¿Nos reemplazará a los ingenieros?
La incursión de la inteligencia artificial (I.A.) en las labores computacionales está revolucionando el mundo. Tal es esta revolución, que muchas labores computacionales antes hechas por humanos está siendo reemplazada por la I.A.
Por tanto cabe preguntarnos si esta I.A. va a reemplazar al humano en el diseño de estructuras en el futuro cercano.
Para tener una idea de lo que una I.A. es capaz o no de hacer, vamos a plantearle el diseño de una estructura y ver si ésta puede hacer un buen trabajo. La estructura será una pequeña losa rectangular soportada por vigas, y las vigas soportadas por columnas, como se ve en el siguiente apartrado.
Planteamiento del problema
Se pide que la I.A. resuelva la sección de concreto, refuerzo de acero de vigas y refuerzo de acero de losa de la siguiente estructura.
No se indican en el enunciado secciones de vigas. La I.A. deberá dimensionar estas secciones. Solo se otorgan secciones de losa y columna. Por otro lado se imponen cargas viva y muerta que son más altas que lo común, por que seguramente se encontrarán cantidades de acero poco convencionales, y debemos saber si la I.A. será capaz de esto.
Lo que respondió ChatGPT4
La manera como se le planteó a chatGPT el problema es la siguiente:
Iremos analizando el procedimiento de cálculo de ChatGPT en la resolución de las vigas de la estructura paso a paso.
De los datos iniciales
La I.A. asimila los siguientes datos iniciales:
En general la mayoría de los puntos expuestos en el planteamiento hecho por nosotros es correcto, sin embargo asume que las vigas están simplemente apoyadas en las columnas. Este es un primer punto en contra de la I.A., pues sabemos que en concreto reforzado las vigas están intrínsecamente ligadas y empotradas a las columnas.
Del cálculo de cargas
La I.A. debe cargar la viga a partir de la carga de la losa. para eso, realiza el siguiente cálculo:
En el primer paso de resolución ya cometió 3 errores grandes.
- No considera el peso propio de viga ni losa. Este peso debió incluirse ya que se indicó explícitamente que estas cargas no estaban incluidas en las sobrecargas viva y muerta. Probablemente debería haberse planteado de manera diferente la instrucción.
- No mayora las cargas para el diseño en estados límites. Según la norma ACI de cualquier año, el diseño en concreto reforzado se realiza en estado límite último, mayorando o factorizando las cargas a un valor por encima del valor de servicio. En este caso se debería haber factorizado con U = 1.2D + 1.6L
- Asume que las cargas se transfieren de la losa a las vigas como si la losa trabajara en una sola dirección, cargando a cada viga con la mitad de la carga de la losa. Esto es incorrecto pues las losas macizas trabajan repartiendo la carga en las 4 direcciones, como se muestra en la siguiente figura.
De la sección de las vigas
Chat-GPT responde lo siguiente:
Las dimensiones de viga asumidas están dentro del rango de lo coherente. Se asume para propósitos prácticos un peralte de viga entre un décimo y un 12vo de la luz, y para el ancho de la viga, entre 1/3 y 1/2 del peralte.
Tal vez el último punto de la altura útil sin embargo debiera modificarse. Tomando en cuenta que se utilizarán diámetros relativamente grandes por la sección de la viga, 5cm de recubrimiento al eje de aceros pueden no ser suficientes para conseguir un recubrimiento efectivo de concreto a los aceros de 4cm.
De las solicitaciones en la viga
Aquí es donde los errores comienzan a hacerse más evidentes.
- En el cálculo de los momentos máximos en la viga, utiliza una fórmula qL^2/8 que corresponde a la flexión de una viga simplemente apoyada. Ésto es inherentemente equivocado en pórticos de hormigón armado donde es más difícil construir una articulación que construir una unión viga-columna rígida. Hubiera sido más adecuado utilizar los coeficientes de la norma ACI para cálculos simplificados que consideran estas uniones rígidas. Así, los momentos tanto en tramos como apoyos serían más cercanos a qL^2/11.
- El segundo error de este paso está concentrado en la manera como la I.A. calcula la carga sobre las vigas, dividiendo la carga de 2 en 2, duplicando la carga que llega a cada tramo. Eso es incorrecto como vimos más arriba.
- Finalmente, utiliza la carga sin mayorar, lo que hace parecer que se realiza un diseño de secciones mediante el método de estado de esfuerzos admisibles (ASD). Consecuentemente con esta carga sin mayorar, debería utilizarse una resistencia de acero de cerca de 0.5*Fy (que era el valor de resistencia usada antiguamente para el cálculo de resistencia de secciones bajo el método ASD).
Del cálculo de refuerzo a flexión de vigas
Se puede afirmar que a partir de solicitaciones incorrectas, el resultado de los aceros que se obtenga será también incorrecto. Sin embargo sigamos revisando el procedimiento de la I.A.
Para el cálculo de la sección de acero a flexión, chat-gpt hace lo siguiente:
Analizando paso por paso su procedimiento podemos identificar los siguientes aspectos:
- La fórmula de cálculo de aceros As que utiliza la I.A. no es del todo adecuada. Para comenzar no utiliza los factores de reducción de resistencia ɸ de la norma ACI de cualquier año.
- Por otro lado no hace un análisis de la zona de compresión del concreto y asume que la viga fallará por fluencia del acero.
- Adicionalmente, el factor 0.87 es solo aproximado para determinar el brazo de palanca entre el centroide de la zona comprimida del concreto y la zona de tracción del acero (0.87d) pudiendo este ser distinto en función a la magnitud de la solicitación.
Para un análisis más preciso a flexión deberá seguirse el siguiente procedimiento: Diagrama de flujo de cálculo de acero a flexión para vigas de concreto.
Del cálculo a cortante de la viga
Analicemos el análisis a cortante de la I.A.:
Al igual que en el caso del Análisis a flexión, la Inteligencia artificial calcula el cortante asumiendo que la carga se distribuye de la losa a las vigas solamente en una dirección y además sin mayorar la carga.
La fórmula de la resistencia a cortante del concreto Vc es correcta sin embargo al hacer El reemplazo de los valores en la fórmula nos encontramos con un valor de resistencia en unidades de esfuerzo cuando las unidades deberían ser de fuerza.
Adicionalmente para que una viga pueda no tener estribos, el cortante solicitante Vmax debe ser menor a un medio de la resistencia a cortante del concreto factorizada 1/2*ɸ*Vc, y no así menor a Vc cómo lo Calcula la I.A.
Del estribo mínimo
Luego de deducir la I.A. que no se necesitan estribos, indica que colocará estribo mínimo. Lo calcula de la siguiente manera:
Nuevamente chatGPT comete errores al mencionar solo parte de la fórmula de acero de estribo mínimo. La fórmula de estribo mínimo está incompleta, siendo la fórmula correcta la corregida en rojo. De hecho la parte roja de la fórmula es la que más adelante domina el diseño.
Del reemplazo de valores de estribo mínmio
Una vez mencionadas las fórmulas de estribo mínimo, la I.A. reemplaza los valores, equivocándose nuevamente:
En esta ocasión, al reemplazar “s” en la fórmula, olvida que el espaciamiento máximo de los estribos debería ser de d/2, donde d = 550 mm según su cálculo anterior. En este sentido el espaciamiento máximo debería ser de 275mm.
Por otro lado como se mencionó antes, ésta no es la fórmula que controla el diseño sino la segunda de 0.35*bw*s/fy, que la I.A. ni siquiera utiliza.
En la pizarra siguiente, ChatGPT calcula el espaciamiento y diámetro de acero a utilizar:
Sin embargo, sigue utilizando la fórmula menos crítica entre las dos fórmulas de acero mínimo.
Para un diseño más adecuado a cortante se debe seguir el algoritmo siguiente: Diagrama de flujo de diseño a cortante para vigas de concreto reforzado.
Del diseño de la losa – Cargas
Se plantea a chat que haga el cálculo de acero en la losa. Para eso se plantea el problema a la I.A. de la siguiente manera:
Al igual que en el caso de vigas, no se ha mayorado la carga viva ni muerta. Además no agrega el peso propio de la losa, que es una carga considerable.
de la losa – Solicitaciones
A partir de las cargas, que ya son incorrectas pues no están factorizadas o mayoradas, analicemos lo que hace chatGPT a continuación:
la I.A. menciona que se hará un análisis de losa armada en dos direcciones. Esto no es coherente con lo que hizo en el análisis de vigas, pues cargó las vigas con una distribución de cargas que apoyaba la losa solo en dos de las 4 vigas (como si la losa trabajara armada en una sola dirección).
Por otro lado, menciona que calculará las solicitaciones de momento flector a partir de la tabla 9.5.3.1 de la ACI 318-19. Lastimosamente esa tabla no existe en la norma.
El cálculo de solicitaciones que realiza la I.A. está en base a un método de cálculo de coeficientes de normativas pasadas de la ACI que tengo explicado en el artículo Método de Marcus o de coeficientes.
Sin embargo aplicando el método mencionado, los coeficientes αx y αy no pueden ser iguales pues la losa no es cuadrada. De hecho los coeficientes deberían ser:
- Para la longitud corta, αx = 0.073
- Para la longitud larga. αy = 0.013
Obviamente con los coeficientes equivocados, las solicitaciones serán incorrectas. De hecho la solicitación en la dirección corta debería ser mucho mayor a la solicitación en la dirección larga. Esto puede comprobarse con el programa que tengo publicado: Programa de cálculo de solicitaciones por el método de Marcus. En la dirección corta y larga se tendrían que obtener, para cargas sin mayorar, una solicitación de:
Mcorta = 18.23 KNm/m
Mlarga = 7.39 KNm/m
Por lo que cualquier acero encontrado a partir de las solicitaciones entregadas por chatGPT estarán erradas. Sin embargo terminemos de analizar su diseño.
de la losa – Aceros
Luego de calcular las solicitaciones, chatGPT calcula los aceros:
Como predijimos, los aceros obtenidos no tienen una coherencia con lo correcto. No puede ser que en la dirección corta se armen los aceros más espaciados que en la dirección larga, siendo que las fuerzas aplicadas en la dirección corta son mayores.
Además que la fórmula de cálculo de aceros a partir del momento solicitante es solo aproximada para propósitos de diseño.
Conclusiones
Como vemos, el cálculo de chatGPT está plagado de errores que aun tienen que ser corregidos con el tiempo. Por lo pronto no podemos fiarnos de los resultados que obtengamos de su análisis.
Vídeo
El mismo análisis lo realizo en el vídeo del enlace siguiente:
autor: Marcelo Pardo
