Herramienta computacional para el diseño y visualización 3D de bocatomas de fondo. Una estrategia de enseñanza-aprendizaje en cursos de acueductos en programas de ingeniería civil

Resumen

Las bocatomas de fondo son estructuras hidráulicas ampliamente utilizadas como obras de captación de agua superficial en acueductos rurales en Colombia. Por ello, es fundamental abordar su diseño en los cursos de acueductos en los programas de ingeniería civil. A pesar de ello, se ha evidenciado dificultad en la comprensión del funcionamiento hidráulico de estas estructuras en estudiantes de pregrado en ingeniería civil. El uso de programas informáticos especializados en diseños hidráulicos, podría complementar las estrategias tradicionales de enseñanza-aprendizaje y facilitar la comprensión del dimensionamiento de este componente. Sin embargo, la mayoría de las herramientas computacionales (HC) disponibles para el diseño de sistemas de abastecimiento de agua, se enfocan en la modelación de redes de distribución de agua y no incluyen asistentes de diseño de otros componentes del sistema como las obras de captación. Para contribuir a abordar esta situación, este trabajo propone una HC para asistir a estudiantes de cursos de acueductos en programas de pregrado en ingeniería civil en el diseño y modelado 3D de bocatomas de fondo. Este trabajo se desarrolló como parte del plan de formación del Semillero de Investigación en Recursos Hídricos y Saneamiento Ambiental de la Universidad Industrial de Santander (UIS), durante el último trimestre del año 2022 y el primer trimestre del año 2023. Para el desarrollo de la HC se utilizó la interfaz de programación gráfica DynamoRevit incluida en el software de modelación Autodesk Revit 2023® y se consideraron criterios de diseño propuestos en la normatividad de Colombia y en la literatura. La HC obtenida permite la visualización 3D de las bocatomas de fondo a partir de modelos paramétricos generados con base en información del sistema de abastecimiento y decisiones tomadas por el diseñador. El carácter gráfico de la interfaz de programación utilizada permite que el usuario interactúe con los parámetros de diseño y modele los cambios entre las posibles configuraciones, dando paso a la posibilidad de exportar la geometría diseñada. Del mismo modo, las geometrías están programadas para cumplir con los criterios de diseño propuestos. La herramienta incluye un manual de usuario con aspectos teóricos sobre el funcionamiento hidráulico de la estructura y lineamientos detallados para la adecuada implementación de la HC. La aplicación demostrativa en dos cursos de pregrado orientados al diseño de acueductos y alcantarillados, permitió evidenciar el interés de los estudiantes hacia el uso de la HC como complemento al desarrollo de la asignatura. Se espera que, en una fase posterior, esta estrategia de enseñanza-aprendizaje pueda ser implementada en cursos de pregrado orientados al diseño de acueductos y pueda evaluarse su efecto en la comprensión del funcionamiento hidráulico de bocatomas de fondo en los estudiantes, al permitirles analizar variaciones en las geometrías considerando diferentes alternativas en su dimensionamiento. Los resultados de este trabajo, a su vez, se articulan con la necesidad de promover la incorporación de modelos de simulación y HC en el proceso formativo de futuros ingenieros civiles, que pueda servir de soporte para ofrecer soluciones integrales en el desarrollo de proyectos de abastecimiento de agua.