La ingeniería de lo incierto

Paul Garnica Anguas

Existe una pregunta que rara vez nos hacemos los ingenieros, pero que debería acompañarnos durante toda nuestra vida profesional:

¿Qué tan exacta puede ser realmente una solución de ingeniería?

La pregunta parece simple, pero esconde una profunda paradoja.

Desde nuestra formación universitaria nos acostumbramos a resolver problemas buscando una respuesta correcta. Los ejercicios de cálculo estructural, hidráulica, geotecnia o pavimentos suelen terminar con un número preciso que aparentemente representa la solución adecuada. Con el tiempo, los programas de cómputo han reforzado esta percepción, entregándonos resultados con tres, cuatro o incluso seis decimales de precisión.

Sin embargo, cuando salimos al mundo real descubrimos algo incómodo:

La mayoría de los problemas de ingeniería están rodeados de incertidumbre.

Y no de una incertidumbre pequeña, sino de una incertidumbre inherente a la propia naturaleza de los sistemas que intentamos diseñar y gestionar.

La ilusión de la exactitud

Ingenieros, clientes y tomadores de decisiones solemos sentirnos cómodos con respuestas precisas.

Una sección estructural de pavimento de 29.4 cm parece transmitir más confianza que una de 30 cm.

Un módulo resiliente de 187 MPa parece más riguroso que decir simplemente que el material se comportará dentro de cierto rango.

Un programa de diseño que reporta una vida útil de 18.7 años parece más sofisticado que otro que indica una vida esperada entre 15 y 22 años.

Pero debemos preguntarnos:

¿La precisión numérica implica necesariamente exactitud?

La respuesta es no.

Con frecuencia, la enorme capacidad de cálculo de las herramientas computacionales modernas genera una falsa sensación de certidumbre.

Los modelos son capaces de resolver millones de operaciones por segundo, pero siguen dependiendo de información de entrada que rara vez conocemos con absoluta precisión.

El resultado puede estar expresado con muchos decimales, pero sigue estando condicionado por incertidumbres que ningún software puede eliminar.

Las fuentes reales de incertidumbre

Toda solución de ingeniería se construye sobre variables que poseen distintos niveles de variabilidad.

En infraestructura y pavimentos encontramos ejemplos todos los días.

Los materiales presentan dispersión natural en sus propiedades mecánicas.

El tránsito futuro nunca puede conocerse con exactitud.

Las condiciones climáticas evolucionan constantemente.

Las mediciones contienen errores.

La construcción introduce desviaciones inevitables respecto al proyecto.

Los materiales envejecen.

Las condiciones de operación cambian.

Y, por supuesto, las personas toman decisiones que modifican el comportamiento esperado de los sistemas.

En consecuencia, la solución obtenida nunca es una respuesta absoluta.

Es una estimación razonable dentro de un universo de posibilidades.

El caso particular de los pavimentos

La ingeniería de pavimentos constituye uno de los mejores ejemplos de esta realidad.

Supongamos que deseamos diseñar un pavimento para un periodo de veinte años.

Para ello debemos estimar:

• Las características mecánicas de la subrasante.

• Los módulos de las capas granulares.

• Las propiedades de las mezclas asfálticas.

• El tránsito futuro.

• Las sobrecargas.

• Las condiciones climáticas.

• Los modelos de deterioro.

Cada una de estas variables posee una dispersión propia.

Tomemos como ejemplo el módulo resiliente de una subrasante.

Dos muestras obtenidas a pocos metros de distancia pueden arrojar resultados significativamente diferentes.

Lo mismo ocurre con los espesores construidos, la densidad alcanzada en obra o incluso la calidad de los materiales utilizados.

A esto debemos añadir otro elemento frecuentemente ignorado:

Los modelos de deterioro también tienen incertidumbre.

Las ecuaciones de fatiga y deformación permanente son simplificaciones del comportamiento real de materiales extremadamente complejos.

Ninguna ecuación captura completamente la realidad.

Todas representan una aproximación.

Por ello no debe sorprendernos que dos pavimentos aparentemente idénticos presenten comportamientos distintos a lo largo del tiempo.

Exactitud no es lo mismo que confiabilidad

Uno de los errores más frecuentes consiste en confundir exactitud con confiabilidad.

Una respuesta expresada con muchos decimales no es necesariamente más correcta.

De hecho, en sistemas altamente variables, una aparente precisión excesiva puede resultar engañosa.

La pregunta importante no debería ser:

¿Cuál es el valor exacto?

Sino:

¿Cuál es el rango razonable de comportamiento que puedo esperar?

Aquí aparece el concepto de confiabilidad.

La ingeniería moderna reconoce que los parámetros poseen dispersión y que los diseños deben ser capaces de funcionar adecuadamente aun cuando las condiciones reales difieran de los valores promedio utilizados durante el cálculo.

Diseñar para el promedio puede ser cómodo.

Diseñar para la incertidumbre es mucho más responsable.

La ingeniería como gestión del riesgo

A medida que se acumula experiencia profesional, muchos ingenieros descubren una verdad fundamental:

La ingeniería no consiste en eliminar la incertidumbre.

Consiste en administrarla.

El verdadero objetivo de un diseño no es garantizar que nada falle jamás.

Es reducir razonablemente la probabilidad de falla a niveles aceptables.

Por eso conceptos como:

• confiabilidad,

• probabilidad,

• análisis de riesgo,

• robustez,

• resiliencia,

han adquirido cada vez mayor importancia.

No representan una admisión de ignorancia.

Representan una aceptación madura de la realidad.

La incertidumbre existe.

La pregunta es cómo convivir con ella de manera inteligente.

Una reflexión filosófica necesaria

Quizá la mayor enseñanza que ofrece la práctica profesional es una cierta dosis de humildad.

En ocasiones observamos discusiones técnicas donde se debate apasionadamente si un parámetro debe valer 180 o 190 MPa, o si una sección estructural debe tener uno o dos centímetros adicionales.

Sin embargo, al analizar la dispersión de las variables involucradas, descubrimos que las diferencias reales pueden ser mucho mayores que aquellas sobre las que estamos discutiendo.

Esto no significa que el cálculo riguroso carezca de importancia.

Al contrario.

Significa que debemos reconocer los límites del conocimiento disponible.

Los sistemas complejos no admiten exactitud absoluta.

Las carreteras, los puentes, las presas, las estructuras y las ciudades son sistemas dinámicos sometidos a innumerables factores de incertidumbre.

Pretender una precisión absoluta en tales condiciones puede ser una expectativa poco realista.

Reflexión final

Tal vez la pregunta inicial estaba mal planteada.

Quizá no deberíamos preguntarnos qué tan exacta puede ser una solución de ingeniería.

Tal vez deberíamos preguntarnos:

¿Qué tan robusta puede ser una solución frente a un mundo incierto?

Porque la excelencia en ingeniería no consiste en encontrar respuestas exactas para problemas complejos.

Consiste en comprender las limitaciones del conocimiento disponible, gestionar adecuadamente la incertidumbre y tomar decisiones responsables a pesar de ella.

Al final, la ingeniería no es el arte de eliminar la duda.

Es el arte de construir confianza en medio de la incertidumbre.