laboratorio o en gabinete. Se favorece si se tiene acceso a una base de datos.
-          Análisis Histórico: Análisis comparativos con problemas similares localmente o en otras regiones o países. Revisión de documentación y testimonios previos.
-          Métodos de observación: Es necesario tomar distancia del estudio para abordar correctamente los aspectos más importantes del problema. Es importante discriminar datos, o agruparlos para mejor comprensión. La observación visual del fenómeno o algunas herramientas estadísticas pueden ayudar (análisis de Pareto, histogramas, líneas de tendencia).
-          Asignación de variables: En función de la observación precedente, se pueden lanzar hipótesis de variables que se ajustan mejor al comportamiento. Se pueden utilizar métodos estocásticos o determinísticos.

Fig.  2 Evaluación de variables para una maniobra de izaje. Panel de control.

4.     Fase de toma de datos:

Esta fase representa la acción directa, la visita a campo, las filmaciones, la recopilación de elementos de investigación (fichas técnicas, encuestas, fotografías). Podemos distinguir las siguientes acciones:
-          Métodos de medición y muestreo: En función de la asignación de variables, se debe elegir los métodos de medición y muestreo que representen mejor los hechos observables. Se puede utilizar un muestreo y medición segmentados, para probar las hipótesis iniciales, y si se puede profundizar la investigación, se deberá realizar un muestreo y medición contínuos[3].

Fig.  3 Medición de parámetros de un sistema de bombeo

Es importante llevar trazabilidad de los registros, así como la descripción del entorno y otros elementos que se consideran invariables.

5.     Fase de análisis:

En función de los registros, se procede al procesamiento siguiendo los modelos matemáticos o estadísticos determinados precedentemente. Es necesario mantener el hilo conductor de las hipótesis, que inclusive pueden reajustarse en función de la observación o de la toma de datos.
-          Segmentación: La segmentación puede ayudar a agrupar comportamientos típicos de las variables y puede mejorar los coeficientes de correlación entre los modelos y la realidad.
-          Proyección de variables: Los modelos también pueden permitir proyecciones de las variables de mayor peso y en la simulación de nuevos escenarios.
-          Ajustes: La fase final del análisis corresponde al ajuste, que se aconseja se realice con una visión externa y experta. Esto permitirá una visión objetiva de la situación.

6.     Fase final:

Es importante correlacionar las investigaciones con la Ingeniería Civil y las ciencias básicas que están relacionadas con la investigación. Se debe precisar y recomendar:
-          Las aplicaciones relacionadas con la Ingeniería Civil.
-          Los potenciales de mejora de la tesis.
-          Las pistas a seguir para profundizar la investigación, o para abrir otros nuevos campos de investigación.

7.     Reinicio del ciclo, ajustes y Sustentación:

Las investigaciones de tesis son cíclicas, no cesan, sólo se puede cerrar una etapa cuando se suponga que el ciclo actual tenga un grado de madurez suficiente para demostrar las hipótesis. Se recomienda trabajar dos o tres ciclos siguiendo el esquema expuesto antes de sustentarlo ante un Jurado. De esa manera se puede tener certeza de la madurez que ha adquirido la memoria, y que los aportes al Estado del Arte puedan ser significativos.
El primer ciclo del planteamiento suele ser el más difícil de generar, pero el punto de inflexión se origina justo al finalizar el primer período. Los ciclos de ajuste posteriores generan confianza, mayor conocimiento del tema y seguridad en la sustentación.


Fig.  4 Ciclo de una investigación



[1] La República. Perú va a la cola de la investigación universitaria en Latinoamérica. 10 junio del 2012.
[2] T. Vargas Saavedra. Esquema para la presentación de una propuesta de Investigación. UNI IIFIC 2012.
[3] Teófilo Vargas Saavedra. Ídem.

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