Didáctica de procesos e integración de la prevención en obras de construcción a través de una herramienta 3D

Introducción

El aprendizaje tradicional en los cursos de ingeniería se ha centrado tradicionalmente en metodologías de enseñanza-aprendizaje en las que el transmisor del conocimiento es el profesor, y el estudiante es únicamente el receptor de la información. Una estructura del curso basada en la metodología L/P/P (sesiones de Conferencias/sesiones de Problemas/actividades Prácticas) presenta varios inconvenientes en la adquisición de nuevas competencias profesionales que demanda el proceso de convergencia de Bolonia en Europa [1]. Muchas referencias en la literatura proponen metodologías alternativas y posibles implementaciones procedentes de asignaturas análogas de electrónica [2] para ingeniería civil [3]. La actitud pasiva de los estudiantes cuando participan en procesos de enseñanza-aprendizaje, especialmente en las sesiones teóricas, no contribuye a crear un ambiente de aprendizaje adecuado. Las estrategias basadas ​​en la utilización de medios informáticos, por ejemplo ordenadores, añaden posibilidades de interacción y crean un ambiente dinámico que hace posible unir y relacionar los conocimientos de base adquiridos con los nuevos conocimientos y competencias entrenados en los últimos cursos. Con la tecnología actual disponible, en muchos casos se imparten las materias de ingeniería con sistemas tradicionales, en vez de apartarlos a las nuevas generaciones de estudiantes [4]. Además, la colaboración entre estudiantes en este tipo de sesiones es posible y resultan más atractivas que las sesiones en que los estudiantes se mantienen pasivos escuchando al profesor y no existe interacción o colaboración entre éstos.

La estructura del modelo L/P/P suele ser común en los cursos de grado en ingeniería y máster en la UIB (Universidad de las Islas Baleares). La estructura a la que se refiere Ebner [3], tiene cuatro debilidades principales: no alejar al alumno de la pasividad, participación desigual en los grupos, problemas que son meras extensiones de los ejemplos de teoría y, por último, el peso excesivo de la evaluación final, centrándose todos los esfuerzos de los estudiantes en esta actividad y, por lo tanto, obstaculizar el trabajo regular a lo largo de todo el período del curso. En el contexto de Bolonia y teniendo en cuenta las necesidades formativas de los alumnos, no es suficiente un curso basado en la transmisión únicamente del conocimiento y el establecimiento de un examen final. Esta metodología no ofrece suficientes garantías de que los estudiantes adquieran las competencias entrenadas y sean capaces de aplicarlas en el futuro.

En este contexto nos centramos en una asignatura específica que deberá preparar a los alumnos para competencias particulares que deben ser debidamente practicadas. Se trata de los graduados en Edificación de la UIB y los del Máster Universitario en Salud Laboral. Los primeros tendrán atribuciones profesionales en matera de seguridad y salud para la redacción de ESS/EBS (Estudios de Seguridad y Salud/Estudios Básicos de seguridad) y para ejercer funciones de CSS (Coordinación de seguridad y salud), según lo indicado en la Directiva de Obras [5]. Los segundos desarrollaran sus actividades profesionales principalmente en el ámbito de los SP (Servicios de Prevención) ejerciendo las funciones de evaluación, planificación y control contempladas en el RSP (Reglamento de los Servicios de Prevención) [6].

Estas atribuciones profesionales requieren de un entrenamiento en las correspondientes competencias en los estudios desarrollados. No es suficiente un esquema de enseñanza L/P/P debido a las limitaciones comentadas. Es necesaria una interacción entre profesor y alumno para ponerle en situación y entrenarlo en la toma de decisiones en base a múltiples variables. Las soluciones son preventivas y el análisis es multifactorial.

La base del análisis preventivo para el técnico es el control y conocimiento del proceso productivo, en base al cual detectará los riesgos y propondrá las consecuentes medidas de eliminación o control. El proceso constructivo se entiende como la secuencia de actividades para realizar una determinada unidad o capítulo de obra. El análisis y comprensión de este proceso es vital para detectar y analizar los consecuentes riesgos que conlleva. Es necesario saber cómo se hace una cosa para proponer las medidas preventivas y de seguridad más adecuadas. Una simulación del proceso basada en proyectos activos tiene más probabilidad de alcanzar los objetivos formativos que las clases tradicionales. La formación y análisis de procesos en la industria de la construcción no ha aprovechado al máximo las nuevas tecnologías de simulación y modelado informático [7]. Los alumnos con escasa experiencia laboral tienen competencias limitadas para entender y analizar procesos. Los docentes intentan trasferir los conocimientos necesarios para que el alumno sea capaz de asimilar estos procesos y desarrollar las competencias específicas de análisis de riesgos. La experiencia nos demuestra que en muchos casos este análisis es parcial y el alumno no desarrolla completamente las competencias por falta de comprensión global del proceso. Los alumnos adquieren conocimientos de sistemas y normativa, pero les falta una visión conjunta del proceso y la viabilidad de los posibles sistemas aplicables.

La herramienta gráfica que se presenta pretende ser una ayuda didáctica para que el alumno adquiera un aprendizaje significativo sobre los procesos constructivos, la detección de riesgos y la capacidad de decisión sobre las oportunas medidas de control. En base al sistema L/P/P, pero incluyendo novedades, proponiendo escenarios de obra nuevos, con resultados no evidentes y aplicación de los conocimientos de manera atractiva. De este modo se persigue mejorar sus competencias para programar y organizar procesos constructivos atendiendo a la vez las necesidades preventivas. Se trata de mejorar la percepción desde una herramienta gráfica que provoque la participación y la interacción de los alumnos. En esta primera etapa se han desarrollado las fases de excavación, estructuras y albañilería de una edificación plurifamiliar de nueva planta.

El principal objetivo de la herramienta es la creación de ayuda gráfica para la docencia de prevención de riesgos en construcción mediante la representación tridimensional del proceso constructivo con “navegación” no lineal, menús alternativos y posibilidad de interacción con los alumnos. La aplicación realizada se enmarca en un proyecto de innovación docente de la UIB.

Los temas de prevención y de seguridad en los cursos de construcción son quizás unos de los más complejos de entender para los estudiantes, ya que por su falta de experiencia laboral no están implicados en los procesos de construcción y les resulta difícil visualizar los requerimientos y necesidades. Estos temas son introducidos y desarrollados en una asignatura de 9 créditos ECTS (European Credit Transfer System) en el tercer año del curso de Grado de Edificación y de 10 créditos ECTS de la Especialidad de Seguridad del Máster Universitario en Salud Laboral. El tema se ha diseñado partiendo de un esquema tradicional de L/P/P, pero incluye sesiones prácticas donde los alumnos deben incorporar e interactuar con propuestas y dar la opinión de soluciones que se discutirán en el aula entre iguales con la guía del profesor. Estas sesiones prácticas consisten en la elaboración de informes de seguridad que se deben incluir en la descripción del proyecto de construcción. Los estudiantes deben aplicar en los informes todos los conceptos teóricos transmitidos en las sesiones de clase, e incluyen referencias a las leyes españolas, teniendo en cuenta los procesos constructivos, los riesgos, el análisis y soluciones de protecciones colectivas e individuales más adecuadas.

No se trata de una herramienta para trabajadores, los cuales tienen que ver el riesgo desde el punto de vista de la persona expuesta al mismo, como es el caso del sistema VICE [7]. Este sistema, con un formato mucho más complejo, trata de reproducir un entorno virtual para el entrenamiento de los trabajadores. Aunque también puede tener funciones de análisis previo de variables para casos reales.

En este momento, nuestro el sistema funciona como una ayuda docente con la necesaria interacción con un profesor de forma presencial o virtual. En un futuro se pretende desarrollar la aplicación, para que los estudiantes puedan trabajar sin ser necesaria la interacción directa y en tiempo real con el profesor.

La herramienta se plantea los siguientes objetivos concretos:

1. Recrear situaciones comunes de desarrollo de las obras de edificación y que el estudiante pueda interactuar y tomar decisiones.
2. Poner en práctica los diferentes conocimientos adquiridos, potenciando la capacidad reflexiva, crítica y la ética de los estudiantes frente a situaciones profesionales reales.
3. Aplicar el trabajo colaborativo, iniciando al estudiante para la participación en equipos de trabajo en los que es necesario consensuar y repartir tareas.
4. Entrenar las competencias de análisis de situaciones de riesgo y la correcta elección de las protecciones colectivas e individuales necesarias.

Metodología

La aplicación se desarrolla sobre un software libre, el SketchUp v.8, y desarrolla las fases más importantes de una edificación tipo, a la que se añaden las combinaciones de protecciones más habituales. El edificio representado es un ejemplo que, aunque no es generalizable para todas las obras, intenta incluir los elementos, problemas e incompatibilidades más habituales en edificación. No intenta incluirlos todos, ni ser un modelo válido para cualquier obra. La combinación de escenas mediante la activación de capas de la leyenda permiten plantear un elevado número de combinaciones en relación a situaciones de obra para que los alumnos intervengan y apliquen los conocimientos teóricos adquiridos.

La herramienta tiene 69 escenas en las que el alumno debe, en primer lugar, ponerse en situación, entendiendo la fase constructiva y la secuencia de procesos. Estas 69 escenas del proceso de edificación se pueden seleccionar en un menú superior y de forma no lineal, a criterio del docente. Las 69 escenas se clasifican en: 3 escenas de implantación de obra, 2 escenas de excavaciones, 10 escenas de cimentación, 52 escenas de estructuras, 1 escena de cubiertas y 1 escena de albañilería. Una segunda leyenda, con 166 opciones de protecciones y elementos (operarios y cualquier parte de la escena) para activar y desactivar, nos permite seleccionar la combinación de protecciones deseada para cada escena, dando lugar a combinaciones múltiples. Las combinaciones de soluciones, proponen soluciones correctas e incorrectas, o que tienen diferente nivel preventivo. La utilidad de la aplicación consiste en recrear las situaciones requeridas, para provocar la reacción del alumno. Con ello se evita una de las principales limitaciones que tienen los medios tradicionales (dibujos, vídeos, fotografías, etc.), imposibles de modificar para adaptarlos a la necesidad docente del momento y crear la situación requerida. Tenemos la representación 3D con los medios requeridos para que sea interpretada por el alumno.

Finalmente las utilidades del programa de representación en 3D permiten la rotación, cambio de ángulo de visión y ampliación del modelo, para tener múltiples puntos de vista y poder valorar las soluciones y los riesgos derivados de la ejecución de cada unidad. Podemos situar al alumno como un espectador de la escena (desde el exterior) o en el interior de la misma (sobre el tajo). Todo ello como base para resolver el caso concreto que se plantea: identificar los riesgos potenciales y proponer o valorar los elementos de seguridad y de prevención necesarios en cada fase del proceso. La solución de cada caso no es evidente y requiere de la aplicación de diferentes criterios por parte de los estudiantes. La herramienta posibilita proponer al alumno un alto número de escenas en función de los objetivos previstos por el profesor. Además, la herramienta cuenta con diferentes soluciones para cada escena, que se pueden activar o no, dando a los estudiantes la posibilidad de estar de acuerdo o en desacuerdo con cada una de ellas.

La Figura 1 muestra una de las primeras escenas de la edificación, correspondiente al movimiento de tierras. En ella se pueden ver, entre otros, los accesos, circulaciones, zonas de descarga, servicios para los trabajadores, acopios y maquinaria. No están activadas todas las posibilidades de la leyenda. En este caso está desactivada la protección de borde de la excavación para ser objeto de detección y discusión en el aula.

Figura 1. Escena de la herramienta didáctica. En la parte superior el menú de escenas.

En un segundo ejemplo, Figura 2, podemos ver la misma escena con una combinación diferente se elementos y protecciones, activados desde el menú secundario (a la derecha). En este caso se han desactivado varios elementos y se han activado otros para volver a someter la escena a la valoración por parte de los alumnos. Aquí cabe hacer un recurrido transversal de conocimientos adquiridos y comentar las fases que integran el proceso de excavación y la conveniencia de instalar las protecciones colectivas en un momento u otro del proceso, las ventajas y los inconvenientes derivados de ello.

Figura 2. Misma escena que la Figura 1, con diferentes partes activadas y diferente punto de vista.

En la Figura 3 se propone una fase de ejecución de obra, hormigonado de pilares de planta piso, en la que se ha activado una capa del menú secundario correspondiente a un SPPB (Sistema Provisional de Protección de Borde). Dicha protección está deliberadamente anclada al forjado. La escena está creada para abrir el debate y la reflexión sobre el proceso constructivo y pensar que, aunque en el momento concreto de la escena cabe la posibilidad de dar por buena la solución, si analizamos la secuencia la protección, ésta es incompleta o tiene problemas en diferentes etapas. Los alumnos deben discutir en pequeños grupos y después proponer al conjunto del grupo, los motivos por los que aceptan o rechazan la solución y las alternativas que proponen.

En la Figura 4 se ha activado una protección alternativa al SPPB. Se trata de la red tipo V (redes sobre horcas). En este caso el sistema ofrece ciertas ventajas, pero también inconvenientes y limitaciones respecto a la solución anterior. Nuevamente se trata de una propuesta alternativa que debe ser objeto de análisis y debate. Primero analizar el proceso, después las ventajas e inconvenientes del sistema y, por último, la decisión de su adecuación a la obra y al tajo o en su caso el rechazo.

Figura 3. Escena correspondiente a la ejecución de la estructura. Hormigonado de pilares de planta piso.

Figura 4. Misma escena que la Figura 3, con diferentes soluciones y diferente punto de vista.

Figura 5. Encofrado de la segunda planta.

Figura 6. Encofrado de la segunda planta, con soluciones alternativas a la figura 5.

En las Figuras 5 y 6 podemos ver soluciones alternativas durante el encofrado de una planta. En el primer caso, se trata de una solución incompleta y el segundo caso plantea la instalación de unas redes tipo T que también presentan problemas en alguna parte de la edificación. Nuevamente se trata de promover la discusión entre alumnos y finalmente crear criterio para resolver problemas similares.

Figura 7. Ejecución de tabiques conejeros en cubierta.

Figura 8. Misma escena que la Figura 7, con propuesta de protección global.

Las Figuras 7 y 8 plantean las fases de ejecución de cubiertas. En el primer caso, sin ninguna solución preventiva y en el segundo con la solución que podemos considerar de mayor nivel. Entre ambas podríamos proponer lo que se muestra en la figura 9. Se trataría de una fase de edificación (cubiertas) en la que se utilizan protecciones de la fase anterior (estructuras). Se trata de provocar el rechazo de la solución entre los alumnos, analizando nuevamente el proceso y los inconvenientes de la propuesta. La red tipo V tiene importantes incompatibilidades con las fases representadas.

Figura 9. Propuesta de protecciones a la fase de la figura 7 para analizar y rechazar.

En paralelo a los temas centrales, las escenas platean otros problemas de coordinación e interacción que deben ser analizados. Por ejemplo en casi todas las figuras se muestran operarios que están afectados de diferente manera por los tajos principales de obra. Se intenta que el alumno también se plantee esta coincidencia de actividades, las correspondientes incompatibilidades y las medidas de control de las mimas.

Resultados

La herramienta visual se ha diseñado e introducido para ayudar a los estudiantes a visualizar con detalle todas las fases del proceso de construcción, tratando de proponer, al mismo tiempo, una actividad de motivación en relación con la prevención en temas de construcción. El impacto de la herramienta visual se ha medido mediante un cuestionario. En este, los estudiantes que han utilizado la nueva herramienta diseñada, declaran su impresión acerca de su impacto en su proceso de aprendizaje. La Figura 10 muestra las siete preguntas utilizadas para recoger la información sobre el impacto de esta nueva herramienta.

Figura 10. Cuestionario de impacto.

Es importante tener en cuenta que las preguntas Q1 a Q4 se evalúan 4-0 , cuando la marca 4 denota "muy de acuerdo" y 0 denota "totalmente en desacuerdo" . En cambio, las preguntas a Q5 Q7 pide que seleccione la puntuación de 0 a 10 .

La Figura 11 muestra la representación gráfica de las estadísticas de respuestas en términos de media, percentiles, valor mínimo y valor máximo.

Figura 11. Estadísticas de las contestaciones de los estudiantes.

Otra metodología para valorar los resultados ha consistido en el seguimiento de las calificaciones de la asignatura. En la figura 12 se muestra en un gráfico de barras los porcentajes de alumnos que han superado la asignatura con las diferentes calificaciones.

Figura 12. Comparativo calificaciones. Año 2012 se inicia la utilización aplicación.

Discusión de los resultados

Los resultados del cuestionario destacan la importancia positiva de la herramienta visual y la buena consideración por los estudiantes (ver estadísticas de preguntas Q3 y Q6 en la Figura 11). Otra reflexión se debe hacer en referencia a su percepción de superar el proceso de evaluación del tema, y cómo la herramienta visual está mejorando la capacidad del estudiante para la construcción de nuevos conocimientos. Después de todo, los valores altos indican la creciente importancia de las herramientas visuales para ayudar a los procesos de aprendizaje de los estudiantes.

Es notable el incremento de la tasa de aprobados si comparamos los años 12-13 y 13-14 con los anteriores (ver Figura 12). También es destacable la evolución desde el año de implantación del Grado (Bolonia 11-12) en comparación con la media de los antiguos estudios de primer ciclo. Muchos son los factores que pueden influir en la evolución de las estadísticas de las calificaciones. A partir del 2011-12 la mencionada implantación de Bolonia, implica un mayor grado de trabajo autónomo del alumno y guiado en clase. Este cambio es uno de los factores que determina la evolución. Por otra parte, es significativa la disminución de suspensos en el curso 2012-13 en el que se implanta la aplicación, aunque de manera experimental. La mejora se mantiene el 2013-14, curso en el que se utiliza de manera más acusada.

Figura 13.Evolución número de alumnos.

Otro factor que puede influir en los porcentajes de las calificaciones, es el número de alumnos matriculados. Si observamos la Figura 13 podemos ver la importancia cuantitativa entre la media de los estudios de primer ciclo, 80 alumnos y la media de grado, en 55.

La mejora en las calificaciones producto de la utilización de la herramienta 3D se enmarca dentro de un proceso de mejora general promovido por el cambio de sistema de impartición y actividades llevadas a cabo por la adaptación de los estudios

Nuevos retos de futuro

La próxima fase a implementar en la herramienta se basará en el diseño de una extensión que permita incorporar, a las diferentes escenas, las medidas preventivas para cualquier fase constructiva.

En primer lugar se diseñaran las escenas del proceso constructivo, teniendo presentes las tipologías edificatorias más habituales, y posteriormente los alumnos podrán ir incorporando las medidas preventivas e interactuar con las mismas y la fase constructiva en la que se esté trabajando.

La extensión estará diseñada de tal forma que permita catalogar las diferentes medidas preventivas y poderlas incorporar en cualquier momento en la escena en la que se trabaje.

Teniendo en cuenta todo lo anterior, consideramos que una vez diseñada la extensión e implementada ésta en la aplicación base, los alumnos dispondrán de una herramienta clave, que les permitirá interactuar con la escena constructiva y las posibles medidas preventivas, tanto de forma autónoma, como de forma grupal. Con la visualización en tres dimensiones del escenario y de las medidas preventivas y la posibilidad de interactuar con ellos el alumno tendrá la posibilidad de adquirir las competencias, previstas en el plan de estudios, de una forma más autónoma, amigable y motivadora.

Conclusiones

Podemos concluir que la integración de la herramienta descrita en el proceso de enseñanza-aprendizaje proporciona al alumno un valor añadido en la adquisición de conocimientos y de las competencias previstas en la titulación, pudiéndose destacar:

La mejora de la percepción de los posibles riesgos en el proceso constructivo, permitiendo al alumno integrar, en dicho proceso, las medidas preventivas, además de poder interactuar con diferentes soluciones y así poder elegir la más idónea.

Al tratarse de una aplicación que proporciona una visión tridimensional, permite al alumno una visión realista del proceso constructivo, pudiéndose obtener una visión desde cualquier punto del espacio. Además se consigue poder realizar un recorrido virtual por toda la escena con el grado de detalle que sea preciso.

Analizados los resultados de las diferentes evaluaciones y del cuestionario de opinión, se puede afirmar que la herramienta mejora el proceso de enseñanza-aprendizaje por ser más intuitivo y amigable, permitiendo al alumno ser el protagonista de todo el proceso y así ser capaz de tomar decisiones de forma autónoma. Al tratarse de un proceso completamente gráfico resulta más motivador para los alumnos ya que les permite interactuar con las diferentes propuestas preventivas.

Finalmente, se puede afirmar que se produce una adecuada integración de los preceptos que propugna el EEES (Espacio Europeo de Educación Superior), ya que se puede evaluar, en cualquier momento, el proceso de aprendizaje y además permite una retroalimentación en cada una de las fases. Todo ello redunda en una mejora en la adquisición de las correspondientes competencias.

Por otra parte, pensamos que es una contribución importante para la formación de futuros técnicos que tendrán presencia en el sector de la construcción. Dicha presencia comportará que en muchas ocasiones tengan que tomar decisiones de carácter preventivo. Esperamos que estén en mejores condiciones para tomar estas decisiones.

Agradecimientos

Una versión preliminar de este artículo se presentó en el IV Congreso de Profesores de prevención y seguridad, Palma 2013.

Agradecimiento al congreso ORPconference 2014 por la aceptación de este trabajo.

Referencias Bibliográficas

• 1. Bergan, S., Rauhvargers, A. (2006); Recognition in the Bologna process: Policy development and the road to good practice. Council of Europe higher Education, 4.
• 2. Magdalena, R., Serrano, A., MatínGuerrero J.D., Rosado, A., Martinez, M. A. (2008); Teaching Laboratory in Analog Electronics: Changes to Address the Bologna Requirements, IEEE Transactions on Education, vol. 51, 4,. pp. 456460
• 3. Ebner, M., Holzinger, A. (2007); Successful implementation of usercentered game based learning in higher education: An example from civil engineering, Computer & Education, 49, pp. 873 – 890.
• 4. Autin, M., Biey, M., Hasler, M. (1992); Order of Discrete Time Nonlinear Systems Determined from InputOutput Signals, Proc. IEEE Int. Symp. Circ. Syst., San Diego, pp. 296299.
• 5. Directiva 92/57/CEE del Consejo, de 24 de junio de 1992; Disposiciones mínimas de seguridad y de salud que deben aplicarse en las obras de construcción temporales o móviles
• 6. Real Decreto 39/1997, de 17 de enero, por el que se aprueba el Reglamento de los Servicios de Prevención. BOE nº 27 31011997
• 7. Goedert, J., Cho, Y.,Subramaniam, M., Guo, H., Xiao, L. (2011); A framework for Virtual Interactive Construction Education (VICE),  Automation in Construction, Vol 20(1), pp.7687