El desarrollo de la enseñanza basada tradicionalmente en clases magistrales está adaptándose a los requerimientos del EEES. El empleo de trabajo cooperativo y talleres prácticos son algunas de las herramientas empleadas para complementar la formación. Los laboratorios de modelos estructurales para ensayos destructivos y no destructivos constituyen un excelente complemento a las teorías impartidas en las aulas, permitiendo al alumno asimilar conocimientos mediante la experimentación y transformándole en el  protagonista de su proceso de aprendizaje.

Los modelos a escala reducida permiten analizar y comprender cómo influyen en el comportamiento de las estructuras, las características geométricas, dimensionales, del material y de trabazón en los nudos. Así mismo, es posible comprobar cómo distintos elementos constructivos con función estructural son capaces de presentar respuestas diferentes cuando se consideran distintas hipótesis de carga. Por ello, es posible lograr un avance significativo en la simulación de comportamientos básicos de uniones de los diferentes elementos estructurales explicados en las lecciones teóricas, atendiendo a los distintos criterios de carga, dimensionado y conexión expuestos, permitiendo comprobar visualmente conceptos de transmisión de cargas, deformaciones, inestabilidad por pandeo y variables de las cuales dependen.

Actualmente, herramientas al alcance de nuestros estudiante como la impresora 3D, permite crear modelos con una mayor precisión, lo que facilitará el aislamiento de un comportamiento estructural, objeto de análisis, de otras variables propias de la ejecución de las maquetas. Con la impresión 3D se puede obtener casi cualquier geometría, por compleja que ésta sea. Esta versatilidad ofrece una gran oportunidad a la enseñanza, permitiendo generar material experimental para mejorar el proceso de aprendizaje en el seno de un taller de modelos estructurales y mantener este material para futuras clases.

A través de la creación de modelos y experimentación con ellos, el estudiante fija y profundiza los conceptos vistos en las lecciones teóricas relativos esfuerzos, sistemas estructurales, sistemas constructivos, materiales, tipos de uniones, etc. Fabricando su propio modelo, tomará conciencia de la importancia de la elección de la sección de las barras y de la unión entre ellas. Analizará cómo influyen las diferentes secciones sometidas a distintos sistema de cargas  y cómo se podría mejorar la respuesta de la estructura.

Además, se comprobaran conceptos complejos como la esbeltez y se profundizará sobre la importancia de la estabilidad global y parcial de las estructuras.  y de qué manera decisiones de ejecución en obra puede influir significativamente en el comportamiento final de la estructura. 

Los estudiantes de las Escuelas de Edificación e Ingeniería Civil  de la UPM e Ingeniería Civil y Territorial del CEU tendrán la posibilidad de trabajar en grupo, compartir sus distintos puntos de vista, experimentar y analizar los conocimientos adquiridos en cada uno de los grados.

La actividad de creación de kits estructurales de uniones y de  maquetas a partir de la impresión 3D prete3nde el refuerzo de las competencias específicas de los  distintos grados arriba enunciados, tales como el comportamiento de elementos constructivos, el funcionamiento resistente de las estructuras y los fundamentos de los sistemas constructivos con distintos materiales, además de ahondar en la competencia general de toma de decisiones relacionada con las áreas de la Ingeniería Civil y la Edificación.

La experiencia propuesta para el presente proyecto de innovación educativa, pretende la implicación el alumno en su propio proceso de aprendizaje mediante la experimentación, aplicando los conocimientos teóricos previamente adquiridos. Los estudiantes formarán en grupos de trabajo para ser capaces de construir los modelos propuestos, con unas características determinadas y que satisfagan el reto propuesto. Para ello deberán recopilar, estructurar y poner en valor la información recibida en el aula relativa a esfuerzos, resistencias de materiales y comportamiento en servicio.

Los objetivos generales del proyecto solicitado son:

• Fomentar el aprendizaje colaborativo y experimental a partir de un reto. Los estudiantes pondrán en valor sus conocimientos básicos de arquitectura e ingeniería impartidos en varias asignaturas desde puntos de vista diferentes (constructivo, estructural, económico, sostenible, etc), de forma puedan sacar conclusiones generales y específicas a partir del modelo.
• Implantar el aprendizaje de contenidos basado en retos, establecidos como condiciones necesarias para la consecución del objetivo de la actividad (limitaciones de material, de deformación, etc), permitiendo al alumno una visión más real del diseño de un modelo estructural.

Los objetivos específicos son:

• Mejorar la adquisición de confianza por parte del alumno. El alumno (especialmente en los primeros cursos) ve las estructuras y su construcción a través de representaciones convencionales en la pizarra (barras, apoyos, cargas, nudos), esta simplificación de la realidad suele generar  desconfianza cuando en el futuro debe materializar esas estructuras. A través de este proyecto se pretende dar al estudiante herramientas para mejorar su conocimiento sobre el comportamiento de las estructuras.
• Crear un espacio de intercambio de conocimientos en construcción entre alumnos y docentes de distintas universidades, escuelas y departamentos.
• Permitir la extracción de conclusiones por parte del alumnado a partir de las experiencias relacionadas en el proyecto.
• Obtener  material gráfico que muestre el  comportamiento de distintos modelos estructurales.
• Crear un kit estructural para ilustrar los tipos de uniones con estructuras metálicas a partir de modelos 3D realizados con impresora.
• Generar material docente multimedia para ilustrar las clases de construcción y estructuras.
• Contribuir a la difusión de la experiencia mediante comunicación en Congreso de Innovación educativa y/o publicación de artículo en revista.

Una de las grandes dificultades que las enseñanzas técnicas en el ámbito de la ingeniería y la construcción encuentran en la actualidad es la dificultad de comprensión por parte del alumno de los conceptos físicos que se manifiestan en el comportamiento estructural, sin hacer uso de un fuerte aparato matemático, que resulta ajeno al bagaje de estas carreras más generalistas. La constatación de esta dificultad ha llevado a que a lo largo del tiempo se hayan propuesto diferentes métodos para acometer el estudio de las estructuras en carreras generalistas relacionadas con la edificación tales como Arquitectura, Edificación, Ingeniería Civil ...

No es sencillo el encontrar un elemento o sistema constructivo real y a escala, que el alumno pueda observar, a fin de clarificar los contenidos expuestos de manera teórica en el aula. La actividad propuesta, busca un paralelismo con una experiencia real, en la que el estudiante necesite pasar por todas las fases que conllevan el diseño y proyecto de la construcción de un sistema o elemento estructural. Para ello es necesario una búsqueda previa de información, que le ayude a la elección de un modelo que se adecúe a sus condiciones iniciales. A continuación, el alumno precisa realizar una selección de la forma y del material, atendiendo a criterios técnicos, de economía,  ligereza y adecuación geométrica del elemento a construir..

Al tratarse de una actividad práctica, facilita enormemente la comprensión de conceptos, ya que el resultado de los ensayos es inmediato, tangible y medible. El alumno es capaz de sacar conclusiones a partir de su propia experimentación.

Por otro lado, y basándonos en actividades previas similares, se puede afirmar que la realización de modelos a escala contribuyen a la mejora de la calidad, ya que:

• Las actividades creativas y manuales rompen la rutina de la clase expositiva y de las prácticas escritas y motivan al estudiante.
• La realización de un modelo estructural facilita la compresión de conceptos básicos de estructuras que en ocasiones de difícil compresión.
• La clase es dinámica y permite aprender probando. Pone en relieve los puntos críticos del modelo.
• El procedimiento favorece la participación activa del estudiante y el intercambio de información.
• Se ponen en relieve conceptos aprendidos, y se avanza en futuros contenidos académicos a lo largo del desarrollo de la sesión
• Durante las fases previas a la creación del modelo definitivo, el estudiante trabaja guiado por los docentes en la creación de material, que será valorado y aprovechado para ilustrar diferentes conceptos.
• El reto permite al docente una evaluación de los resultados mientras que los alumnos aprenden jugando y experimentando. En nuestro caso, facilita la valoración de competencias como la creatividad, el trabajo en grupo y la expresión oral.

Dic 18 - ene 19: Búsqueda y preparación de material bibliográfico de referencia y selección de los modelos a desarrollar y compra de material para impresión. Puesta a punto de la impresora 3D y herramientas existentes en el laboratorio.

Feb – mar 19: Impartición y desarrollo de seminarios explicativos al grupo de estudiantes seleccionados de la asignatura Construcción de estructuras de acero y Resistencia de Materiales de las diferentes escuelas.

Feb – mar 19: Trabajo en la preparación y diseño de los modelos a escala, tutelados por el profesorado. Redacción de memoria justificativa de los trabajos realizados.

Feb – mar 19: Impresión 3D de diferentes tipologías de uniones en estructuras metálicas. Análisis del comportamiento de cada una de ellas.

Abril 19: Impresión de los modelos 3D

May 19 Ensayo del modelo, obtención de resultados y conclusiones. Grabación del modelo en vídeo

May-ag´19: Difusión de resultados en artículos y congresos de innovación educativa.

Sep - oct´19: Impartición y desarrollo de seminarios explicativos al grupo de estudiantes seleccionados de la asignatura Construcción de estructuras de hormigón.

Sep - oct´19: Trabajo en la preparación y desarrollo de los modelos a escala, tutelados por el profesorado. Redacción de memoria justificativa de los trabajos realizados.

Nov´19: Difusión de resultados en jornadas, artículos y congresos de innovación educativa. Obtención de conclusiones finales

El proyecto se va a realizar en dos sedes UPM y USPCEU. Cada una de las sedes cuentan con recursos y material docente propio para poder realizar el proyecto. Esto es: 

1. Impresora 3D (UPMy USPCEU)
2. Máquina de corte (UPMy USPCEU)
3. Máquina de control numérico (Solo UPMy USPCEU)
4. máquina universal de 10kN y  pórtico de 500kN. (UPMy USPCEU)
5. Material para grabación y montaje (UPMy USPCEU)

El material elaborado será utilizando los próximos semestres como material de apoyo de una clase invertida, de forma que el futuro estudiante pueda apoyarse en los contenidos revisados preparados por sus compañeros y mejorarlo en futuras convocatorias.

El material que se va a elaborar es: 

La actividad propuesta pretende generar:

•  Kit de uniones a escala de estructuras de acero.
• Maquetas que serán ensayadas con métodos destructivos o no destructivos, dependiendo del resultado final que se pretenda obtener.
• Videos que faciliten el aprendizaje de contenidos sobre comportamiento estructural asociado a distintas soluciones constructivas habituales en la construcción de edificios.

La actividad propuesta va a formar parte de las actividades evaluables del curso de Construcción de Estructuras de Acero del grado en edificación de la Universidad Politécnica de Madrid. Además, se va a solitar además que esta actividad entre a formar parte de las "actividades formativas acreditables del catálogo de la UPM".

Todo el proceso va a estar tutelado y va a ser susceptible de revisión por parte del profesorado de las asignaturas. El alumno deberá ir entregando durante los meses de trabajo justificación y evidencias del itinerario propuesto, en cuanto a la búsqueda de modelos, selección de materiales, trabajo experimental con ensayos previos y definitivos y obtención de resultados y conclusiones de los mismos. Cada uno de los hitos alcanzados estará asociado a una valoración de su trabajo.

La actividad propuesta pretende generar:

•  Kit de uniones a escala de estructuras de acero.
• Maquetas que serán ensayadas con métodos destructivos o no destructivos, dependiendo del resultado final que se pretenda obtener.
• Videos que faciliten el aprendizaje de contenidos sobre comportamiento estructural asociado a distintas soluciones constructivas habituales en la construcción de edificios.

Con las conclusiones del trabajo, se presentara artículos  o comunicaciones en Revistas o Congreso de Innovación Educativa

El proyecto se va a realizar conjuntamente con la Escuela Politécnica Superior de la USPCEU, Escuela de Arquitectura. Ellos cuentan con todos los recursos y materiales docentes que hay en la UPM y con una dilatada experiencia en este tipo de actividades.

La empresa Lanik S.A. colaborará en la evaluación de los mejores modelos.