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Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Civil
Optimización del material y proceso constructivo de la estructura de
protección contra oleaje (rompeolas) para la Terminal de Contenedores de
Moín
Trabajo de Graduación
Que para obtener el grado de licenciatura
Presenta:
Esteban Wesson Vizcaíno
Director de Proyecto de Graduación:
Ing. Robert Anglin Fonseca, MSc.
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
Costa Rica Febrero, 2015
Ing. Robert Anglrn Fonseca, Msc.
Director de Comité
Ing. Henry Altaro Chavarna Msc.
Asesor de Comité
Ing. Georges Govaere V1canoh Dr.
Asesor de Comité
Esteban Wesson Vtzcaíno
Estudiante
Fecha: 2015, febrero, 26
El suscrito, Esteban Wesson Vizcaíno, cédula 1-1378-00804, estudiante de la carrera de
Licenciatura en Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica, con número de carné
A77149, manifiesta que es autor del Proyecto Final de Graduación Optimización del
material y proceso constructivo de la estructura de protección contra oleaje
(rompeolas) para la Terminal de Contenedores de Moín, bajo la dirección del
Ingeniero Robert Anglin Fonsca, MSc., quien en consecuencia tiene derechos compartidos
sobre los resultados de esta investigación.
Asimismo, hago traspaso de los derechos de utilización del presente trabajo a la Universidad
de Costa Rica, para fines académicos: docencia, investigación, acción social y divulgación.
Nota: De acuerdo con la Ley de Derechos de Autor y Derechos Conexos N° 6683,
Articulo 7 (versión actualizada el 02 de julio de 2001); "no podrá suprimirse el nombre del
autor en las publicaciones o reproducdones, ni hacer en ellas interpolaciones, sin una
conveniente distinción entre el texto original y las modificaciones o adiciones editoriales".
Además, el autor conserva el derecho moral sobre la obra, Articulo 13 de esta ley, por lo que
es obligatorio citar la fuente de origen cuando se utilice la información contenida en esta
hora.
Dedicatoria
Dedico este trabajo a mi familia que tanto me ha ayudado desde pequeño.
Agradecimientos
Agradezco a toda mi familia por su ayuda durante toda mi carrera ya que sin ellos no
hubiera logrado alcanzar una de mis más grandes metas.
Al comité asesor que brindo toda su colaboración durante el proceso de mi trabajo de
graduación.
Contenido
Índice de Figuras ...................................................................................................................................... 8
Índice de Cuadros ..................................................................................................................................... 9
RESUMEN ............................................................................................................................................... 10
Introducción ........................................................................................................................................... 11
1.1 Justificación ............................................................................................................................ 12
Problema especifico ....................................................................................................... 12
Importancia .............................................................................................................. ...... 14
1.1.1
1.1.2
1.2 Objetivo .................................................................................................................................. 15
1.2.1
1.2.2
1.3
1.3.1
1.3.2
Objetivo general ............................................................................................................. 15
Objetivos específicos ...................................................................................................... 15
Delimitación del problema ..................................................................................................... 15
Alcance ........................................................................................................................... 15
Limitaciones .................................................................................................................... 16
1.4
1.4.1
Metodología ........................................................................................................................... 17
1.4.2
1.4.3
1.4.4
1.4.5
1.4.6
Etapa 1 ............................................................................................................................ 17
Etapa 2 ............................................................................................................................ 19
Etapa 3 ............................................................................................................................ 19
Etapa 4 ............................................................................................................................ 20
Etapa 5 ............................................................................................................................ 20
Etapa 6 ............................................................................................................................ 20
Marco Teórico ........................................................................................................................................ 21
2.1 Sistemas Expertos .................................................................................................................. 22
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.2
2.2.1
2.2.2
Descripción ..................................................................................................................... 22
Adquisición del Conocimiento ........................................................................................ 25
Incertidumbre ................................................................................................................. 25
Validación del Sistema ................................................................................................... 26
Metodología Delphi ................................................................................................................ 26
Proceso Delphi ................................................................................................................ 27
Selección de los Expertos ............................................................................................... 28
6
2.2.3 Requerimientos de Tiempo y Desventajas ..................................................................... 28
2.3 Sistemas de Protección Contra Oleaje ................................................................................... 29
2.3.1 Roca ................................................................................................................................ 30
2.3.2 Cubos .............................................................................................................................. 31
2.3.3 Dolos ......................................................................... ...................................................... 32
2.3.4 Accropodes"' .................................................................................................................. 33
2.3.5 X bloc· .............................................................................................................................. 33
2.3.6 Tablaestaca ..................................................................................................................... 34
Desarrollo del Sistema Experto .............................................................................................................. 36
3.1 Introducción ........................................................................................................................... 37
3.2 Adquisición de conocimiento ................................................................................................. 40
3.2.1 Formulario ...................................................................................................................... 40
3.2.2 Características de los sistemas ....................................................................................... 41
3.3 Procesamiento de conocimiento ........................................................................................... 45
3.3.1 Valores del proyecto ...................................................................................................... 45
3.3.2 Matriz de valoración ....................................................................................................... 46
3.4 Resultados .............................................................................................................................. 49
Validación ............................................................................................................................................... 52
4.1 Análisis de resultados ............................................................................................................. 53
4.2 Comparación .......................................................................................................................... 56
Conclusiones y Recomendaciones ......................................................................................................... 60
5.1 Conclusiones ........................................................................................................................... 61
5.2 Recomendaciones .................................................................................................................. 62
Bibliografía ............................................................................................................................................. 64
7
, Indice de Figuras
Figura 1. Terminal de contenedores de Moín y extensión del rompeolas de RECOPE .......................... 13
Figura 2. Diagrama de metodología ....................................................................................................... 18
Figura 3. Sección transversal típica de sistema flexible ......................................................................... 30
Figura 4. Colocación de roca con grúa ................................................................................................... 31
Figura S. Cubos siendo colocados en Barcelona .................................................................................... 32
Figura 6. Elemento de coraza Dolo ........................................................................................................ 32
Figura 7. Accropode ............................................................................................................................... 33
Figura 8. Dimensiones X bloc • ................................................................................................................. 34
Figura 9. Vista en planta de tablaestaca circu lar ................................................................................... 35
Figura 10. Rompeolas de Marina Pez Vela ............................................................................................. 40
Figura 11. Recorte de cuestionario para la metodología Delphi. ........................................................... 42
Figura 12. Valorización de Costo Inicial... ............................................................................................... 45
Figura 13. Determinación de la relevancia del sistema de tablaestaca ................................................. 46
Figura 14. Extracto del formulario específico para el proyecto ............................................................. 47
Figura 15. Valorización de Resistencia Sísmica ...................................................................................... 47
8
, Indice de Cuadros
Cuadro 1: Criterios de selección ............................................................................................................. 38
Cuadro 2. Promedio de la calificación de los sistemas de protección ................................................... 43
Cuadro 3. Promedio de la calificación de los criterios ........................................................................... 44
Cuadro 4. Resultado de Metodología Oelphi para Resistencia sísmica ................................................. 48
Cuadro S. Primera multiplicación de valores ......................................................................................... 48
Cuadro 6. Segunda multiplicación para criterio de resistencia sísmica ................................................. 49
Cuadro 7. Matriz de valorización ........................................................................................................... SO
Cuadro 8. Calificación de sistemas de protección contra oleaje ........................................................... SO
Cuadro 9. Resultados considerando la roca de gran tamaño ................................................................ 51
Cuadro 10. Resultados del sistema experto ........................................................................................... 53
Cuadro 11. Resultados del diseño de la Terminal de Contenedores de Moín ....................................... 56
9
Wesson Vizcaíno, Esteban Arturo
Optimización del material y proceso constructivo de la estructura de protección contra oleaje
(rompeolas) para la Terminal de Contenedores de Moín
Proyecto de Graduación- Ingeniería Civil- San José. C.R.
E. Wesson V., 2015
ix, 55, [18]h; ils. col. 12 refs.
RESUMEN
Se desarrollo una herramienta que mediante la utilización de sistemas expertos y la
metodología Delphi logra emular el proceso de decisión que un experto con amplia
experiencia en el área de ingeniería costera seguiría para determinar el tipo de rompeolas
óptimo para un proyecto en específico. El sistema creado se aplicó utilizando de ejemplo la
Terminal de Contenedores de Moín (TCM) para luego hacer una validación que consistió en el
análisis de los resultados y una validación con los datos de la empresa encargada del diseño.
El sistema demostró su importancia para priorízar los diferentes posibles tipos de materiales
de acuerdo a la interacción de sus diferentes características con las encontradas en el sitio
específico de la obra, además alerta desde el principio posibles problemas que pueden surgir
durante el proceso de diseño o la construcción de la obra. Se logro determinar un material
que pudo haber resultado óptimo para la TCM. Esta herramienta no solo beneficia a futuras
estructuras que se pueden construir en el país pero también a posibles ampliaciones o
reparaciones de las existentes.
ESTRUCTURAS DE PROTECCION CONTRA OLEAJE; SISTEMA EXPERTO, METODOLOGIA
DELPHI
Ing. Robert Anglin Fonseca M .Se.
Escuela de Ingeniería Civil
10
Capítulo 1
Introducción
11
En este capítulo se describe de manera general el contenido del trabajo de
investigación, inicia con una descripción de cómo y porque se realizó y un pequeño resumen
de lo realizado.
1.1 Justificación
1.1.1 Problema especifico
La gran mayoría de las construcciones marítimas están expuestas a las condiciones
naturales del mar, siendo el oleaje una de las principales amenazas. Es el deber de los
ingenieros civiles velar por la protección de los usuarios, embarcaciones estructuras, lo que
implica que los recursos y el esfuerzo que se utilizan para cumplir esta meta son bastante
altos.
Actualmente existen diferentes tipos de estructuras de protección de oleaje, una gran
variedad de tipos de materiales y diferentes soluciones constructivas. Sin embargo para
poder encontrar la solución más factible para cada caso es necesario analizar todas estas
variables, convirtiéndose en un trabajo que requiere de varios recursos.
Solamente dentro de la variedad de materiales que se pueden utilizar, una gran
cantidad de ellos pueden llegar a no ser factibles por las condiciones específicas de cada zona
en la que se localiza un proyecto, por lo que es necesario realizar un estudio de las opciones
generales y luego un estudio detallado, para ir descartando posibilidades, hasta encontrar la
mejor opción.
El conocimiento sobre los materiales que se utilizan en las estructuras de protección
contra oleaje es limitado para la región ya que es necesario el criterio de un experto. Se
deben analizar los factores de cada material como su costo, vida útil, proceso constructivo y
disponibilidad y esto debe hacerse de manera detallada para cada estructura marítima que se
diseña.
Existe una necesidad de abreviar el proceso de toma de decisión para encontrar el
sistema constructivo óptimo, además de simplificarlo para que no sea indispensable una
intervención excesiva de un experto en el tema. Ya que podría significar una inversión menor
de recursos, lo que resultaría beneficioso para todas las partes involucradas en el proceso.
12
Actualmente se pretende construir el rompeolas de la Terminal de Contenedores de
Moín que es de gran magnitud, aproximadamente 2.2 kilómetros de largo, por lo tanto va a
requerir de mucho material para su construcción. En la Figura 1 se puede apreciar el tamaño
del proyecto y también se puede observar el rompeolas del muelle de Recope que
actualmente se encuentra bajo construcción.
Figura 1. Terminal de contenedores de Moín y extensión del rompeolas de RECOPE
Fuente: APM Terminals, 2013.
Este proyecto provee información esencial para poder hacer una herramienta que
defina la tipología de rompeolas optima para iniciar el diseño definitivo, ya que permite tener
una gran cantidad de datos de entrada y es un excelente punto de comparación con los
resultados del sistema.
La cantidad de expertos que residen en el país es baja por lo que es importante
contar con una metodología que emule la decisión de estos y que permita documentar el
proceso que se lleva a cabo. Una herramienta que sintetice la toma de decisión de un
13
profesional en el tema permite que se puedan enfocar en una mayor cantidad de problemas
y la recolección de su experiencia para lueao_comoartirla a otras personas.
1.1.2 Importancia
La actividad económica de cualquier país se encuentra ligada a la capacidad de
exportar e importar productos, Costa Rica no es la excepción. Los productos que entran y
salen del país lo hacen en su mayoría por los puertos existentes. Además estos son fuente de
otras actividades económicas como lo es el turismo, debido a que permiten el atraque de
cruceros de gran tamaño.
Marinas y atracaderos son otras estructuras marítimas importantes para las
actividades económicas, solo que estas representan una menor cantidad de importancia que
los puertos. Estas estructuras poseen otros fines como lo es el ocio y facilidad hacia la
actividad de la pesca.
Un aspecto que estas estructuras tienen en común es la necesidad de estar
protegidas contra la amenaza del oleaje, para satisfacer la seguridad del usuario, las
embarcaciones y la estructura. Esta protección se da mediante la creación de estructuras
protectoras de oleaje.
Los rompeolas puedan estar compuestos de diferentes materiales cuya escogencia
depende de múltiples factores que si se analizan de manera correcta puede converger en una
solución óptima. La herramienta que se creó brinda a los interesados, que en muchos casos
es toda la nación, una manera de obtener una mejor calidad de sistema de protección contra
el oleaje ya que contempla todos los factores importantes y ofrece un rompeolas que puede
resultar optimo una vez realizado el diseño formal.
La existencia de una metodología de toma de decision que pueda canalizar el criterio
de uno o varios expertos para que se pueda implementar en la toma de decisión y a la misma
vez esta sea sencilla de usar y que de resultados en una corta duración, resulta de gran
utilidad; permitiendo bajar costos en la escogencia y hace que todo este proceso sea más
transparente.
La disponibilidad de material es un factor de gran importancia a la hora de construir
un rompeolas porque al necesitar grandes volúmenes del mismo, cabe la posibilidad que en
14
la zona del proyecto no haya suficiente para un debido abastecimiento. Lo que vuelve a
resaltar la necesidad de poseer estudios de distintos materiales para la posible escogencia de
otro que mejor se adapte a la situación específica del proyecto que se esté analizando.
El usuario de este proceso abreviado varia en gran medida, puede ir desde
diseñadores que buscan minimizar recursos y duraciones de diseño hasta entidades que
tengan la necesidad de hacer carteles de licitación más robustos para estas estructuras. La
persona que utiliza este sistema puede identificar problemas que solo un profesional con
amplia experiencia podría identificar desde etapas iniciales del diseño del rompeolas.
1.2 Objetivo
1.2.1 Objetivo general
Optimizar el material de la estructura de protección contra oleaje (rompeolas) de la
Terminal de Contenedores de Moín, mediante el análisis comparativo de diferentes materiales
constructivos para obtener una herramienta que sintetice este proceso.
1.2.2 Objetivos específicos
• Analizar diferentes materiales utilizados en la construcción de estructuras de
protección contra oleaje.
• Comparar de manera general los diferentes materiales utilizados en estructuras
protectoras de oleaje.
• Determinar un material que mejor se adapte a las condiciones de la Terminal de
Contenedores de Moín.
• Optimizar el sistema constructivo de la estructura de protección contra oleaje de la
Terminal de Contenedores de Moín, utilizando el material que demostró una mayor
superioridad.
1.3 Delimitación del problema
1.3.1 Alcance
Los resultados obtenidos de este estudio poseen una mayor validez para el área de
Puerto Moín. Cabe la posibilidad que los resultados apliquen para otras partes de Costa Rica
15
e inclusive Centro América, pero se necesitará de estudios más detallados para determinar sí
es posible.
Solamente se considero la roca, cubos, Xbloc, Accropode, tablaestaca y dolos, esto
quiere decir que no se analizo ningún otro sistema de protección. Este trabajo de graduación
solamente aplica a esta clase de estructuras y no se incluyo dentro del análisis ningún otro
tipo de obras costeras.
La información utilizada fue suministrada por expertos en el área marítima, la cual
considero tanto el diseño y la construcción de estas estructuras, y por el Ministerio de Obras
Públicas y Transportes quien facilito los documentos de la Terminal de Contenedores de
Moín.
Se creó una herramienta que califica diferentes estructuras con el fin de determinar
cuáles son las mejores en la etapa previa al diseño formal. Esto significa que los resultados
obtenidos no pueden ser utilizados como datos finales, pero si se hizo una comparación con
la memoria de cálculo de la compañía a cargo de la Terminal para tener un mejor
entendimiento de cómo la decisión inicial se puede ver afectada al final del diseño o
viceversa.
Para la determinación de la validez de los resultados se realizó un análisis que
solamente incluye los datos obtenidos, la comparación de estos valores con la decisión inicial
de la TCM y por ultimo como el diseño final de la terminal varió con respecto a la selección
que arrojo el sistema.
El análisis del impacto ambiental de los proyectos no se considera de manera directa
en esta herramienta aunque de cierta manera si se contempla en la medida en que se
relaciona con la disponibilidad de los materiales.
1.3.2 Limitaciones
El sistema requirió información recolectada de varios profesionales que tuvieran una
amplia experiencia en el área marítima costera, lo cual fue complicado por la baja cantidad
que laboran en el país. Los expertos consultados no son óptimos para la herramienta porque
no hay ninguno que haya trabajado con los seis tipos de rompeolas, esto indica que algunos
16
datos transferidos no se basaron en experiencia propia pero si en estudios realizados por
ellos.
El uso de la herramienta creada en este trabajo solamente tiene validez en Costa Rica
y áreas cercanas, ya que la experiencia de la mayoría de los profesionales consultados fue
obtenida en esta región. Para ser validada en otra región se recomienda que se repita la
metodología Delphi con expertos de la zona donde se va a utilizar.
Hubo información con la que no se contó como la empresa constructora que va a
estar encargada de la terminal, por lo que se hicieron suposiciones con criterio para poder
obtener las conclusiones pertinentes. Estas no afectan el resultado del trabajo ya que en la
mayoría de casos donde se pueda utilizar esta herramienta la información disponible va a ser
igual o menor, por lo que imita situaciones reales.
La comparación se hizo con la información que fue facilitada por el Ministerio de
Obras Públicas y Transportes, por lo que cualquier cambio posterior en el diseño no se tomó
en consideración. Esto deja por fuera la comparación que se pudo haber hecho con el
sistema de protección contra oleaje que se construyó ya que la obra no había iniciado en el
momento de la creación de este documento.
1.4 Metodología
La metodología de este trabajo de graduación está dividida en seis etapas que
presentan los pasos que se llevaron a cabo para obtener dicho trabajo.
1.4.1 Etapa 1
El trabajo de recolección de datos presenta una fase inicial en la cual se llevó a cabo
la recopilación de la información existente, de forma tal que se obtuvieron ideas de cómo
efectuar correctamente dicho trabajo mediante conclusiones y recomendaciones disponibles
en trabajos similares ya realizados. De esta manera, se pudo idear una metodología
apropiada para el tema de la investigación.
Se realizó la búsqueda de en libros cuyo tema principal sea la ingeniería marítima o la
ingeniería en construcción, así lográndose un mayor conocimiento sobre el tema tratado.
Otras fuentes de información fueron las publicaciones de casos específicos donde se realizó
17
un estudio relacionado con el tema, proyectos de graduación anteriores que se relacionan
con el tema y estudios realizados por la compañía a cargo de la TCM.
También se estudió la normativa que rige los proyectos marítimos, así se tuvo una
idea de las posibilidades y cómo se afecta, de una manera más específica, el presente
proyecto de investigación.
Optimización Sistema Constructivo de la
Termínal de Contenedores de Moln
A.nál1sls de Resultados
Figura 2. Diagrama de metodología.
18
1.4.2 Etapa 2
Se utilizó la metodología Delphi para recopilar información de profesionales cuyas
principales áreas de trabajo son la ingeniería marítima y costera. Para lograr este objetivo se
creó un cuestionario con los principales factores de los diferentes tipos de rompeolas a
evaluar, los expertos lo completaron y luego se promediaron las respuestas para así canalizar
la experiencia de los consultados. La entrega del cuestionario se hizo vía electrónica y en
algunos casos se realizaron visitas para así poder ofrecer una explicación amplia y esclarecer
algunas dudas al respecto.
Con el objetivo de captar datos específicos de la obra a analizar y el sitio donde se
desarrolla, también se creó un formulario para ser completado por el usuario de la obra que
vincula las respuestas con los criterios que fueron calificados por los ingenieros durante la
recopilación de información.
Cuáles criterios y sistemas de protección contra oleaje utilizar en el sistema experto se
obtuvieron mediante las consultas realizadas a ingenieros experimentados y también
basándose en la investigación realizada. Se tuvo mayor énfasis en la información sobre los
factores que afectan las construcciones de esta clase de estructuras, en los rompeolas
existentes y aquellos utilizados en Costa Rica.
1.4.3 Etapa 3
En esta etapa del trabajo se utilizaron los sistemas expertos como una forma de
analizar los datos y para emular el proceso de toma de decisión de un humano. Lo que
ocasionó que se tuviera que usar un lenguaje de "SI" y "ENTONCES" para poder canalizar
esta información.
Con el objetivo de agilizar el entendimiento y el uso de esta herramienta se utilizo el
software de Excel para programar el sistema de una manera muy sencilla. Este comprende el
análisis de los resultados obtenidos de la metodología Delphi, el formulario para el sitio
especffico de la obra, el otorgamiento de valores con las respuestas del formulario, la matriz
de valoración del sistema e incluye espacios para introducir comentarios hechos por los
expertos en el momento del llenado.
19
1.4.4 Etapa 4
Se realizó una corrida del sistema utilizando como referencia la Terminal de
Contenedores de Moín, con el propósito de probar su funcionamiento y corregir cualquier
error que surgiera a lo largo de su prueba. El número de iteraciones que se realizaron para
perfeccionar el sistema fue de aproximadamente ocho.
1.4.5 Etapa S
Primero se analizaron los resultados haciendo una comparación entre los obtenidos
del sistema para determinar la validez de esto y entender profundamente el sistema. Luego
se realizó una comparación con el material que se indicó como posiblemente óptimo y el
diseño de la compañía a cargo de la TCM.
1.4.6 Etapa 6
En la etapa final se hizo una síntesis de los resultados obtenidos durante la
investigación, se presentaron las conclusiones y recomendaciones que se consideraron
pertinentes.
20
Capítulo 11
Marco Teórico
21
El marco teórico de esta investigación está integrado por los conceptos de los
Sistemas Expertos, el Método Delphi y los Sistemas de Protección contra Oleajes. En el
primer aspecto se mcluye la teoría de los mismos, la descripción, las etapas necesarias desde
la adquisición del conocimiento hasta su implementación y su validación. El segundo aspecto
mencionado describe el proceso, la selección de expertos, los requerimientos de tiempo y las
desventajas del uso. El último aspecto incluido en este apartado presenta un análisis de los
sistemas de Protección contra Oleajes, ya sean flexibles o rígidos, se explica el uso de roca,
de cubos, de los dolos, de los Accropodes, los Xbloc y la tablestaca.
2.1 Sistemas Expertos
Estos sistemas corresponden a una rama de las ciencias de la computación
denominada inteligencia artificial cuyo objetivo es elaborar programas que demuestren un
comportamiento inteligente.
Este lenguaje se utilizó en este trabajo de graduación por la necesidad de encontrar
una metodología que pudiera resolver un problema tan complejo como es la escogencia de
un s1stema de protección contra oleaje de un proyecto en específico. Además las cualidades
que presentan los sistemas expertos son idóneos para el problema analizado ya que lo usual
es que la escogencia lo haga un profesional que posea amplia experiencia en el área de
ingeniería costera.
2.1.1 Descripcíón
Los sistemas expertos son también conocidos como sistemas basados en
conocimiento, estos pretenden emular el poder de decisión de un experto en un área
específica. Pueden ser utilizados para resolver toda clase de problemas, pero idóneamente
sirven en los que son muy grandes y complicados para ser solucionados mediante otros
métodos de resolución de problemas.
La definición dada por Ignizio (1991) de un sistema experto es: "Un modelo y proceso
asociado que exhibe, dentro de un campo, un grado de habilidad experta en solución de
problemas que es comparable al de un humano" (p. 12, traducido)
El tipo de sistema experto que se va a emplear es el denominado en inglés ru/ed
based o basado en reglas, que utiliza dichas reglas para emular el conocimiento. La
22
representación se da mediante declaraciones IF-THEN o SI-ENTONCES, que funcionan de
forma que "Si" una condición existe "ENTONCES" se toma una acción determinada. Mediante
un compendio de estas reglas se desea imitar el proceso de toma de decisión que los
expertos humanos utilizan para resolver un problema. Esto no significa que los sistemas son
un lenguaje de programación, más bien se pueden considerar como una metodología para
tomar acciones.
Es importante destacar que un atributo que poseen los sistemas expertos sobre otros
sistemas de resolución de problemas es que intentan tomar en consideración la experiencia
que los humanos desarrollan durante su práctica profesional y no solamente la información
que obtienen a partir de cursos, libros y manuales. Esto le da una ventaja comparativa a esta
metodología de resolver problemas sobre otras disponibles.
La forma de obtener un sistema experto que funcione correctamente es entender que
para crear esta herramienta se debe realizar todo un proceso que garantice que se logró
emular el criterio de los expertos y que los resultados son válidos. Los pasos a seguir son los
siguientes:
1. Adquisición de conocimiento, ésta primera parte es donde se intenta obtener la
información de los expertos humanos o también se puede obtener de casos donde
se ha demostrado una manera correcta de resolver un problema similar.
2. Procesamiento de conocimiento o inferencia, son las estrategias para derivar las
conclusiones de los conocimientos recolectados.
3. Validación, una vez que se obtiene el sistema se debe validar para determinar la
eficiencia y cuando se está satisfecho se debe elaborar un plan de
implementación, control, monitoreo y mantenimiento.
4. Capacitación al personal, se debe seleccionar y entrenar al usuario que va a
utilizar el método para garantizar la optimización adecuada.
El encargado de implementar todos los pasos del sistema experto es conocido como
un Ingeniero de Conocimiento, este debe estar familiarizado con los sistemas expertos pero
también con otros métodos de resolución de problemas para así utilizar el mejor
procedimiento disponible para el caso que se presente.
23
Al igual que las diferentes metodologías usadas para resolver problemas, Ignizio
(1991) indica que los sistemas expertos utilizados adecuadamente cuentan con ventajas y
desventajas, a continuación se describen algunas de estas.
Ventajas:
• Están disponibles al instante, siempre resuelven los problemas con el mismo nivel de
calidad y no se encuentran limitados por condiciones físicas o geográficas.
• Se supone que tienen acceso directo a la base de datos, teniendo a su disponibilidad
toda la información sin opiniones sesgadas, datos limitados e información errónea.
• Son lógicos, objetivos y consistentes, dejando de lado emociones que podrían alterar
el proceso de toma de decisión.
• Siempre se puede consultar la forma en que se resolvió el problema y no cometen
errores matemáticos.
• Las decisiones que se toman consideran el interés de la compañía, es decir nunca
tienen problemas de conflicto de intereses.
• El conocimiento acumulado se guarda como un activo permanente de la compañía, en
comparación con un experto humano que al dejar la compañía se lleva todo el
conocimiento que posee.
Desventajas:
• Los expertos humanos poseen la capacidad de tomar en cuenta ciertos aspectos
culturales relacionados al problema que los sistemas expertos son incapaces de
reproducir, es decir, estos pueden parecer ingenuos.
• Tienen la limitante de que no saben lo que no saben, en cambio los humanos son
conscientes del conocimiento que poseen y no poseen.
• La creatividad de un humano para resolver un problema en una forma original e
innovadora no puede ser reproducida.
• El aspecto psicológico de la necesidad de comunicarse con otra persona y no un
programa de computadora es importante ya que puede crear un rechazo por parte del
usuario hacia el sistema que va a utilizar.
• El experto humano es mucho más flexible que una metodología de resolución de
problemas.
24
Es importante entender que los sistemas expertos no pretenden remplazar a los
expertos humanos, más bien son una herramienta para permitir que estos se enfoquen en
partes más importantes de la resolución de problemas. Además estos últimos son necesarios
para llevar a cabo actualizaciones continuas, mantenimiento del sistema y llevar un control de
los resultados para garantizar que estos son correctos. (Ignizio, 1991)
2.1.2 Adquisición del Conocimiento
La adquisición de conocimiento es un procedimiento que puede resultar frustrante, ya
que requiere interactuar con un experto humano y en general lidiar con personas puede
resultar difícil. Existen cuatro razones específicas por las cuales esto es un procedimiento
complicado:
• En algunas ocasiones puede suceder que un experto no esté disponible.
• El supuesto experto puede tener un rendimiento mediocre ya que el término experto
es muchas veces mal utilizado.
• Existe la posibilidad que los expertos no deseen revelar sus secretos ya que se
pueden ver amenazados.
• Algunos expertos simplemente no pueden articular el procedimiento que ellos utilizan
para resolver problemas, lo que no permite una adecuada transferencia de
conocimiento al sistema.
El Ingeniero de Conocimiento es el asignado para seleccionar a los expertos y posee
la responsabilidad de encargarse que estos sean verdaderos expertos, existen diferentes
formas de lograr este objetivo y se debe tomar en cuenta la finalidad del sistema experto a la
hora de realizar esta labor. Este profesional también debe transformar el conocimiento
recolectado en las reglas que utiliza el sistema, una manera de hacer esto es mediante la
estructuración de la información en arboles de decisión para luego obtener las reglas.
(Ignizio, 1991)
2.1.3 Incertidumbre
Al utilizar esta clase de sistema se debe considerar la incertidumbre que puede existir
ya que esto afecta de manera directa en los resultados que se obtienen. Existen dos fuentes
25
principales de incertidumbre que son la validez del conocimiento administrado al sistema y la
respuesta del usuario a las preguntas necesarias para usar el sistema. (Ignizio, 1991)
Existen amplias posibilidades que la información que se esté administrando sea
imperfecta, ya que para problemas reales la información disponible puede ser inexacta,
incompleta o inclusive inexistente. Las reglas desarrolladas para el sistema deben tener la
habilidad de aceptar información vaga y permitir el valor "desconocido". (Holland, 2010)
La forma de evitar incertidumbres, dadas por las respuestas administradas al sistema,
es mediante una correcta implementación del paso 4, el cual comprende la capacitación dada
al personal para lograr la correcta creación de un sistema experto dado anteriormente en la
descripción.
2.1.4 Validación del Sistema
Una parte fundamental de los sistemas expertos es la validación de dicho sistema
para poder garantizar su adecuado funcionamiento, esta validación se puede separar en tres
partes:
l. La justificación del uso del sistema experto.
2. La validación de la consistencia e integridad del sistema.
3. La verificación del funcionamiento del sistema.
Es recomendable que se considere la forma de hacer esta evaluación desde el inicio
cuando se toma la decisión de utilizar esta clase de sistema, ya que puede resultar en una
optimización del sistema desde la creación y en ciertos casos se puede tomar la decisión de
utilizar otros métodos de resolución de problemas. (Ignizio, 1991)
2.2 Metodología Delphi
La metodología Delphi o técnica Delphi fue desarrollada por Dalkey y Helmer en la
Corporación Rand alrededor de los años 1950s. El propósito de esta metodología es el de
canalizar la opinión de un grupo de expertos y lograr un consenso entre ellos de un tema
especifico, eliminando problemas encontrados en otros sistemas de recolección de
información. (Hsu & Sandford, 2007)
26
Existen variaciones de este método al igual que de sus diferentes posibles
aplicaciones. Una definición dada por Linstone y Turoff (como se citó en Okoli & Pawlowski,
2004) es la siguiente:
Delphi se puede caracterizar como un método para estructurar un
proceso de comunicación en grupo para que el proceso sea efectivo en
permitir a un grupo de individuos, como un todo, lidiar con un problema
complejo. Para conseguir esta "comunicación estructurada" se provee:
cierta retroalimentación de las contribuciones individuales de información
y conocimiento; cierta evaluación de la opinión o visión grupal; cierta
oportunidad de individuos de revisar su opinión; y cierto nivel de
anonimato para las respuestas individuales.
2.2.1 Proceso Delphi
El proceso para utilizar la metodología Delphi puede variar dependiendo del uso que
se le vaya a dar, en general se pueden identificar cuatro etapas o rondas.
• En la primera ronda se inicia con un cuestionario abierto que permite que los expertos
emitan su criterio hasta que se pueda elaborar un cuestionario estructurado. Es
aceptado que en esta etapa no se hagan consultas a los expertos, más bien se
elabore el cuestionario abierto de información obtenida por quien está implementando
la metodología.
• En la segunda ronda todos los participantes reciben y completan el cuestionario
obtenido de la primera ronda. Se puede comenzar a observar la formación de un
consenso y permite identificar puntos de conflicto, estas observaciones se pueden
presentar a los participantes.
• La tercera ronda consiste en entregar a los participantes un resumen de los
resultados de la segunda ronda, esto les da la oportunidad de reconsiderar las
opiniones que cada uno emitió. Este debe ser condso, brindar ciertas opiniones
encontradas en la ronda anterior y ser completamente anónimo. En general no se
puede esperar que el consenso entre las partes aumente de manera considerable
entre esta etapa y la anterior.
27
• La última etapa pretende ser un cierre del proceso y lograr el mayor consenso posible
entre los participantes. Se distribuye un resumen de las rondas anteriores para
otorgar una última oportunidad de variar las opiniones.
La cantidad de iteraciones que se realizan puede variar dependiendo del uso que tiene
la metodología y de la variabilidad tolerada en el consenso final que debe ser definido por
quien encabeza la investigación. Se recomienda que el número de iteraciones esté en el
rango de tres a cinco, pero esto ultimadamente se define al inicio del proceso. (Hsu &
Sandford, 2007)
2.2.2 Selección de los Expertos
Una de las características más importantes de la metodología Delphi es que requiere
que los participantes sean verdaderos expertos en el tema que se está investigando. La razón
de esta necesidad es que el sistema no se basa en estadística, es decir, la cantidad de
expertos no tiene que ser una muestra representativa de ninguna población. (Okoli &
Pawlowski, 2004)
Los pasos según Okoli y Pawlowski (2004) que se deben seguir para obtener un
proceso de selección confiable son los siguientes:
• Preparar un documento que identifique las disciplinas, organizaciones y literatura
relevantes sobre el tema que se va a tratar.
• Rellenar el documento del paso 1 con nombres de personas relacionados con las
disciplinas, organizaciones y literatura relevante.
• Contactar a los expertos que se obtuvieron del paso 2 y pedirles que indiquen otras
personas que ellos consideren a su vez expertos.
• Calificar a los expertos dependiendo de sus cualificaciones.
• Invitar a los expertos dependiendo de la calificación que obtuvieron y teniendo en
mente que la cantidad deseada son entre 8-10 expertos.
2.2.3 Requerimientos de Tiempo y Desventajas
Éste factor en un estudio que utilice la metodología Delphi es de gran importancia
debido a que los expertos usualmente no poseen mucho tiempo del cual disponer, por esta
razón el cuestionario que se les entregue no puede ser muy extenso ni complicado Y se debe
28
1
1
tomar en cuenta que la duración esperada para cada cuestionario resuelto es de 2 semanas.
(Hsu & Sandford, 2007)
Algunas de las desventajas de este método son la probabilidad de bajo nivel de
respuestas por parte de los participantes, el consumo de bloques grandes de tiempo, el
potencial de moldear las respuestas al criterio del que está llevando la investigación y el
potencial de solo identificar opiniones generalas y no especificas. (Hsu & Sandford, 2007)
Otro elemento que contempla el presente marco teórico de esta investigación son los
diversos sistemas que van a disipar la fuerza del oleaje, a continuación se describen algunos
de ellos según las características estructurales.
2.3 Sistemas de Protección Contra Oleaje
Existen diferentes sistemas de protección contra oleaje que se pueden clasificar de
acuerdo a sus características estructurales, dos de los principales son los flexibles y los
rígidos.
Los sistemas flexibles son en su mayoría grandes depósitos de material suelto que
puede ser grava, piedra de tajo o elementos de concreto. Estos sistemas se pueden dividir en
dos subcategorías, los sistemas tipo berma y los que son estáticamente estables. Esta ultima
posee la característica que el peso del elemento de la coraza debe ser suficiente para
soportar la fuerza del oleaje sin que se sobrepase una deformación aceptada. En esta
categoría se encuentran los que utilizan material de coraza de roca, X-Bloc, Accropode, dolos
y cubos. (Verhagen, d'Angremond, & van Roode, 2009/2001)
En la Figura 3. se puede observar una sección transversal típica del sistema flexible
que se va a considerar en este trabajo de graduación.
Las secciones 1, 2, 3, 4 y 5 corresponden respectivamente a la coraza, la subcoraza,
el núcleo, el pie de talud y el filtro, las cuales responden a un diseño típico pero pueden
variar dependiendo de los requerimientos de cada tramo de diseño. Otras características
típicas que se pueden apreciar en la figura son la altura libre de cresta (Re), ancho de la
corona (B) y la profundidad del rompeolas (h).
29
6
Figura 3. Sección transversal típica de sistema flexible.
Fuente: Breakwaters and closure dams, 2009.
Los sistemas rígidos o monolíticos poseen una sección transversal que funciona como
un bloque sólido. La tablaestaca se encuentra dentro de esta categoría.
La diferencia entre estos dos sistemas es principalmente la interacción con el subsuelo
y el comportamiento al momento de falla. Los sistemas flexibles se pueden adaptar al terreno
donde se coloquen pero los sistemas monolíticos requieren una fundación solida. Al momento
de producirse una falla, los sistemas flexibles se deterioran gradualmente y los sistemas
monolíticos pierden estabilidad repentinamente. (Verhagen, d'Angremond, & van Roode,
2009/2001)
2.3.1 Roca
La roca es uno de los materiales utilizados en obras hidráulicas, esto puede ser en
ambientes marinos o fluviales. En diques este material se puede colocar en el filtro, el núcleo,
la sub-coraza y la coraza, y su masa puede variar desde 1 kg hasta 20-30 toneladas.
Los elementos de roca utilizados para el material de coraza pueden estar en el rango
de varias toneladas, ya que su estabilidad proviene principalmente de la masa de cada
elemento y una menor parte de la fricción entre cada uno. Normalmente son colocados de
manera aleatoria en dos capas utilizando una grúa como se puede observar en la Figura 4.
(ORlA, CUR, CETMEF, 2012/2007)
30
Figura 4. Colocación de roca con grúa.
Fuente: The Rock Manual, 2012.
2.3.2 Cubos
l os cubos fueron las primeras unidades de concreto en ser utilizados para mejorar la
resistencia de las estructuras de protección contra oleaje y suplir la necesidad de material
debido a la posible escasez de roca del tamaño requerido. Usualmente son colocados en una
o dos capas y su resistencia contra el oleaje es obtenida primordialmente por el peso propio
de cada uno de los elementos.
La manera en que se colocan es importante ya que se ha demostrado que entre más
aleatoria sea esta colocación mejores resultados se obtienen ya que aumenta la porosidad de
la estructura y reduce el consumo de materiales. (CIRIA, CUR, CETMEF, 2012/2007)
En la Figura S. Se muestra la colocación de estos bloques mediante una grúa y se
puede apreciar el tamaño masivo que poseen.
31
Figura 5. Cubos siendo colocados en Barcelona
Fuente: The rock manual, 2012.
2.3.3 Dolos
Los Dolos se desarrollaron alrededor de los años 1960s en Suráfrica y surgieron de
una necesidad de crear elementos más pequeños y económicos que los elementos masivos
de concreto y piedra que se utilizaban en ese periodo. Esto se logro mediante el
entrelazamiento de los elementos en dos capas que le permitían al sistema tener la misma
resistencia al oleaje que elementos de mayor tamaño que solo uti lizaban su peso. (Merrifield
& Zwamborn, 1966)
Figura 6. Elemento de coraza Dolo.
Fuente: Coastal Engineering Manual, 2002.
32
Se ha probado que estos elementos, debido a su esbeltez, experimentan problemas
en la resistencia mecánica del concreto cuando se requieren de gran tamaño. Se recomienda
que su tamaño no exceda las 20-25 toneladas o que no se utilicen del todo. (Verhagen,
d'Angremond, & van Roode, 2009/2001)
Estos elementos inicialmente se diseñaron sin el uso de acero de refuerzo pero como
presentaban los problemas de esbeltez antes mencionados se comenzó a utilizar concreto
reforzado. El diseño de este refuerzo puede resultar complicado debido a las cargas
dinámicas a las cuales el elemento está sometido. Además se pueden ocasionar otros
problemas como la corrosión que puede resultar en fracturas en el elemento y que los costos
se eleven por la nueva demanda de acero. (CIRIA, CUR, CETMEF, 2012/2007)
2.3.4 Accropodesr"'
Los Accropodes™ fueron desarrollados en Francia en el año 1981 por la empresa
SOGREAH que luego se convirtió en Concrete Layer Innovations. El sistema comprende
elementos de concreto como material de coraza que dependen del entrelazamiento de cada
uno de sus componentes, además de su peso propio, para garantizar su adecuado
funcionamiento. En Figura 7. se puede observar uno de estos elementos.
Figura 7 . Accropode
Fuente: Accropode basic specifications, 2011.
2.3.5 Xbloc®
El Xbloc® fue desarrollado por Delta Marine Consultants en el año 2001 y fue lanzado
al mercado en el año 2003. Este sistema utiliza elementos de concreto que dependen del
33
entrelazamiento para garantizar un adecuado funcionamiento y presenta una pendiente típica
de 3V:4H a 2V:3H. El tamaño del elemento posee la particularidad que se determina
únicamente utilizando la altura del oleaje, pero si existen valores de corrección para
diferentes fenómenos que se pueden presentar tanto en el sitio como en la estructura. En la
Figura 8. se puede observar uno de estos elementos con sus dimensiones. (Reedijk,
Klabbers, van den Berge, & Hakenberg, 2003)
~~J. a lb." a tol
o o
Figura 8. Dimensiones Xblocl!.l
Fuente: Development of the Xbloc breakwater armour unit, 2003.
Adicionalmente existen elementos denominados Xbase que se utilizan en el pie del
talud, que tienen de propósito mejorar la interacción con el suelo.
2.3.6 Tablaestaca
El sistema de tablaestaca usualmente utiliza un acomodo circular como el que puede
observar en la Figura 9. La resistencia de este sistema es desarrollado mediante las fuerzas
de tensión anulares que se producen una vez que se coloca el material de relleno y del efecto
de la presión del oleaje y la interacción con el subsuelo. (Wotton, 1992)
Este sistema es conocido por tener un alto nivel de reflexión del oleaje que puede
causar problemas en los canales de navegación y en la dársena de las estructuras que se
están protegiendo.
34
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Figura 9. Vista en planta de tablaestaca circular.
Fuente: Cellular coffer dams as breakwaters and coastal structures, 1992.
35
Capítulo 111
Desarrollo del Sistema Experto
36
Este capítulo explica el desarrollo, el funcionamiento y la utilización del sistema
experto como herramienta para selecdonar uno o varios sistemas constructivos óptimos a
considerar en el diseño formal de estructuras de protección contra oleaje. El mismo está
dividido en cuatro secciones de las cuales la primera contiene la introducción al sistema, la
segunda es la explicación de la adquisición de conocimiento, la tercera detalla el
procesamiento de este conocimiento y la última presenta los resultados obtenidos.
Con la intención de facilitar la compresión de los lectores se utilizó un ejemplo a lo
largo del capítulo, el cual corresponde al de la estructura de protección del oleaje utilizado en
la Terminal de Contenedores de Moín.
3.1 Introducción
La intención de crear este sistema experto en particular fue la de proporcionar una
herramienta que permita evaluar los diferentes sistemas protectores contra oleaje de una
manera abreviada y guardando el cómo y el porqué del resultado que se obtiene. Esto con el
fin de emular el proceso de decisión de un profesional con vasta experiencia en el área, con
el entendimiento que no elimina por completo la necesidad de contar con uno.
El SIStema se inicia llenando un formulario con las condiciones específicas del proyecto
que se está analizando, lo que mediante la interacción con información guardada en el
sistema produce una serie de resultados en la forma de calificaciones para cada clase de
rompeolas. Un aspecto interesante de esta herramienta es que no funciona como una caja
negra, es decir, se pueden analizar todas las partes para así obtener un mejor entendimiento
del resultado y aun más importante que en el futuro se pueda entender con facilidad la razón
de la escogencia tomada.
Los criterios que se utilizan para la calificación fueron obtenidos mediante la
discretización de una gran cantidad utilizados en la construcción para así concluir con los más
relevantes en una obra costera, la mayoría de estos se obtuvieron del capítulo 2 de 'The
Rock Manual". En el Cuadro 1 se muestran los criterios finales que se discutirán a detalle en
la etapa de adquisición de conocimiento.
37
Cuadro 1: Criterios de selección
Resistencia sísmica
El costo inicial corresponde a la inversión que se debe realizar al principio de una obra
para poder completarla y el costo de mantenimiento son todos los costos que se deben
incurrir para garantizar el debido funcionamiento de la estructura. La disponibilidad de
materiales se refiere a que tan fácil o difícil es conseguir los materiales que constituyen el
rompeolas.
La experiencia se relaciona con el conocimiento que se tiene del sistema constructivo
ya que entre más difícil sea de construir se debe contar con una mayor cantidad de trabajos
previos para tener una mejor idea de el tipo de rompeolas. El criterio de geotecnia se refiere
al suelo donde se va a colocar la obra y la interacción con la misma.
El oleaje al igual que la meteorología son criterios de fenómenos que ocurren durante
la construcción y que afectan esta misma, a diferencia de la resistencia sísmica que se
relación con cualquier terremoto que pueda suceder durante su vida útil.
La duración de la construcción y la maquinaria especializada que se necesita son dos
criterios que se relacionan entre ellos ya que entre más adecuada sea el equipo utilizado la
obra va a requerir una menor cantidad de tiempo para ser completada, en lo que también
tiene importancia la adaptabilidad del sistema constructivo a cualquier imprevisto que se
38
puede dar. El criterio de las condiciones de acceso corresponde a la necesidad que cada tipo
de rompeolas tiene para poder llegar a sitio del proyecto.
El proceso de escogenóa de los sistemas de protección contra oleaje que se
utilizaron fue similar al de los criterios anteriormente mencionados, ya que son los más
relevantes para Costa Rica. Esto se determinó analizando la envergadura de los posibles
futuros proyectos, los sistemas utilizados actualmente, las tendencias que se están dando y
la capacidad de producción a nivel nacional. El resultado fue un sistema rígido que es la
tablaestaca y cinco sistemas flexibles que son roca, dolos, cubos de concreto, Accropodes y
X bloc.
Los rompeolas que utilizan roca como material de coraza son los más comunes en
nuestro país y en muchas otras regiones del mundo, ya que por lo general tienden a ser más
económicos, tienen una facil idad constructiva mayor, son de fácil mantenimiento y otra serie
de ventajas que los diferencian de los otros sistemas. Al igual que cualquier otro material
constructivo tiene desventajas siendo la mayor de estas su disponibilidad, ya que es
complicado encontrar tajos que tengan roca de la calidad y el tamaño necesario y además los
permisos ambientales requeridos representan un gran obstáculo.
Debido a las desventajas, mencionadas en el párrafo anterior, que presenta la roca y
por la búsqueda de sistemas más eficientes, se introdujeron los sistemas que utilizan
elementos de concreto como el material de coraza. Estos se seleccionaron por estar entre los
más comunes en nuestro país o también por ser algunos de los propuestos a utilizar en la
terminal de contenedores de Moín. Al igual que la roca, cada uno de estos tiene sus ventajas
y desventajas que se verán reflejadas con los resultados obtenidos de los cuestionarios
llenados por los expertos.
El único sistema rígido que se incluye en esta herramienta es la tablaestaca.
Usualmente es poco utilizada en puertos como protección contra el oleaje y más como muro
de retendón en la zona de atraque de los barcos, lo cual no es la intención de este
documento que pretende referirse al tipo "cofferdam". Esto es utilizar la tablaestaca
propiamente para brindar abrigo de las olas, lo que implica una gran reflexión y la necesidad
de un suelo relativamente bueno. La razón de porque se escogió este sistema en particular
39
es que en el país existe un ejemplo de esta estructura en la marina Pez Vela ubicada en
Quepas, en la Figura 10 se puede observar una fotograña de su rompeolas.
Figura 10. Rompeolas de Marina Pez Vela .
3.2 Adquisición de conocimiento
Se utilizaron dos metodologías de adquisición de conocimiento, una corresponde a un
formulario para aportar las condiciones específicas del sitio y la segunda utiliza el método
Delphi para obtener un consenso respecto a las características de cada sistema de protección
contra oleaje que se escogieron. A continuación se detallan ambos tipos de entrada de
conocimiento.
3.2.1 Formulario
Existe un formulario que se debe llenar específicamente para el proyecto que se va a
analizar. Este mismo es completado por alguien que tenga experiencia en el campo de la
ingeniería marítimo-costera, pero éste no debe ser necesariamente un experto en el tema.
Para efectos de este trabajo el formulario para el rompeolas de la Terminal de Contenedores
de Moín fue llenado por una ingeniera civil que posee un titulo de maestría en ingeniería
costera.
Las respuestas de este formulario son subjetivas, cuya intención es que sean
compatibles con la forma en que se obtuvieron los valores de los expertos, que se explicara
más adelante en el texto, lo que produce que no se puedan delimitar las respuestas
40
extensamente. Existen algunas que se pudieron confinar con ciertos parámetros sin alterar la
percepción de toda la valorización.
El cuestionario está conformado por 19 preguntas que se dividen en cuatro categorías
diferentes. Algunas interrogantes se encuentran directamente relacionadas a un criterio
específico y existen otras que sirven para descartar sistemas de protección que resultan tan
inviables que es mejor no considerarlos desde el principio.
Con la intención de crear un documento de fácil entendimiento y sencillo de
programar, las respuestas son de escogencia múltiple. Las posibles respuestas tienen la
intención de simplificar la interpretación y el posterior cálculo que se va a detallar cuando se
explique el procesamiento del conocimiento más adelante en este capítulo.
Cada vez que se responda una pregunta el usuario debe de anotar la razón de ésta,
con el objetivo de dejar documentado todo el proceso de toma de decisión. Esto cumple dos
funciones: permitir al proceso que pueda ser consultado posteriormente y no tener la
necesidad de sobre definir las opciones de respuesta del formulario.
3.2.2 Características de los sistemas
La segunda parte de la recolección de conocimiento consiste en las características
propias de cada sistema de protección y la importancia de cada criterio calificado en base a
100. Esta adquisición no es necesaria hacerla frecuentemente pero si mejora la herramienta
si se actualiza y se le agrega nueva información de manera periódica.
Se utilizo la metodología Delphi para obtener un consenso entre los expertos
seleccionados. Aunque esta fue realizada de manera abreviada, si se cumplió con los
fundamentos de dicha metodología. Se distribuyó un cuestionario entre siete expertos,
recibiendo respuesta de cinco y otro cometió errores lo cual invalidó sus respuestas. Solo
hubo una iteración en el proceso de recolección y el cuestionario se realizó para que fuera
muy simple de llenar.
Para seleccionar los expertos se tomó en cuenta la ubicación geográfica, experiencia y
relación con el campo de la ingeniería marítimo-costera. Entre los individuos de la muestra
hay una buena combinación de especialidades entre diseño y construcción de proyectos de
41
distintas envergaduras, esta experiencia se dio en su mayoría en Costa Rica pero también en
otras partes del mundo.
Es importante señalar que estos expertos sean en su mayoría de la zona donde se va
a utilizar la herramienta ya que es entendible que los diferentes sistemas no sean percibidos
de la misma manera dependiendo de la localización geográfica. Al mismo tiempo es
conveniente que exista una influencia de otras regiones porque introduce nuevas tendencias
y evita la reutilización de sistemas que pueden resultar menos eficientes.
El cuestionario que se les proporcionó fue elaborado por el autor, el cual contiene
todos los criterios con una pequeña descripción. Se les pidió a los expertos que calificaran
cada clase de rompeolas de uno a cinco, siendo cinco lo mejor que se puede obtener y 1 lo
menos deseado. En la Figura 11 se puede observar un extracto de dicho formulario donde se
analiza el costo inicial, se da una breve descripción y también se indica que significado
poseen los valores que se pueden asignar.
Figura 11. Recorte de cuestionario para la metodología Delphi
La intención de esta calificación fue canalizar la experiencia de los candidatos
seleccionados para así obtener una manera de categorizar cada elemento de coraza de
acuerdo a cada criterio. Se puede decir que se cuantificó cuales sistemas son mejores o
peores dependiendo de lo que se esté evaluando.
Una vez que se obtuvieron todas las respuestas de esta sección se promediaron y se
creó el Cuadro 2. Teniendo en cuenta que para esta sección el valor de 5 es lo más deseable,
42
se pueden observar a grandes rasgos la existencia de tendencias como la gran diferencia
entre la roca de gran tamaño y la tablaestaca.
Cuadro 2. Promedio de la calificación de los sistemas de protección.
Promedio
Criterio Roca Accropode Dolos Cubos X bloc Tablaestaca
Costo Inicial 4.8 3.4 3.8 2.6 3.6 1.8 Costo Mantenimiento 5.0 3.4 3.2 3.8 3.2 1.4
Disponibilidad de Materiales 1.8 4.0 4.2 4.0 4.2 3.2
Calidad de Materiales 3.2 4.2 4.2 4.4 4.0 3.0
Experiencia 4.4 2.2 2.8 3.6 2.0 1.6
Geotecnia 5.0 2.8 3.0 4.0 2.6 2.2
Oleaje 4.4 2.8 2.8 4.0 2.6 2.0
Meteorología 4.0 3.0 3.4 3.6 2.8 2.8
Maquinaria 5.0 3.4 3.6 3.8 3.4 1.8
Condiciones de Acceso 4.4 3.6 3.4 4.0 3.6 2.2
Adaptabilidad 5.0 2.6 3.0 3.4 2.4 1.0
Duración de la Construcción 4.2 3.2 3.4 3.8 3.2 1.8
Resistencia Sísmica 4.8 3.4 3.6 4.2 3.4 2.2
Otro punto importante a destacar es que este método de recolección de datos buscó
el consenso entre un limitado grupo de expertos, lo que significa que las fórmulas
estadísticas comunes no pueden ser aplicadas ya que el valor que se muestra no es único.
Sería idóneo que cuando se lleno el cuestionario cada calificación hubiera venido
acompañada por un comentario de porqué se le dio ese valor, así ocasionando que estos no
fueran simples números porque el usuario podría indagar este aspecto. Así entendiendo con
mayor profundidad la herramienta, que es lo que le da una ventaja comparativa sobre otros
métodos. Esto es cierto para algunos casos, pero estos comentarios se limitaron a los
criterios y no específicamente a cada uno de los diferentes sistemas en cada criterio.
Para la segunda parte se les pidió a los expertos que calificaran en base a 100 cada
criterio dependiendo de la importancia que representan. Con esto se logro darle un peso a
cada criterio, el promedio de los resultados obtenidos se muestra en el Cuadro 3.
43
Cuadro 3. Promedio de la calificación de los criterios.
Resistencia Sísmica 6.13
En el cuadro anterior se puede observar la importancia de esta diferenciación entre
criterios ya que es claro que el costo inicial del rompeolas es aproximadamente 3.5 veces
más importante que los problemas que se puedan presentar durante la construcción debido a
la meteorología de la zona. Esto podría resultar obvio para personas experimentadas en el
área debido a que este es el caso más extremo pero hay otras diferencias que no se pueden
apreciar tan fácilmente y por esta razón es que esta calificación es de gran importancia para
el sistema experto.
Es importante recalcar que estos criterios son dependientes entre ellos mismo porque
de alguna u otra manera se relacionan. Al igual que en cualquier proyecto esto no se puede
evitar, pero en la escogencia de los criterios se tuvo muy pendiente que estos debían estar lo
menos ligados que se permitiera.
Una vez concluida la recolección de todos los datos que el sistema experto requiere
para funcionar, ya sean los que son específicos del proyecto o los generales de la
herramienta, se inicia el procesamiento de estos. Hasta este momento se ocupaba una
interacción humana, con el usuario en el caso del formulario y los expertos en la metodología
Delphi. La siguiente parte del sistema se encuentra de cierta forma programada, lo que
significa que en el momento que se rellena el formulario se obtiene la primera iteración de
resultados.
44
3.3 Procesamiento de conocimiento
Para este proyecto de graduación todo el procesamiento de los datos se programó en
Excel. En esta sección se explica cómo se creó y la forma de utilizarse, para que luego el
usuario pueda referirse a ella durante la operación de la herramienta, lo que le da la gran
ventaja de que puede entender el proceso que conlleva la obtención de las respuestas. para
su mejor entendimiento la sección está dividida primero explicando el procesamiento del
formulario para luego referirse a la aplicación de la matriz de valoración de sistemas
constructivos y criterios.
3.3.1 Valores del proyecto
Al aplicar el formulario específico para el sitio, este inmediatamente cambia las
respuestas a los valores iniciales del sistema, es decir que le da un valor a cada criterio que
define el proyecto en el cual se va a utilizar la herramienta. La relación entre las respuestas
del formulario y los valores iniciales se obtuvo con la ayuda de expertos durante la creación
del formulario. Al igual que la escala de calificación de cada tipo de rompeolas respecto a
cada criterio los valores varían entre 1 a 5, con la gran diferencia que esta vez el 5 es lo más
importante y 1 lo menos importante, cuyo significado se va a comprender una vez que se
explique la matriz de valoración.
El procedimiento para que las respuestas del formulario se transformen a los valores
correspondientes es utilizando el lenguaje de "SI" y "ENTONCES". Esto se hizo para cada una
de las preguntas del formulario que en la Figura 12 se puede observar un ejemplo que
corresponde a la pregunta de disponibilidad financiera que da los valores de costo inicial.
SI "Disponibilidad Financiera" es igua 1 a:
- "Muy Buena" entonces "Costo Inicial'" es igual a "1"
- "Buena" entonces "Costo Inicia 1" es igual a "1:"
- "Media" entonces "Costo Inicial'" es igual a "3"
- "Mala" entonces "Costo Inicial" es igual a "4"
- "Muy Mala" entonces "Costo Inicial" es igual a "5"
SI NO "Costo Inicial" es igual a "3"
Figura 12. Valorización de Costo Inicial
45
La otra clase de efecto que se puede dar debido a una respuesta del formulario es
que se elimine por completo un sistema de protección del cálculo, lo cual se ejemplifica en la
Figura 13 que indica si se debe o no tomar en cuenta la tablaestaca debido a las cualidades
de alta reflexión que tiene esta. Si se selecciona alguna opción que devuelva el valor de
"Nulo" significa que no se realiza ningún cálculo para este sistema, así eliminando cualquier
respuesta que se pueda dar.
SI "Reflexión Permitida• es igual a:
- "Baja" entonces "Tablae.staca» es igual a "Nulo"
"Medía" entonces "Ta blaestaca" es igua 1 a "Nul~
- "Alta" entonces "Tablaestaca" se calcula
SI NO "Tablaestaca" se calcula
Figura 13. Determinación de la relevancia del sistema de tablaestaca
Si alguna de las preguntas se deja sin contestar entonces entra a funcionar la última
línea de las dos figuras anteriores que determina la manera de proceder. En el caso de las
preguntas que dan valores se otorga el valor de 3 que se encuentra en el medio de lo menos
y más deseado lo cual significa que no se le está dando relevancia a ese criterio en
comparación al resto. Para las preguntas que eliminan criterios simplemente se realiza el
cálculo tomando en cuenta el sistema que se estaba cuestionando.
3.3.2 Matriz de valoración
El propósito de la matriz es simplemente la multiplicación de los datos que se
obtuvieron, esto se hace de una forma lógica para que el resultado que se obtenga sea una
calificación preliminar de los tipos de rompeolas a utilizar. Para ejemplificar este proceso va a
tomar una operación que utiliza los datos recolectados para el proyecto de la Terminal de
Contenedores de Moín.
Se analiza el criterio de resistencia sísmica de la estructura. La pregunta en el
formulario que corresponde a este criterio es la de la ubicación del proyecto según el mapa
de zonificación sismica del Código Sísmico de Costa Rica 2010. La escogencia de la utilización
de este mapa se hizo porque detalla la demanda sísmica de manera confiable y comprobada.
Se puede observar en la Figura 14, que es un extracto del formulario, que el usuario
seleccionó la zona III.
46
;jV .....
Figura 14. Extracto del formulario específico para el proyecto.
Como se mencionó anteriormente todo el procedimiento que sigue se encuentra
programado y la interacción con el usuario finalizó hasta la obtención de los resultados.
El siguiente paso comprende el cambio de la respuesta anterior al valor de entrada
para la matriz. En la Figura 15 se observa la acción que conlleva esta transición y el resultado
es que el valor inicial es cuatro, lo que significa que este criterio si es relevante para el
sistema. Al ser relevante su valor, en la escala disponible, es alto, lo que va a resultar
relevante en la multiplicación.
SI "Zona sísmica según CSCR-10" es igua 1 a:
~~·entonces "Resistencia Sísmic~ e.s igual a "2"
"11" entonces "Resistencia Sísmica» es igual a ~3·
"111" entonces "Resistencia Sísmica" es igual a •4•
"IV" entonces "Resistencia Sísmica" es iguala "5"
SI NO "Resistencia Sí.smíc~ es igual a ":1"
Figura 15. Valorización de Resistencia Sísmica.
Un detalle que se puede apreciar de la relación entre el criterio de resistencia sísmica
y su respectiva pregunta del formulario es que la forma de pasar de una a otra no es muy
exacta. Si se hubiera querido determinar con precisión la demanda sísmica a la cual va a
estar sometida la obra se hubiera requerido un cálculo mucho más elaborado con el tipo de
suelo y otros factores importantes, pero ese no era el objetivo. Este trabajo se hizo con
criterio de experto para obtener relaciones empíricas que fueran de fácil aplicación y una
relación parecida ocurre con todos los demás criterios.
Una vez que se obtienen los datos de entrada al sistema estos se multiplican con la
información recolectada de los expertos. En nuestro caso el promedio del criterio para
resistencia sísmica se observa en el Cuadro 1. En el cuestionario de la metodología Delphi se
indicó que la calificación de 5 significa que el sistema posee una mayor resistencia a los
sismos y que el valor de 1 era el caso contrario.
47
Existen patrones claramente definidos en el Cuadro 4 y que son esperables, uno de
estos es la diferencia entre la capacidad sísmica de los sistemas flexibles de la estructura con
el único sistema rígido, ya que el daño admisible de este último es cero. Inclusive existe una
diferencia entre los sistemas flexibles colocados de manera aleatoria y los que poseen un
patrón de colocación, esto puede ser porque tienden a ser mas esbeltos lo que conlleva a
una mayor posibilidad de ruptura durante un sismo o que durante dicho sismo el
desplazamiento producido le reste estabilidad a la estructura al disminuir la apropiada
interacción entre elementos.
Cuadro 4. Resultado de Metodología Delphi para Resistencia sísmica
Resistencia Sísmica 4.8 3.4 3.6 4.2 3.4 2.2
El Cuadro S presenta el resultado de esta primera multiplicación entre la importancia
del criterio en el proyecto y la calificación de cada sistema en dicho criterio. Esta interacción
entre los dos valores toma en cuenta lo mencionado anteriormente ya que se considera que
la resistencia sísmica es relevante se le otorga un valor de entrada alto, lo que le proporciona
una mayor ventaja a los sistemas que poseen una mejor respuesta ante la amenaza sísmica.
Si la obra se hubiese situado en un sitio con una leve amenaza sísmica el dato inicial hubiese
sido menor, forzando que la diferencia, una vez realizada la multiplicación, entre cada
sistema también hubiera resultado menor.
Cuadro S. Primera multiplicación de valores.
Criterio Roca Accropode Dolos Cubos Xbloc Tablaestaca
Resistencia Sísmica 19.2 13.6 14.4 16.8 13.6 8.8
La razón por la cual resulta relevante que entre más importante es el criterio para la
zona y mejor sea el sistema en este criterio mayor puntuación va a obtener es que para
definir la mejor opción de rompeolas todos los valores para esta tipología se van a sumar.
Entre menor importancia tenga un criterio su puntuación va a ser menor porque menos
influyente es esta característica del rompeolas para la toma de decisiones de cuál utilizar.
48
Antes de hacer la sumatoria es importante señalar que no todos los criterios tienen el
mismo peso, algo que ya se había discutido anteriormente y la razón de la necesidad del
Cuadro 3, que es el promedio obtenido de los pesos dados por los expertos. Este promedio
se multiplica en la matriz lo cual ajusta los valores para así darle más peso a los factores que
producen una mayor influencia en el proceso de toma de decisión.
En el ejemplo el valor que se obtuvo para la resistencia sísmica fue de 6.13%, que
sería el valor por el cual se multiplican todos los sistemas de protección en el mismo criterio
como se muestra en el Cuadro 6. La diferencia entre cada sistema no ha cambiado porque la
verdadera diferencia se encuentra entre los criterios.
Cuadro 6. Segunda multiplicación para criterio de resistencia sísmica.
Criterio Roca Accropode Dolos Cubos X bloc Tablaestaca
Resistencia Sísmica 25.3 19.7 20.5 22.9 19.7 14.9
El propósito de este último paso es diferenciar los factores que son más influyentes y
difíciles de resolver a aquellos que presentan el caso contrario. Lo que ocasiona que si se
comparan dos sistemas, uno con un costo inicial bajo pero baja resistencia sísmica y el otro
con una inversión inicial elevada con una buena respuesta sísmica, el último estaría en
desventaja. Esta caracterización se extrajo directamente de los expertos que consideraron
más relevante el capital a aportar al principio de la obra que sus resistencia ante un evento
sísmico.
3.4 Resultados
Una vez que la herramienta efectúa todas las multiplicaciones, todos los pesos son
dados y los sistemas que no se tomaron en cuenta son eliminados se obtiene el Cuadro 7 o
como se le ha referido durante el texto, la matriz de valorización. Estos valores son los que
se obtuvieron para el sistema de protección contra oleaje de la Terminal de Contenedores de
Moín.
49
Cuadro 7. Matriz de valorización
Nulo 106.8 106.8
Nulo 57.7 65.4 53.9
Nulo 42.8 47.9 42.8 Nulo
Nulo 38.2
Nulo 42.7
Duración de la Construcción Nulo 60.1
Resistencia Sísmica Nulo 83.4 88.3 103.0 83.4 Nulo
El último paso es la sumatoria de estos valores para así poder diferenciar la clase o las
clases de rompeolas que pueden resultar óptimos. El Cuadro 8 muestra los resultados finales
que se obtuvieron donde el material cuyas mejores oportunidades tiene de ser óptimo son los
cubos de concreto.
Cuadro 8. Calificación de sistemas de protección contra oleaje.
Es importante señalar que si la roca no hubiera sido descartada esta hubiera sido la
mejor opción como se muestra en el Cuadro 9. La puntuación es mucho mayor inclusive
considerando que en la calificación de disponibilidad de materiales esta tiene el valor más
bajo, lo que se logra ya que se considera que tiene las condiciones más favorables para
todos los otros criterios, algunas veces con una gran diferencia.
50
Cuadro 9. Resultados considerando la roca de gran tamaño.
99.2
53.9 Nulo
42.8 Nulo
42.4 38.2 Nulo
55.9 39.4 Nulo
Duración de la Construcción 78.8 60.1 63.8 71.3 60.1
Resistencia Sísmica 117.8 83.4 88.3 103.0 83.4 Nulo
1338.7 1137.2 1210.2 1256.6 1129.3 0.0
51
Capítulo IV
Validación
52
En este capítulo se presenta el análisis de los resultados obtenidos y mostrados en el
capitulo anterior para verificar su validez y determinar su confiabilidad. En la primera parte se
analizó solamente la matriz de valores obtenidos, lo que se hará explicando cómo se llego a
estos resultados y luego analizando si estos se relacionan con la realidad y lo esperado.
En la última etapa del análisis se realizó una comparación de los valores generados
por el sistema y la información de la TCM. Los datos del proyecto se investigaron para tener
un mejor entendimiento y luego la comparación se hizo en varios puntos del proceso formal
de diseño presentado por la compañía encargada de la TCM.
4.1 Análisis de resultados
En el capitulo anterior se presentaron los diferentes tipos de rompeolas en orden de
acuerdo a cuales podrían resultar óptimos en el proceso de diseño definitivo y cuáles no se
deberían considerar. En este ejemplo el que consiguió la mayor puntuación es el que utiliza
cubos de concreto como material de coraza y no se incluyeron dentro de estos la roca de
gran tamaño ni la tablaestaca.
El Cuadro 10 muestra todos los resultados consolidados para facilitar la explicación de
los mismos.
Cuadro 10. Resultados del sistema experto
39.4
60.1 Nulo
Resistencia Sísmica 83.4 88.3 103.0 83.4 Nulo
0.0 1137.2 1210.2 1256.6 1129.3 0.0
53
Lo primero y más evidente es que no hay ningún cálculo realizado para Roca ni
Tablaestaca. Analizando las respuestas del formulario específico para el sitio, completado por
la ingeniería que se puede denominar como el usuario, se logra entender este fenómeno. En
el caso de la tablaestaca la reflexión permitida se especificó como baja, lo que elimina este
sistema, al revisar el comentario correspondiente se encontró que ésta es una zona delicada
debido a las obras adyacentes, el tránsito que tiene y la erosión esperada. El porqué se
elimino la roca es que no resulta factible conseguirla, que se explica en la anotación, Jo cual
se especifica que se determinó por la experiencia en el proyecto de ampliación del rompeolas
de Recope.
Haciendo referencia al puntaje que cada tipo de rompeolas obtuvo para cada uno de
Jos criterios, se pueden inferir tendencias que separan a estos sistemas flexibles en sus sub
categorías. La mayor diferencia se encuentra entre Jos elementos de esbeltez que dependen
del entrelazamiento y Jos que utilizan en mayor parte de su peso para alcanzar la resistencia
requerida.
En las puntuaciones finales Jos Xbloc y los Accropodes estuvieron cerca de tener la
misma puntuación con una separación de 7.9 puntos en la escala y que equivale a
aproximadamente 0.7%, Jo que indica que poseen características muy similares porque entre
criterios hay una diferencia similar. La mayor variación se dio entre estos dos últimos y Jos
cubos de concreto por aproximadamente 127 puntos Jo cual corresponde a 10%. Los dolos
se posicionaron aproximadamente 46 puntos debajo de Jos cubos y 80 arriba de los Xbloc y
Accropodes.
Para lograr un mayor entendimiento de estos datos se analizaron las diferencias
entre Jos sistemas para cada criterio. Se considero más importante la explicación de porqué
el cubo fue el elemento que podría resultar óptimo y no cada una de las diferencias entre las
tipologías, aunque si se mencionaron las más relevantes.
Una de las características que más llama la atención es que en costo inicial el cubo
posee la menor cantidad de puntos por una gran diferencia, poniéndolo en desventaja. La
razón de porque Jos expertos consideraron esto puede ser que al depender prioritariamente
de su peso para alcanzar la resistencia esto eleva la cantidad de concreto necesaria Jo cual
54
aumentaría el monto de la inversión inicial en comparación con los otros elementos. En
contraste, la ventaja de costo de mantenimiento la tiene el cubo.
La razón de que el cubo obtuviera la mayor puntuación final, aun considerando que
tuvo la mayor desventaja en el costo inicial siendo este el factor con el mayor peso, es que
tuvo la ventaja en casi todos los otros criterios. Los criterios donde se dio una mayor
diferencia positiva fueron la experiencia, geotecnia, oleaje durante la construcción,
adaptabilidad, duración de la construcción y resistencia sísmica.
Una posible respuesta de porqué todos los criterios anteriormente mencionados
fueron liderados por los cubos de concreto es la forma en que obtienen su resistencia. Al no
tener un orden o patrón de colocación especifico y que en este caso se consideraron dos
capas de material de coraza, le da un mayor desplazamiento permitido de sus elementos.
Específicamente los criterios donde la afectación se puede dar en la posición
ocasionando que ésta sea crítica, como la geotecnia, el oleaje durante la construcción y
resistencia sísmica, la ventaja de los cubos fue significativa. Cuando se considera que los
Accropodes y Xbloc son solamente de una capa se torna aun más importante la posición ya
que si los elementos se desplazan la sub coraza queda expuesta a la fuerza del oleaje y la
reparación puede resultar problemática por el hecho de que hay que respetar la forma de
colocarlos.
Otra característica que pudo haber producido esta diferencia es que los cubos son
materiales denominados masivos, lo que ocasiona que no sean muy susceptibles a daños en
la colocación o bajo el ataque del oleaje. El caso contrario son lo dolos que son conocidos por
su tendencia a quebrarse debido a su esbeltez, en menor medida pero aún afectados por
este fenómeno tenemos a los elementos de una sola capa.
Aparte del costo inicial, el otro criterio donde el cubo de concreto no resultó ser la
mejor opción es en la disponibilidad de material, que de primera instancia resulta extraño
considerando que los cuatro elementos examinados son de concreto. La diferencia está en la
cantidad requerida para cada uno, siendo el cubo el que requiere el mayor volumen, lo que
significa que el sistema experto está alertando de un posible problema en este aspecto.
55
Es interesante señalar que en Costa Rica el elemento que resulto óptimo para
considerar al inicio del diseño no se ha utilizado en ningún otro proyecto. Una explicación
muy sencilla es que para este caso no había roca disponible. Si no hubiera sido por esto, la
roca hubiera tenido un mayor puntaje y habría ocurrido los mismo que en los otros proyectos
donde simplemente se hubiera utilizado. Un proyecto que no sigue esta norma es el de la
ampliación del rompeolas de Recope, cuando se realizó la consulta a los ingenieros a cargo
del proyecto estos no pudieron dar una respuesta ya que el material de coraza se había
escogido desde mucho antes que ellos comenzaran a trabajar en el proyecto.
Otro punto que vale la pena destacar es que los dos materiales con costo inicial más
alto, son los que tiene el costo de mantenimiento más bajo. La explicación de esto podría
parecer lógica pero para poder entender verdaderamente se debe realizar un estudio
detallado del modelo económico de este proyecto y hacer una comparación con proyectos
que ya hayan estado en funcionamiento por bastante tiempo.
4.2 Comparación
La información de esta sección se obtuvo de los informes presentados el 17 de julio
del 2013, estos se denominan "Evaluación de Fuentes de Materiales" (CH2MILL, 2013),
"Diseño de Rompeolas" (CH2MILL, 2013) y "Análisis de Estabilidad de Taludes para el Dique
del Rompeolas Norte" (CH2MILL, 2013).
En el Cuadro 11 se puede observar un resumen de los resultados obtenidos para el
diseño final de la Terminal de Contenedores de Moín.
Cuadro 11. Resultados del diseño de la Terminal de Contenedores de Moín.
En los informes de la compañía a cargo del diseño no se indica la opción de usar
sistemas rígidos y por ende no se consideró la tablaestaca. Se pudieron haber hecho
suposiciones de porque la idea se descartó y ni siquiera se le dio la importancia suficiente
para documentar el porqué de esto pero no se podrían comprobar, lo único que se conoce es
56
que no fue seleccionada. Esto mismo ocurrió en la herramienta creada, no se puede afirmar
que fue por el mismo motivo de la reflexión.
Con respecto a la roca que se descartó desde el principio en el sistema experto, los
diseñadores hicieron un estudio de las fuentes de materiales a un radio de 100 kilómetros de
Moín. Lo que se encontró fue que en los tajos existentes no había disponibilidad de los
tamaños requeridos y no recomendaron abrir un tajo nuevo debido a que la larga duración
para la obtención de los permisos podía comprometer el cronograma de la obra.
En la Sección 2.5 denominada "Selección de Unidad de Armadura de Concreto", en el
documento referente al diseño, se explica el proceso de toma de decisión que se llevó a
cabo. Las únicas opciones consideradas fueron aquellas donde el material de coraza está
constituido por elementos de concreto.
La sección primero realiza una separación de las opciones según las prácticas que
ellos consideran comunes. Se indica que el Accropode y Xbloc se utilizan cuando las
profundidades son menores a 15 m, al ser mayores se utilizan los cubos y que los Dolos se
han dejado de utilizar por los daños y fracasos que se han reportado. En el sitio se presenta
una profundidad que ronda los 12 m a lo largo de la mayor parte del rompeolas, ya que la
línea de batimetría está bastante paralela a éste.
El Accropode fue inicialmente seleccionado basándose en la profundidad, el largo
record exitoso que presenta y su amplia utilización en una gran variedad de proyectos. Esta
forma de escogencia mantiene una semejanza muy alta a un sistema experto ya que la
decisión se tomo por la experiencia de otros proyectos.
Aún se presenta una gran diferencia con la herramienta desarrollada en este trabajo
por la poca cantidad de criterios que se consideraron para llegar a esta conclusión. El posible
resultado de esto es que las características de los otros proyectos donde se hayan utilizado
pueden ser completamente distintas a las de Moín. En todas las construcciones se presentan
entre ellas amplias variaciones y este fenómeno se ve exacerbado en el ambiente marítimo
donde además se introducen los grandes cambios temporales que se dan en la morfología de
la costa y las condiciones de oleaje entre otros.
57
El sistema experto que se creó intenta disminuir esta incertidumbre de tres formas,
primero se amplía la cantidad de criterios, luego alimenta el proceso con las características de
la zona y por último durante la recolección de datos se recomienda la utilización de
profesionales que conozcan la región para así tener respuestas más acertadas. El objetivo es
hacer una mejor evaluación de la idoneidad del tipo de rompeolas respecto a la localización
de la obra.
Una vez que ellos concluyeron el proceso de escogencia del sistema constructivo se
elaboró el diseño formal y se seleccionó la constructora de la estructura. Con estos
importantes requisitos se prosiguió con el proceso de optimización que significó el cambio
entre Accropode y Xbloc. La razón explícitamente dada es que la compañía encargada de la
construcción cuenta con una amplia experiencia en el diseño y colocación de Xbloc.
La experiencia de la constructora se considera como un criterio en la herramienta,
evaluando la necesidad del material y la disponibilidad. Esto funciona con la información
exacta de cuál empresa se va contratar o haciendo una suposición con criterio de lo que se
espera conseguir. Esto permite que el criterio sea considerado desde el principio con lo que
se pudo haber evitado que tuviera que haber hecho todo el diseño para el Accropode y luego
cambiarlo por Xbloc, esto no tuvo mucha relevancia ya que el coeficiente de estabilidad para
ambos materiales es el mismo o ligeramente diferente.
Al realizar el diseño propiamente se produjo un cambio en la sección transversal
original ya que el suelo de la zona resulto problemático como se indica en el documento
donde se analiza la estabilidad de talud. El sistema experto alertó sobre este posible
problema al asignarle la calificación más baja al Xbloc en este criterio, pero no se puede
concluir que los cubos hubieran sido la mejor opción por su mayor peso y su colocación en
dos capas, solamente se puede mencionar que es menos sensible en este aspecto.
Analizando con mayor profundidad la sección de características geotécnicas en el
documento que se detalla en el diseño del rompeolas, se indica que no se realizaron análisis
por el posible desplazamiento dinámico producido en caso de un sismo lo que resulta
preocupante debido a la mala calidad del suelo. Este es otro criterio en el cual la puntuación
del Xbloc se vio perjudicada, lo que indica que se le debió haber dado especial atención a
58
este punto pero no hay documentación que indique que se haya considerado aparte de en la
estabilidad de talud.
Otro punto que resulta importante destacar es que en el diseño no se menciona la
parte económica inicial ni de mantenimiento, al ser tan importante se supone que si fue
considerada pero no se puede averiguar el peso que tuvo a la hora de tomar la decisión. Esto
si se puede obtener de manera directa de la metodología desarrollada en este trabajo,
aunque al igual que muchos otros factores no se puede cuantificar de manera exacta en la
etapa inicial.
Una gran diferencia entre la metodología utilizada por ellos con la del sistema experto
es que se usaron menos criterios de manera más general y muchos fueron para excluir tipos
de rompeolas. En cambio la herramienta sólo uso factores críticos para la exclusión de
materiales y calificó todos los demás en cada uno de los puntos para así obtener al final la
opción de revisar porqué se escogió el material que resulto óptimo.
59
Capítulo V
Conclusiones y Recomendaciones
60
5.1 Conclusiones
La comparación de materiales que se obtuvo de los ingenieros especializados posee
un valor muy alto ya que canaliza la experiencia de cada uno de ellos, siendo esta uno de los
bienes más preciados y difíciles de captar. Estos datos por si solos son útiles para el diseño y
construcción de una estructura que brinda abrigo del oleaje, sin embargo se determinó que
funciona mejor cuando se combina con el peso de cada criterio y las condiciones específicas
para el sitio.
Es importante mencionar que la calificación no se debe seguir estrictamente porque
se obtuvo de manera subjetiva, se le introdujo mucho criterio personal por parte de los
profesionales consultados. Lo más lógico es que el resultado se interprete de manera
subjetiva, por esto es necesario que el usuario posea cierto grado de conocimiento en el
tema y que se apoye de un experto para mejorar esto.
La participación de los profesionales no termina al llenar el formulario, estos son
indispensables para actualizar, validar y mejorar el· sistema. El enfoque de la herramienta
está más dirigido a la optimización de recurso humano esencial, a la permanencia de la
experiencia en el sistema experto y en la documentación de la forma en que se toma la
decisión de cual tipología de rompeolas usar.
El resultado del sistema experto en el ejemplo de la Terminal de Contenedores de
Moín indicó que el sistema de protección contra oleaje que se determinó como óptimo para
considerar de primero en el diseño es el que utiliza cubos de concreto. Este obtuvo la mayor
calificación en todos los criterios menos en costo inicial y disponibilidad financiera. Cuando se
validó este resultado con respecto a los otros sistemas se pudo determinar que muchas de
las ventajas fueron otorgadas por su baja afectación de la resistencia debido a
desplazamientos y por el hecho que obtienen la resistencia principalmente del peso propio.
Al analizar la información sobre el proceso de decisión que se llevó a cabo por parte
de la empresa encargada del diseño se pudo observar que también se utilizó la experiencia
solo que de manera más general y la cantidad de criterios utilizados fue menor .En cambio la
herramienta realizó un proceso que consideró más variables a las indicadas por la compañía
en el informe de diseño, lo que produjo que se pudieran estudiar las diferentes características
para generar una mejor idea de cómo sería la interacción entre la estructura y su entorno.
61
La validación realizada probó la utilidad de la metodología desarrollada de lograr
priorizar los tipos de rompeolas para considerar en el diseño. Esto le agrega valor al proceso
seguido por los diseñadores ya que profundiza en el análisis, considera más criterios y
estandariza la toma de decisión. Se concluyó que para determinar el material óptimo final es
necesario realizar estudios detallados, con información de etapas posteriores a la decisión,
que son indicados por la herramienta.
Si las condiciones que se consideraron en el sistema experto son correctas y se
mantienen durante el proceso de diseño y construcción, el uso de cubos de concreto como
material de coraza en un dique flexible optimizaría el diseño y la construcción de la estructura
protectora contra oleaje de la Terminal de Contenedores de Moín.
El verdadero valor de esta herramienta no es necesariamente el resultado que ofrece
pero más bien la información que uno puede obtener al analizar el porqué se obtuvo el
resultado. En este punto es donde se puede apreciar la importancia de que sea una
herramienta abierta que se pueda consultar y entender fácilmente debido a los comentarios
incluidos en el formulario y en la obtención de los datos del sistema.
Se pudo determinar que la utilización de los sistemas expertos fue acertada ya que se
obtuvo una metodología que emula la toma de decisión humana incluyendo la experiencia,
permitiendo que se realicen preguntas al sistema y especialmente que no de una única
respuesta. El material que obtiene la mayor puntuación no es necesariamente el óptimo pero
si devuelve un rango de posibles tipos de rompeolas óptimos y la manera de obtener una
explicación de porqué.
Esta herramienta recomendada para conocer el material o rango de materiales
óptimos para la construcción de estas estructuras no solamente beneficia a futuras
estructuras si no también a las existentes que necesitan reparación o ampliaciones.
5.2 Recomendaciones
Con el objetivo de mejorar el sistema experto se debe ampliar la metodología Delphi
para poder introducir una mayor cantidad y calidad de experiencia. Esto se debe hacer
involucrando más profesionales, realizando más iteraciones y logrando un mayor interés por
62
parte de los involucrados, para así enriquecer las respuestas del cuestionario. Este proceso se
debe hacer de manera periódica para mantener la herramienta actualizada y vigente.
Para mejorar la validación que se llevó a cabo al comparar los datos de la compañía a
cargo del diseño y los producidos en este trabajo, se debe consultar con la compañía que
estuvo a cargo del diseño el proceso seguido por ellos que resulto en la escogencia del Xbloc.
Existe la posibilidad que esto no se pueda lograr ya que el detalle específico de la toma de
decisión puede considerarse como secreto de la compañía que le da una ventaja sobre otras,
por lo cual no compartirían la información.
Otra manera de mejorar la validación es realizar todo el proceso de diseño para los
cubos de concreto, analizar los posibles cambios ocurridos durante este y comparar los
resultados con el obtenido por la herramienta y el escogido por CH2MILL.
Se puede analizar el criterio de costo inicial para determinar si sería beneficioso para
la herramienta el desglose de esta característica, lo que daría un veredicto más exacto sobre
un factor que resulto tener un peso importante en la toma de decisión. Otra mejora que se
podría realizar, considerando el mismo criterio, es la introducción de profesionales en la
recopilación de datos que tengan una mayor experiencia en el área de finanzas de obras
costeras.
Es de gran importancia realizar un trabajo para buscar la manera de introducir la
variable ambiental dentro del proceso desarrollado. Hay dos razones principales para la
necesidad de esta consideración que son el gran peso que puede tener sobre todo el
proyecto y por el deber como profesional responsable de minimizar al máximo el impacto
negativo de cualquier obra.
Otro criterio que se podría incluir en la herramienta es la tramitología ya que por esta
razón la explotación de nuevos tajos de material se vuelve bastante complicada. Un mejor
análisis de esta característica podría favorecer para que se considere correctamente la
utilización o no de la roca.
63
Bibliografía
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CH2MILL. (2013). Diseño de Rompeolas.
CH2MILL. (2013). Evaluación de Fuentes de Material.
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Breakwaters: Proceedings of the Conference Organized by the lnstitution of Civil Engineers
Held in London, England, November 6-8,.
64
Anexo A
Metodología Delphi
A
Universidad de Costa Rica Esteban Wesson Vizcaíno Trabajo Final de Graduación
Metodología Delphi aplicada a la selección de sistema de
protección contra oleaje
El siguiente cuestionario tiene la finalidad de crear una metodología de selección de los sistemas
de protección que resulte en opciones de partida óptimos para el diseño definitivo, lo cual es una
parte del trabajo final de graduación titulado "Optimización del material y proceso constructivo de
la estructura de protección contra oleaje (rompeolas) para la Terminal de Contenedores de Moín".
El mismo debe ser completado basado en la experiencia de cada uno de los profesionales
especializados en el área marítimo-costera.
Consta de dos partes, la primera pretende diferenciar cada sistema constructivo entre un mismo
criterio y en la segunda se desea darle un peso a cada criterio.
Parte A.
Para los siguientes criterios, se les solicita calificar cada sistema de estructura de protección contra
oleaje en una escala de 1 a S de forma cualitativa, no necesariamente ordenando los sistemas.
Parte B.
A continuación se debe calificar cada criterio en base a 100 con el objetivo de diferenciar cada uno
de acuerdo a su importancia en la selección de la estructura de protección contra oleaje. Esta
calificación se debe otorgar utilizando la experiencia que se tiene en proyectos de este mismo
índole o similares.
Maquinaria
Condiciones de acceso
Adaptabilidad
Resistencia sísmica
100
Anexo B
Formulario
B
El siguiente formulario detalla la información requerida del sistema experto para la determinación de opciones de
partida óptimos a utilizar en el diseño definitivo de estructuras de protección contra oleaje (rompeolas).
debe marcar con un "X" la opción que encuentre más pertinente.
la información necesaria para escoger una opción se debe dejar en blanco.
Fecha:
Persona rellenando el formulario: Nombre del proyecto:
Propósito de la estructura:
· :~<G'meses
DuracióílRequerida
Anexo C
Sistema Experto
e
Inicio del procesamiento de datos.
Parte l. Procesamiento del formulario
SI"Disponibilidad Financiera" es igual a:
"Muy Buena" entonces "Costo Inicial" es igual a "1"
"Buena" entonces "Costo Inicial" es igual a "2"
"Media" entonces "Costo Inicial" es igual a "3"
"Mala" entonces "Costo Inicial" es igual a "4"
"Muy Mala" entonces "Costo Inicial" es igual a "5"
SI NO "Costo Inicial" es igual a "3"
SI "Duración Requerida" es igual a:
"< 6 meses" entonces "Duración de la Construcción" es igual a "5"
"0.5 -1 año" entonces "Duración de la Construcción" es igual a "4"
"1-1.5 años" entonces "Duración de la Construcción" es igual a "3"
"1.5- 2 años" entonces "Duración de la Construcción" es igual a "2"
"> 2 años" entonces "Duración de la Construcción" es igual a "1"
SI NO "Duración de la construcción" es igual a "3"
SI "Reflexión Permitida" es igual a:
"Baja" entonces "Tablaestaca" es igual a "Nulo"
"Media" entonces "Tablaestaca" es igual a "Nulo"
"Alta" entonces "Tablaestaca" se calcula
SI NO "Tablaestaca" se calcula
SI "localización" es igual a:
"Costa oeste" entonces "Meteorología" es igual a "4"
"Costa este norte" entonces "Meteorología" es igual a "3"
"Costa este sur" entonces "Meteorología" es igual a "5"
SI "Altura Ola Significativa" es igual a:
"< 1 m" entonces "Oleaje" es igual a "1"
"1- 2.S m" entonces "Oleaje" es igual a "2"
"2.S- 3.S m" entonces "Oleaje" es igual a "3"
"3.S- S m" entonces "Oleaje" es igual a "4"
">S m" entonces "Oleaje" es igual a "S"
SI NO "Oleaje" es igual a "3"
SI"Suelo" es igual a:
"Muy Bueno" entonces "Geotecnia" es igual a "1" y "Adaptabilidad" es igual a "1"
"Bueno" entonces "Geotecnia" es igual a "2"
"Medio" entonces "Geotecnia" es igual a "3"
"Malo" entonces "Geotecnia" es igual a "4"
"Muy Malo" entonces "Geotecnia" es igual a "S" y "Adaptabilidad" es igual a "2"
SI NO "Geotecnia" es igual a "3"
SI"Disponibilidad Roca de Gran Tamaño" es igual a:
"Muy Buena" entonces "Disponibilidad de Materiales (Roca)" es igual a "S"
"Buena" entonces "Disponibilidad de Materiales (Roca)" es igual a "4"
"Media" entonces "Disponibilidad de Materiales (Roca)" es igual a "3"
"Mala" entonces "Disponibilidad de Materiales (Roca)" es igual a "2"
"Muy Mala" entonces "Disponibilidad de Materiales (Roca)" es igual a "1"
SI NO "Disponibilidad de Materiales (Roca)" es igual a "3"
SI"Disponibilidad Concreto" es igual a:
"Muy Buena" entonces "Disponibilidad de Materiales (Elementos concreto)" es igual a "S"
"Buena" entonces "Disponibilidad de Materiales (Elementos concreto)" es igual a "4"
"Media" entonces "Disponibilidad de Materiales (Elementos concreto)" es igual a "3"
"Mala" entonces "Disponibilidad de Materiales (Elementos concreto)" es igual a "2"
"Muy Mala" entonces "Disponibilidad de Materiales (Elementos concreto)" es igual a "1"
SI NO "Disponibilidad de Materiales (Elementos concreto)" es igual a "3"
SI"Disponibilidad Tablaestaca" es igual a:
"Muy Buena" entonces "Disponibilidad de Materiales (Tablaestaca)" es igual a "5"
"Buena" entonces "Disponibilidad de Materiales (Tablaestaca}" es igual a "4"
"Media" entonces "Disponibilidad de Materiales (Tablaestaca}" es igual a "3"
"Mala" entonces "Disponibilidad de Materiales (Tablaestaca)" es igual a "2"
"Muy Mala" entonces "Disponibilidad de Materiales (Tablaestaca)" es igual a ''1''
SI NO "Disponibilidad de Materiales (Tablaestaca)" es igual a "3"
SI "Existe algún material que no sea factible conseguir" es igual a:
"Roca de gran tamaño" entonces "ROCA" es igual a "Nulo"
"Cemento" entonces "Accropodes, Dolos, Xbloc, Cubos" son iguales a "Nulo"
"Agregados" entonces "Accropodes, Dolos, Xbloc, Cubos" son iguales a "Nulo"
"Tablaestaca" entonces "Tablaestaca" es igual a "Nulo"
SI NO "Material" se calcula
SI "Calidad Roca de Gran Tamaño" es igual a:
"Muy Buena" entonces "Calidad de Materiales (Roca)" es igual a "5"
"Buena" entonces "Calidad de Materiales (Roca)" es igual a "4"
"Media" entonces "Calidad de Materiales (Roca)" es igual a "3"
"Mala" entonces "Calidad de Materiales (Roca}" es igual a "2"
"Muy Mala" entonces "Calidad de Materiales (Roca}" es igual a "1"
SI NO "Calidad de Materiales (Roca}" es igual a "3"
SI "Calidad Concreto" es igual a:
"Muy Buena" entonces "Calidad de Materiales (Elementos concreto)" es igual a "5"
"Buena" entonces "Calidad de Materiales (Elementos concreto)" es igual a "4"
"Media" entonces "Calidad de Materiales (Elementos concreto)" es igual a "3"
"Mala" entonces "Calidad de Materiales (Elementos concreto}" es igual a "2"
"Muy Mala" entonces "Calidad de Materiales (Elementos concreto}" es igual a "1"
SI NO "Calidad de Materiales (Elementos concreto}" es igual a "3"
SI "Calidad Acero" es igual a:
"Muy Buena" entonces "Calidad de Materiales (Tablaestaca}" es igual a "5"
"Buena" entonces "Calidad de Materiales (Tablaestaca)" es igual a "4"
"Media" entonces "Calidad de Materiales (Tablaestaca)" es igual a "3"
"Mala" entonces "Calidad de Materiales (Tablaestaca)" es igual a "2"
"Muy Mala" entonces "Calidad de Materiales (Tablaestaca)" es igual a "1"
SI NO "Calidad de Materiales (Tablaestaca)" es igual a "3"
SI"Condición de acceso a la obra" es igual a:
"Muy Buena" entonces "Condiciones de Acceso" es igual a "1"
"Buena" entonces "Condiciones de Acceso" es igual a "2"
"Media" entonces "Condiciones de Acceso" es igual a "3"
"Mala" entonces "Condiciones de Acceso" es igual a "4"
"Muy Mala" entonces "Condiciones de Acceso" es igual a "S"
SI NO "Condiciones de Acceso" es igual a "3"
SI"Zona sísmica según CSCR-10" es igual a:
"1" entonces "Resistencia Sísmica" es igual a "2"
"11" entonces "Resistencia Sísmica" es igual a "3"
"111" entonces "Resistencia Sísmica" es igual a "4"
"IV" entonces "Resistencia Sísmica" es igual a "S"
SI NO "Resistencia Sísmica" es igual a "3"
SI"Suelo" no es igual a "Muy Bueno" o "Muy Malo" entonces:
SI"Posibilidad de imprevistos durante la construcción" es igual a:
"Muy Alta" entonces "Adaptabilidad" es igual a "S"
"Alta" entonces "Adaptabilidad" es igual a "4"
"Media" entonces "Adaptabilidad" es igual a "3"
"Baja" entonces "Adaptabilidad" es igual a "2"
"Muy Baja" entonces "Adaptabilidad" es igual a "1"
SI NO "Adaptabilidad" es igual a "3"
SI "Probabilidad de Falla" es igual a:
"<S%" entonces "Costo de Mantenimiento" es igual a "1"
"S -10 %" entonces "Costo de Mantenimiento" es igual a "2"
"10- 1S %" entonces "Costo de Mantenimiento" es igual a "3"
"1S- 20 %"entonces "Costo de Mantenimiento" es igual a "4"
"> 20 %" entonces "Costo de Mantenimiento" es igual a "S"
SI NO "Costo de Mantenimiento" es igual a "3"
SI"Experiencia de la Constructora" es igual a:
"Muy Buena" entonces "Experiencia" es igual a "1"
"Buena" entonces "Experiencia" es igual a "2"
"Media" entonces "Experiencia" es igual a "3"
"Mala" entonces "Experiencia" es igual a "4"
"Muy Mala" entonces "Experiencia" es igual a "S"
SI NO "Experiencia" es igual a "3"
SI 11Maquinaria Disponible" es igual a:
11Muy Buena" entonces "Maquinaria" es igual a "1"
"Buena" entonces "Maquinaria" es igual a "2"
"Media" entonces "Maquinaria" es igual a "3"
"Mala" entonces "Maquinaria" es igual a "4"
"Muy Mala" entonces "Maquinaria" es igual a "S"
SI NO "Maquinaria" es igual a 113"