Tenemos conciencia de que nuestra labor aun no finaliza y que con la misma determinación que al inicio, realizaremos nuestro trabajo y cerraremos con broche de oro esta administración que nos tocó presidir. Nuestra revista cumple una vez más con el procedimiento anual de la Renovación de la Reserva de Derechos al Uso Exclusivo, el cual comprueba que realmente la Reserva se ha utilizado para la difusión periódica de la revista, así como para proteger la exclusividad del título CICDECH. Por otra parte agradezco a nuestros anunciantes por su constante participación en la revista y a los colaboradores que en esta edición contribuyeron con una serie de artículos técnicos y de divulgación que enriquecerán nuestros conocimientos sobre la erosión en las curvas de ríos, asfaltos modificados con polímeros, planeaciones estratégicas en caso de inundaciones, la importancia y los desafíos de las energías renovables, las grietas como factor de falla en los pavimentos, la formación de las islas del calor en zonas urbanas, el uso de los automóviles a través de la historia y las frases célebres sobre tecnología. Finalmente quiero agradecer al Ing. Francisco Javier Castañeda Garay, Gerente de Ventas de la Región Norte de Grupo Calidra por habernos concedido la entrevista de esta edición.
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N
os encontramos en la recta final de nuestra administración como el XXXI Consejo Directivo, la cual estará caracterizada por una serie de actividades de vital importancia para nuestra vida colegial, así mismo iniciamos el proceso electoral que como cada dos años estatutariamente se debe llevar a cabo; esperamos que el proceso que nos toca arroje buenos resultados hacia nuestro Colegio.
Misión de la Revista CICDECH
“Presentar un modelo de excelencia para proyectar la contribución del Ingeniero Civil en el desarrollo de la sociedad y promover la actualización técnica, desarrollo humano y ética profesional de los socios del Colegio”.
CICDECH, Año 25, Núm. 156, septiembre/octubre 2017, es una publicación bimensual editada por el Colegio de Ingenieros Civiles de Chihuahua, Chih., A.C., Av. Politécnico Nacional No. 2706, Col. Quintas del Sol, C.P. 31250, Chihuahua, Chih., Tel: (614) 4300559 y 4300865, www.cicchihuahua. org. Editor responsable: Dr. Fernando Rafael Astorga Bustillos. Reserva de Derechos al Uso Exclusivo No. 04–2015072116021400-102, ISSN 2448-6361, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor. Certificado de Licitud de Título y Contenido con No. 16680, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Impresa por Carmona impresores, Blvd. Paseo del Sol #115, Jardines del Sol, 27014 Torreón, Coah. Distribuida por el Colegio de Ingenieros Civiles de Chihuahua, Chih., A.C., Av. Politécnico Nacional No. 2706, Col. Quintas del Sol, C.P. 31250, Chihuahua, Chih. Este número se terminó de imprimir el 30 de agosto de 2017 con un tiraje de 2,000 ejemplares. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del Colegio de Ingenieros Civiles de Chihuahua. Los contenidos podrán ser utilizados con fines académicos previa cita de la fuente sin excepción.
Edición bimensual Año 25, Núm. 156 Septiembre/Octubre 2017
Revista del Colegio de Ingenieros Civiles de Chihuahua, Chih., A.C. Av. Politécnico Nacional No. 2706 Chihuahua,Chih. México Tels. (614) 4300559 y 4300865
Chihuahua, Chih., A los socios, favor de enviar sus colaboraciones a: ingenieros@cicchihuahua.org El contenido de los artículos es responsabilidad de los autores. www.cicchihuahua.org
M.I. Arturo Alejo Tepate Dr. José Francisco Armendáriz López I.C. Eduardo Hernández Samaniego I.C. Mario Arturo López Santa Anna I.C. Ricardo Luján Peña
CREATIVOS
Consultoría, comunicación & rp Av. San Felipe No. 5 Chihuahua, Chih., México Tel. (614) 413.9779 www.roodcomunicacion.com
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La erosión en las curvas de ríos C. Dr. Antonio Campa Rodríguez
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Asfaltos modificados con polímeros I.C. Ricardo Luján Peña
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A mayor planeación menor inundación I.C. Eduardo Hernández Samaniego
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La erosión en las curvas de ríos C. Dr. Antonio Campa Rodríguez Secretaría de Comunicaciones y Obras Públicas del Estado de Chihuahua CICDECH Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
Importancia y desafíos de las energías renovables Dr.José Francisco Armendáriz López
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Entrevista Ing. Francisco Javier Castañeda Garay Gerente de Ventas de la Región Norte de Grupo Calidra
La grieta como factor de falla en los pavimentos M.I. Arturo Alejo Tepate
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Isla de calor urbana
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Mortero asfáltico “slurry seal” y microaglomerados
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l flujo en los tramos curvos de los ríos provoca una interacción entre el gradiente vertical de la velocidad y la curvatura del flujo principal, esta interacción provoca corrientes secundarias, las que originan mayores velocidades, tirantes y por consiguiente mayores esfuerzos cortantes en el lado exterior de la curva. Esto genera una socavación incrementada en la parte exterior de la curva y mayor material depositado en los flujos más lentos del lado exterior.
M.I. Guadalupe Estrada Gutiérrez
I.C. Mario Arturo López Santa Anna
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M.D.U. Luis Carlos Máynez Hernández
Figura 1. Erosión de las curvas en los ríos. Frases célebres de tecnología I.C. y M.A. Miguel Arturo Rocha Meza
CON TENI DO
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La rebelión de las máquinas
Cuantificación de la socavación en curvas Lacey (1930) adoptando una sección transversal semielíptica, consideró para ello diferentes clases de secciones transversales que puede asumir un río con curvatura variable. La sección semielíptica fue mantenida para que el perímetro mojado y el área hidráulica se conservaran sin cambio al variar la curvatura, misma que imponía diferentes grados de traslación lateral en la frontera del canal. Lacey (1930) presentó un resumen de la influencia de la curvatura de un cauce con el tirante máximo (Tabla 1) donde Ybs, es el tirante máximo en la curva y R es el radio hidráulico. Neill (1973) presenta los coeficientes (Tabla 1) que recomienda para estimar el tirante natural máximo a partir del tirante de la sección media.
Galay et. al. (1987) encontraron que el tirante máximo en curvas resistentes (margen exterior no erosionado) con ángulo de 60° en ríos con lechos de grava pueden estimarse con:
Maynord (1996) propuso una expresión equivalente a la anterior, pero con mayor ajuste de datos: Ecuación No. 5 HIDROLOGÍA
Ecuación No. 1
Maynord (1996) opina que la ecuación No. 4 es conservadora para la mayoría de los datos medios, en particular para corrientes relativamente pequeñas que tienen avenidas de menor duración. Al incorporar la relación W/Yu en las expresiones de socavación en curva, el análisis de regresión de los datos de Thorne y Abt (1993) y de Maynord y Hubard (1993) indica una ecuación con mayor ajuste: Ecuación No. 6
Tabla 1. Efecto de la curva en el tirante máximo (Ybs es el tirante máximo en la curva y R es el radio hidráulico). También encontraron que los tirantes equivalentes en curvas con ángulos de 100° pueden calcularse con la ecuación: Ecuación No. 2 Thorne (1988) encontró que la socavación en una investigación de más de 70 curvas de un tramo del río Rojo, entre Arkansas y Louisiana, en los Estados Unidos se puede estimar mediante la siguiente ecuación: Ecuación No. 3
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Para la utilización de esta ecuación en fines de diseño, dentro de los rangos indicados, Maynord (1996) recomienda la adopción de un factor de seguridad igual al 1.19 si se desea que sólo el 2% de las predicciones no sean conservadoras o del 1.08 para un 10% de predicciones no conservadoras; si el factor de seguridad se elige de 1, las predicciones no conservadoras se elevan a un 25%. Maynord (1996) también recomienda que para un valor de rc/W < 1.5, se utilice rc/W. Para W/Yu < 20, se utilice W/Yu = 20. Los análisis de Maynord están dirigidos a corrientes con lechos arenosos, pero también son recomendables para gravas. Recomendaciones La ecuación que se recomienda utilizar es la No. 6 para la estimación de la socavación por el efecto de la curva del río. Si los rangos de aplicación no se cumplen se recomienda utilizar la ecuación No. 3 o la No. 5.
El Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos (1994) con base a datos de socavación en curvas derivadas de estudios realizados en el río Mississipi (Maynord y Hubard, 1993; Thorne y Abt, 1993) sin incluir datos de laboratorio de estos últimos presenta una ecuación de diseño para los tirantes máximos en curvas: Ecuación No. 4
Referencias Manual de Socavación en puentes Fascículo I. (2015) Asociación Mexicana de Ingeniería en Vías Terrestres, A.C. HEC-18,( 2012). Evaluating Scour at Bridges Fifth Edition, Publication No. FHWA-HIF-12-03, U.S. Department of Transportation. Federal Highway Administration. Maza J.A. (1968). Socavación en cauces Naturales. Instituto de Ingeniería de la UNAM.
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INGENIERÍA CIVIL 06
E
l aumento de las exigencias de transportación de mercancías y personas vía terrestre somete los recubrimientos asfálticos de las carreteras a un mayor esfuerzo, lo que ha obligado a los responsables de la construcción y mantenimiento de la red vial a mejorar la calidad de materiales a emplear para tratar de adecuarse a las demandas actuales del tráfico. Esta adaptación se está llevando a cabo mediante una mejor selección de materiales, diseño de mezclas asfálticas y en las técnicas de fabricación, colocación y compactación de las carpetas de rodamiento.
25%. Así mismo pueden emplearse distintos tipos de asfalto los más usuales son AC-30, AC-20 y AC-10, de acuerdo a las normas de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes vigentes pero también pueden utilizarse asfaltos modificados con polímeros. ¿Qué son los polímeros? Los polímeros son sustancias macromoleculares formadas por la asociación de una gran cantidad de moléculas sencillas.
I.C. Ricardo Luján Peña Universidad Autónoma de Chihuahua/ Facultad de Ingeniería CICDECH Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
Asfaltos modificados
con polímeros
Dentro de la denominación de mezclas asfálticas se engloban un conjunto de materiales utilizados en la construcción de pavimentos (flexibles o semi-flexibles dependiendo de su módulo) de muy diversas características, pero que tienen en común estar formados por una combinación precisa de agregados pétreos y asfaltos, de manera que todas las partículas queden cubiertas de forma homogénea por una película de éste. En la fabricación de las mezclas asfálticas los agregados pétreos se clasifican mediante cribas o mallas en fracciones uniformes a partir de las cuales se compone la granulometría elegida. Los asfaltos intervienen en proporciones muy variables en función del tipo de mezcla, pero pueden situarse entre el 3 y el 10% sobre el peso de los agregados y en volumen la proporción se sitúa entre el 8 y el
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Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases. Atendiendo a su estructura y propiedades se clasifican en tres grandes grupos: •Termoplásticos •Termo-endurecibles •Elastómeros
Termoplásticos Son polímeros solubles que se reblandecen por la acción del calor y pueden llegar a fluir después de enfriados, pueden volver a moldearse repetidamente bajo la acción del calor, conservando en gran parte sus propiedades intrínsecas a lo largo de estos tratamientos. Los más comunes son: polietileno (PE) polipropileno (PP) policloruro de vinilo (PVC) poliestireno (PS) copolímeros de etileno-acetato de vinilo (EVA) y poliamidas (PA). Termo-endurecibles Son polímeros formados por reacción química de dos componentes (base y endurecedor) dando lugar a una estructura entrecruzada, por lo que no pueden ser recuperados para volver a utilizarse. Los más comunes son: resinas fenólicas, resinas epoxi, resinas de poliéster, resinas de poliuretano.
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Elastómeros o cauchos Son polímeros lineales amorfos, generalmente insaturados que al someterlos al proceso de vulcanización adquieren una estructura reticulada parcialmente que le confiere sus propiedades elásticas. Vulcanización: acción que consiste en mezclar azufre con el caucho para aumentar su resistencia y conservar su elasticidad. Los cauchos de uso más generalizado son: caucho natural (NR) cauchos de etileno-propileno (EPDM) cauchos de butadieno-estireno (SBR) cauchos de policloropreno (CR) y elastómeros termoplásticos (SBS). Estructura de polímeros
Dada la gran variedad de polímeros comerciales existentes con composición química y propiedades diferentes, pensaríamos que las posibilidades de modificación de los asfaltos con polímeros son muy grandes; pero el campo se reduce porque no todos los polímeros son compatibles con los asfaltos. Los polímeros empleados de forma más generalizada para modificar cementos asfálticos son el caucho natural (NR) los copolímeros de etileno-acetato de vinilo (EVA) y los elastómeros termoplásticos de butadieno-estireno (SBS). Sin embargo, al modificar debemos conocer que:
Las principales razones para usar la modificación del asfalto con polímeros son: 1.- La certeza de que la calidad del asfalto ha cambiado desde la década de 1980. 2.- Los factores de tráfico se han incrementado: • Cargas más pesadas. • Más altos volúmenes de tránsito. • Más altas presiones de inflado en las llantas. 3.- Cantidad y calidad de períodos de mantenimiento debido a recortes de presupuesto. 4.- Los altos costos en la construcción de pavimentos han creado la tendencia de reducir los espesores de las carpetas, reduciendo también la vida de servicio. 5.- Presiones ambientales y económicas para la disposición de desperdicios industriales.
• Compatibilidad-asfalto y modificador deben de coexistir como sistema y que combinados se comporten de acuerdo a lo planeado. • Estabilidad en almacenaje, un sistema en donde ninguno de los componentes pierda su función durante el almacenaje. Un polímero es compatible con el asfalto cuando la heterogeneidad de la mezcla no se puede apreciar por un simple examen visual. En caso de no haber compatibilidad se daría una separación de fases que evitaría que el polímero transfiriera sus propiedades al asfalto. El tiempo que la mezcla debe permanecer sin separación de fases apreciable debe ser el suficiente para que sea transportada y aplicada. La compatibilidad de los polímeros termoplásticos y de los cauchos sin vulcanizar con los asfaltos se ha estudiado y se determinó que son compatibles y dan lugar a sistemas estables cuando sus parámetros son del mismo orden de magnitud. Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
Una vez realizada la elección del asfalto y del polímero es necesario dispersarlo correctamente en el seno del asfalto para obtener una mezcla con buenas propiedades, lo que exige la elección del procedimiento de mezclado así como de las condiciones operativas idóneas, de forma que se obtenga un asfalto modificado con buenas características mecánicas y reológicas, homogéneo y estable. 08
Entre las aplicaciones más frecuentes de los asfaltos modificados con polímeros se encuentran las siguientes: • Tratamientos superficiales mediante riegos con gravilla en vías de fuerte intensidad de tráfico y con temperaturas extremas, en los que el asfalto debe tener una buena cohesión en un amplio intervalo de temperatura con el fin de evitar el deslizamiento de los agregados pétreos en el verano así como la pérdida de gravilla en el invierno. • Mezclas drenantes que deben presentar una buena cohesión, resistencia a las deformaciones plásticas y una buena resistencia al envejecimiento y al agua a pesar de su elevado contenido de vacíos. • Superficies de rodamiento en tramos con gran intensidad de tráfico pesado y canalizado, como las vías lentas y carriles de ascenso que requieren de buena resistencia, tanto a las deformaciones plásticas como a la fatiga. • Mezclas para pavimentos en los que se requiera de una gran impermeabilidad o permeabilidad, buena flexibilidad y poca susceptibilidad a la temperatura. • Mezclas resistentes y rugosas para capas delgadas (en las que la macrotextura se obtiene con granulometrías discontinuas, una elevada proporción de gravilla y la resistencia mecánica y con limos de buena calidad, elevado porcentaje de filler) con elevada cohesión.
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• Riegos negros en carreteras de fuerte tráfico, para evitar el deslizamiento provocado por la exudación del asfalto y para proporcionar la cohesión y evitar desprendimiento de gravilla, especialmente en las de mayor tamaño máximo del pétreo. • Riegos de liga para geotextiles o membranas absorbentes de tensiones o SAMI´s (Stress Absorving Membran e Interlayers) que deben tener buena resistencia y flexibilidad para absorber las tensiones de la capa subyacente y evitar la reflexión de grietas. En todo tipo de mezclas los asfaltos modificados permiten mayores deformaciones a temperaturas medias y bajas medidas mediante el ensayo a tensión indirecta (ITT). Las mezclas con asfaltos modificados aumentan en casi todos los casos las resistencias a la fatiga y disminuyen el módulo de las mezclas. En conjunto dan mayor vida de servicio. En todo tipo de mezclas los asfaltos modificados mejoran la resistencia a las deformaciones permanentes. El uso de asfaltos modificados permite aumentar los porcentajes de asfalto sin producir escurrimientos, lo que permite dosificar mezclas más ricas para capas de rodadura y menos susceptibles al envejecimiento. Unos asfaltos son mejores que otros y el que un asfalto sea modificado no garantiza una mayor durabilidad. Deben efectuarse los ensayos de laboratorio correspondientes. Es importante mencionar que aún no existen tramos en los que se comparen mezclas elaboradas con asfaltos convencionales y mezclas fabricadas con asfaltos modificados con polímeros que permitan observar y comparar su comportamiento y definir su campo de aplicación. Bibliografía: https://www.textoscientificos.com/polimeros/introduccion Asociación Mexicana del Asfalto/Dr Jorge Cepeda Aldape www.amaac.org.mx/archivos/eventos/1cma_1999 Asociación Mexicana del Asfalto/Ing. Rafael A. Limón Limón. Asfaltos de la Frontera Mexicana del Asfalto/Ing. Rafael A. Limón Limón.
HIDROLOGÍA 10
A mayor planeación
menor inundación I.C. Eduardo Hernández Samaniego Universidad Nacional Autónoma de México/ Instituto Mexicano de Tecnología del Agua CICDECH Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
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e entiende inundación como todo evento en el cual el agua llega o se encuentra en un lugar donde comúnmente no lo está y aunque no es necesario, regularmente causa afectaciones, éstas son la razón de los estudios referentes a las inundaciones que buscan: prevenir, mitigar y erradicar las afectaciones por inundaciones pues los efectos por fenómenos hidrometeorológicos son los que a nivel mundial y de manera histórica han causado mayores pérdidas humanas, afectaciones económicas y debido al actual contexto de cambio climático tenderán a incrementarse. Desde los primeros asentamientos humanos, cuando los pueblos evolucionaron de nómadas a sedentarios los más antiguos habitantes se dieron cuenta de sus necesidades hídricas, agua potable, saneamiento así como manejo de aguas pluviales y posteriormente en la medida que las ciudades crecieron necesitaron mayores servicios pues entre más grande era la ciudad la demanda era cada vez mayor, así se fue requiriendo que las obras a construir contaran con mayor grado de diseño y empezaron a ser planeadas antes de ser construidas, ya que las obras antiguas no cumplían con los requerimientos contemporáneos ni futuros de la urbe, la cual estaba en constante crecimiento. Con esto se comenzó a comprender que cualquier obra de manejo de aguas pluviales es mejor y más eficiente si cuenta con una adecuada planeación. Como dijo Alan Lakein: “Planear es traer el futuro al presente de tal manera que podamos hacer algo al respecto.” En el caso de las inundaciones puede entenderse como “Traer al presente el potencial futuro de los fenómenos hidrometeorológicos a manera de poder prever y mitigar sus afectaciones”. Existen muchos tipos de planeación, en cuestiones pluviales denotaremos tres: planeación o planificación urbana, planeación administrativa y planeación estratégica.
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Planificación urbana Como su nombre lo dice, está enfocada a la urbe, a la ciudad. Tiene como fin guiar el desarrollo y regular el crecimiento de una ciudad para potencializar sus fortalezas, prever afectaciones por amenazas, busca propiciar la mayor calidad de vida para sus habitantes con los menores efectos adversos e impacto al medio ambiente. La planificación urbana tiene una gran importancia en la mitigación de afectaciones pluviales ya que una de las principales razones de estos problemas en cuencas urbanas es por cómo se ha ido cambiando indiscriminadamente el uso de suelo de las mismas. Conforme la cuenca se urbaniza aumenta su densidad, lo que incrementa su superficie impermeable reduciendo la infiltración y disminuyendo el coeficiente de rugosidad de la superficie, por ende su respuesta hidrológica se modifica, teniendo como resultado mayores volúmenes y velocidades de escurrimiento en un menor tiempo. A través de la planificación urbana se puede dar un correcto y paulatino cambio de uso de suelo y se pueden gestionar acciones preventivas, estructurales o no estructurales, que consigan una urbanización con el menor impacto hidrológico posible. Ejemplo de estas prácticas en su forma no estructural pueden ser planes de ordenamiento territorial en los que se contemple la construcción de estructuras de detención o retención, encausamientos de arroyos y otras obras de manejo de aguas pluviales en las zonas hacia donde se proyecte el crecimiento de la ciudad. Otro ejemplo es la gestión de leyes o reglamentos que exijan a desarrollos habitacionales garantizar que el
hidrograma de salida de su predio sea el hidrograma pre urbanizado. Planeación administrativa La mayoría de las grandes obras para mitigar afectaciones pluviales son gestionadas mediante recursos públicos como Proyectos o Planes de Inversión Pública (PPIP) por lo que deben de contar con un análisis y evaluación socioeconómica de los mismos; dicho en otras palabras, debido a que el dinero invertido en estos proyectos es en sí de todos los integrantes de la sociedad se debe garantizar su óptima aplicación. Esta planeación se lleva a cabo cuando los revisores, integrantes del ente gubernamental que autoriza el presupuesto para la construcción de las acciones estructurales analizan al menos tres propuestas de solución a un problema específico de inundaciones, tomando en cuenta que son mejores las acciones preventivas (antes del problema) sobre las correctivas (justo antes del problema) o reactivas (durante o después del problema) buscando a su vez la mayor calidad y correcto diseño técnico con base en estudios hidrológicos, hidráulicos, estructurales, geotécnicos y otros. Por último se compara la viabilidad socioeconómica de los proyectos mediante un estudio que identifique los costos y beneficios de cada proyecto, analizando la situación actual, situación sin proyecto y situación con proyecto de cada propuesta de solución. Planeación estratégica Esta planeación va de la mano con la resiliencia; es decir, la capacidad de un ente, en este caso una ciudad, para resistir, adaptarse, recuperarse y retroalimentarse de un evento o fuerza adversa que trata de “deformarla” o afectarla, en este caso las inundaciones. En esta planeación están incluidas las estrategias adoptadas por el gobierno y autoridades para afrontar un evento derivado de una inundación, como son planes de acción ante contingencias hechos con base a registros históricos y mapas de vulnerabilidad y peligro hidráulico por lluvia para priorizar las zonas donde se requerirá ayuda humanitaria, albergues o crear rutas a los mismos e identificar zonas donde se carece de asistencia médica o servicios.
Es muy importante esta planeación, pues se entiende y se acepta no sólo que la contingencia puede ocurrir, sino que se toma como premisa que en algún punto va a ocurrir, por lo que se debe estar preparado y saber actuar en el momento. Asimismo, una vez que ha pasado la contingencia enfoca sus esfuerzos en retroalimentarse de este suceso para no sólo recuperarse sino mejorar y así estar mejor preparado para contingencias futuras. Estas tres planeaciones son las de mayor impacto en la mitigación de afectaciones por inundaciones. Sin embargo, también es válido considerar como planeación preventiva cambiar el concepto que se tiene como sociedad sobre las inundaciones. La mejor acción preventiva en este caso sería entender que el derecho natural del agua está por encima del derecho jurídico del hombre, pues éste último lo creó el hombre, sin embargo la naturaleza creó al hombre. Esta época es como las anteriores en las que tenemos un mejor y mayor desarrollo tecnológico que nos permite un más amplio conocimiento y comprensión de los fenómenos que nos rodean, es momento de que cambie la mentalidad de “someter” las fuerzas de la naturaleza y que enfoquemos los esfuerzos científicos y tecnológicos en conocerla aún más para poder planear cómo convivir con ella, en especial con los fenómenos relacionados con el agua, que son los más caprichosos. Tomando en cuenta todo lo anterior y para concluir se afirma que “los desastres naturales no existen”, la lluvia y el agua no son un desastre sino la naturaleza misma; el desastre es que no sepamos convivir con ellas, anticiparnos a sus efectos y prever sus consecuencias.
Lo importante no es cuanto conozcamos al agua, sino como sepamos convivir con ella.
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DESARROLLO SUSTENTABLE 12
Importancia y desafíos de las
energías renovables Dr. José Francisco Armendáriz López Instituto Tecnológico de Chihuahua II CICDECH Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
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a generación de calor y electricidad son los principales contribuyentes de emisiones contaminantes en el sector de la construcción. En nuestros días, esta afirmación representa dos problemas en uno.
Por un lado, la problemática ambiental exige elaborar estrategias para amortiguar los impactos de los combustibles fósiles. Asimismo, la dificultad de suministro energético plantea la necesidad de identificar soluciones a corto, mediano y largo plazo. Las energías renovables representan la alternativa principal para dar solución a ambos inconvenientes. Sin embargo, los proyectos de energías renovables requieren de considerar aspectos técnicos, económicos, ambientales y sociales. Omitir evaluaciones con estas características pondría en entredicho un desarrollo sostenible real. Generar métodos y herramientas para medir y comparar impactos es complejo. Ejemplo de ello es que entre 2009 y 2016 la Agencia Internacional de Energía publicó tres versiones de una metodología para la evaluación del impacto ambiental de las tecnologías fotovoltaicas. Desde una perspectiva ambiental las emisiones contaminantes de las energías renovables han demostrado ser inferiores a las fuentes de energía fósil. Los científicos han asociado las emisiones de gases de efecto invernadero más bajas a las tecnologías eólicas instaladas en el mar. A nivel internacional las plantas de gas natural con la tecnología de ciclo combinado son la fuente de energía fósil de menor impacto. No obstante, sus emisiones contaminantes son cuatro veces superiores a la fuente renovable (biomasa) de peor desempeño ambiental. La tecnología predominante a nivel nacional es precisamente la de ciclo combinado con un 57%. Mientras que las energías renovables producen el 17% de la electricidad. Para el año 2030 se espera que las energías renovables produzcan alrededor del 30%. Ante la incertidumbre del abastecimiento de combustibles fósiles y un incremento del 56.1% de la demanda de electricidad a finales de la próxima déca-
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da en territorio nacional, es recomendable desarrollar una política que propicie la incorporación de tecnologías de energías renovables en los sectores industrial, comercial y habitacional.
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A continuación se abordarán de manera general las fuentes renovables de energía más representativas: Energía eólica Es la de menor impacto ambiental, principalmente cuando se instala mar adentro. En países desarrollados es más económica que las tecnologías de fuentes fósiles. Su potencial de mejora radica en disminuir su impacto en el paisaje y mejorar su proceso de instalación y mantenimiento. La utilización de mini eólicas en el sector de la construcción es una alternativa importante; aunque la investigación en su innovación y desarrollo será fundamental para su consolidación. Energía hidroeléctrica Económicamente cuenta con una paridad económica frente a tecnologías de fuentes fósiles. Sus emisiones contaminantes tienen el segundo lugar después de la energía eólica; sin embargo, los proyectos con esta tecnología deben cuidar aspectos de impacto en la flora, fauna y paisaje en general. Energía geotermoeléctrica Su costo económico es competitivo en países desarrollados. Ambientalmente, su impacto es promedio entre las energías renovables. México es uno de los países con mayor potencial y con mayor capacidad instalada a nivel mundial. Los proyectos con esta tecnología deben estar respaldados por un análisis cuidadoso; se ha demostrado la relación de la energía geotermoeléctrica con movimientos sísmicos y a la liberación de sustancias tóxicas. En el sector de la construcción se ha utilizado el calor del subsuelo para climatización (calefacción o refrigeración) a través de un dispositivo de bomba de calor. Energía de biomasa El CO2 capturado por las plantas durante toda su vida es re-emitido al momento de ser quemadas. Por ello, en principio se considera que la biomasa tiene emisiones contaminantes neutras. No obstante, para procesos industriales sus emisiones reales son mayores por los químicos que se le agregan con el propósito de incrementar su eficiencia. Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
Para evitar agregados químicos se ha empezado a utilizar la pared celular de las plantas (lignocelulosa) aunque aún se tienen problemas tecnológicos para su extracción y lograr su consolidación. El uso de biomasa ha incrementado su popularidad en los últimos años para diversos usos industriales. Su principal inconveniente es que las naves industriales tienen que adaptarse para incorporar espacios de almacenamiento. Energía solar 14
Las tecnologías térmicas cuentan con una situación económica y ambiental competitiva. En contraparte, las tecnologías fotovoltaicas aún tienen un margen importante de mejora ambiental; económicamente representan una inversión económica interesante en el sector comercial e industrial. Es interesante el proyecto fotovoltaico piloto de Puertecitos en Mexicali, Baja California; en donde ante la inviable dotación de electricidad por su lejanía, se ha logrado mantener viva una comunidad. Finalmente, es indudable que las energías renovables jugarán un papel clave para amortiguar el impacto del cambio climático. Posiblemente los futuros proyectos se conformarán por el uso mixto de tecnologías y fuentes renovables de energía. Aún se está lejos de alcanzar la consolidación de metodologías para la evaluación y aplicación de energías renovables en proyectos a diferentes escalas. A pesar de ello, será fundamental su incorporación sistemática en el sector de la construcción.
Referencias Amponsah, N. Y. et al. (2014) Greenhouse gas emissions from renewable energy sources: A review of lifecycle considerations. Renewable and Sustainable Energy Reviews; 39: 461–475. Asdrubali, F. et al. (2015) Life cycle assessment of electricity production from renewable energies: Review and results harmonization. Renewable and Sustainable Energy Reviews; 42: 1113–1122. Bonou, A. et al. (2016) Life cycle assessment of onshore and offshore wind energy-from theory to application. Applied Energy; 180: 327–337. Cuervo, L. et al. (2009) Lignocelulosa Como Fuente de Azúcares Para la Producción de Etanol. BioTecnología, 13: 11-25. Muench, S. y Guenther, E. (2013) A systematic review of bioenergy life cycle assessments. Applied Energy; 112: 257–273. Prospectiva del Sector Eléctrico Nacional, 2015-2029. Secretaria de Energía en https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/44328/Prospectiva_del_Sector_Electrico.pdf. Roux, C. et al. (2016) Integrating climate change and energy mix scenarios in LCA of buildings and districts. Applied Energy; 184: 619–629. Tahseen, S. y Karney, B .W. (2017) Reviewing and critiquing published approaches to the sustainability assessment of hydropower. Renewable and Sustainable Energy Reviews; 67: 225–234. Tomasini-Montenegro, C. (2017) Life cycle assessment of geothermal power generation technologies: An updated review. Applied Thermal Engineering; 114: 1119-1136. Welfle, A. et al. (2017) Generating low-carbon heat from biomass: Life cycle assessment of bioenergy scenarios. Journal of Cleaner Production; 149: 448-460.
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Ing. Francisco ENTREVISTA
Javier Castañeda Garay Gerente de Ventas de la Región Norte de Grupo Calidra
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l Ing. Francisco Javier Castañeda Garay, Gerente de Ventas de la Región Norte de Grupo Calidra concedió una entrevista para la revista CICDECH en la que habló acerca de la historia de la empresa, las ventajas de la estabilización de los suelos con cal, el trabajo que ha realizado en el estado de Chihuahua y de las estrategias que dentro de la empresa se han utilizado para cuidar el medio ambiente.
El ingeniero Castañeda Garay cuenta con una amplia experiencia en el tema de suelos y forma parte de diversas asociaciones que respaldan sus conocimientos como la Asociación Mexicana de Ingeniería en Vías Terrestres A.C. (AMIVTAC), Asociación Mundial de Carreteras (PIARC), Sociedad Americana de Ciencia de los Suelos (SSSA), el Consejo de Investigación del Transporte (TRB) y participa en el AFS40 del Comité Permanente de Interacción de Subsuelo y Estructura de Suelos. Respecto a su labor dentro de Grupo Calidra comentó: “Como Gerente de Ventas de la Región Norte ofrezco apoyo y asesorías para obras de infraestructura referente a la estabilización de suelos”.
“Grupo Calidra inició sus operaciones hace más de cien años en la zona de Apasco en el Estado de México y gracias a su dinamismo y perseverancia en la práctica de las mejores tecnologías, así como a una actitud de servicio esmerado que lo distinguen, la empresa ha expandido sus operaciones por
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todo el territorio nacional y parte de América Latina con plantas en Honduras, Perú, Colombia y Argentina lo cual la ha consolidado como la industria productora de cal más importante de Latinoamérica”. Por ejemplo, en el estado de Chihuahua gracias a la estrecha colaboración que Grupo Calidra ha tenido con el Colegio de Ingenieros Civiles de Chihuahua la empresa realizó un tramo de prueba en la calle Radar de la colonia las Torres para Obras Públicas del Municipio, donde el laboratorio LACOSA fue el encargado de avalar los resultados logrados, respecto al proyecto el Ing. Castañeda Garay agregó: “Se partió de un suelo natural con un Valor Relativo de Soporte (VRS) que variaba de 10 a 15 y se logró incrementar a valores de 240 hasta 280, sin duda una transformación mucho más que satisfactoria. Debido a la alta reacción de la cal con ese material se obtuvieron los resultados con sólo un 2% en peso de cal con respecto al peso del suelo utilizando Estabilical OX”. La importancia de la cal a lo largo de la historia del ser humano se puede comprobar a través de las construcciones de las civilizaciones antiguas, ya que ha sido fundamental debido a que es materia prima del acero, vidrio, pinturas y otros materiales que son esenciales en la construcción, mientras que en la obra se encuentra empleada en la elaboración de morteros para recubrimientos y junteo que pueden emplearse con la seguridad que ofrece el testimonio de construcciones que datan de miles de años como la Muralla China, el
Partenón, el Coliseo Romano, las pirámides, así como las fortalezas y catedrales. Con el paso del tiempo diversos estudios han demostrado los beneficios de estabilizar los suelos con la cal, por ello en la actualidad sigue siendo uno de los principales materiales empleados en las construcciones. Respecto a la estabilización de los suelos el Ing. Castañeda Garay comentó: “Los suelos tienen por naturaleza una carga eléctrica negativa, esto hace que atraiga iones de carga positiva y en su entorno normalmente son atraídos iones como el potasio y el sodio; por supuesto dada la bipolaridad del agua, la zona de carga positiva de la molécula del agua es atraída por el suelo. Al ser fenómenos de superficie este efecto se exponencía al tratarse de partículas muy pequeñas como las arcillas. La cal al entrar en disolución en la fase
acuosa del suelo libera cationes de doble carga positiva que en primera instancia remplazan a los cationes adheridos a la superficie del suelo disminuyendo la capa difusa y la repulsión entre partículas, esto provoca la aglomeración y floculación de partículas que la hacen más compacta y menos susceptible a los efectos del agua para evitar que durante los ciclos de humectación y secado las contracciones y expansiones del suelo debiliten su estructura. En segundo término se da inicio a reacciones puzolánicas (cementantes) lo cual brindará una ganancia progresiva en la capacidad de soporte del suelo”.
“En la edificación la estabilización es importante debido a que con ella se logran plataformas de trabajo bastante confiables, se evita el asentamiento del suelo y con ello el fracturamiento que se observa en las viviendas cuando se tienen asentamientos diferenciados. Las contracciones y expansiones que se tienen con suelos arcillosos son resueltas mediante la estabilización. El índice plástico del suelo se reduce de manera considerable”. Por otra parte, el Ing. Castañeda Garay compartió que dentro de las plataformas industriales también es de gran utilidad el uso de la cal: “Es muy común en zonas fronterizas encontrar proyectos donde viene especificado su uso, debido a que los diseñadores de otros países han estado bastante familiarizados y satisfechos con la cal por citar algunos ejemplos tenemos la armadora de autos KIA, la ampliación de la planta LEGO en Nuevo León, la planta de Heineken en Meoqui, Chihuahua; entre otros”.
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Para finalizar el ingeniero habló sobre las estrategias que grupo Calidra realiza para preservar el cuidado del medio ambiente: “La cal es un material con un ciclo cerrado, lo que le confiere la característica de ser un material sustentable, participamos entusiastamente por convicción en programas de certificación ambiental y de seguridad nacionales e internacionales para garantizar un uso sustentable de los recursos y procesos seguros para nuestros trabajadores, logrando así el cumplimiento de la legislación nacional y estándares internacionales en medio ambiente, seguridad en el trabajo y responsabilidad social. El uso de la cal en la estabilización de suelos en sí, contribuye de manera importante en materia ecológica. Cuando se estabilizan suelos se aprovecha el material de sitio evitando alterar el equilibrio ecológico que implica la utilización de materiales de banco, el uso de energéticos y las emisiones contaminantes debidas al traslado de materiales y el deterioro de las vialidades por el tránsito pesado”.
Existen suelos que de forma natural presentan características muy plásticas y baja capacidad de soporte, sus propiedades son modificadas de tal manera que puedan cumplir con las consideraciones de diseño y en el caso de estructuras de pavimentos permiten estructuras más esbeltas con propiedades mecánicas más fuertes que implican menores costos de construcción, de mantenimiento y mayor vida útil.
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M.I. Arturo Alejo Tepate CICDECH Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
La grieta como factor
de falla en los pavimentos
INGENIERÍA CIVIL 18
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os agrietamientos en los pavimentos constituyen el inicio de cualquier deterioro en los mismos, ya que uno de los principales motivos que los originan son los cambios bruscos de temperaturas (gradiente térmico); podríamos decir entonces que prácticamente son inevitables pero sí se pueden disminuir y retardar su presencia si diseñamos y construimos pavimentos utilizando el nuevo “sistema superpave” y si conservamos a las carreteras aplicando la “filosofía del mantenimiento”. Las grietas se pueden originar por alguna o combinaciones de las siguientes causas: •Por temperatura: movimientos del gradiente térmico (grietas transversales). •Perdida de continuidad ocasionando la redistribución de los esfuerzos en la carpeta asfáltica o de concreto hidráulico (grietas tipo mapeo). •Por movimientos de esfuerzos de flexión y tensión entre capas del pavimento (grietas por reflexión). •Por falta de capacidad portante de la estructura del pavimento al final de su vida útil (grietas longitudinales). •Por filtración de agua provocando disminución de resistencia al esfuerzo cortante de las capas estructurales del pavimento (grietas tipo “piel de cocodrilo” con severidad alta). •Envejecimiento por oxidación: descomposición de las moléculas de asfalto por el efecto del oxígeno del aire penetrado en las grietas (grietas tipo “piel de cocodrilo” con severidad media). Cuando en un pavimento se presentan agrietamientos podemos decir que estructuralmente está fallado y una solución económica y fácil de aplicar para que la grieta no se haga más crítica es el “sellado de grietas” ya que es una actividad preventiva y muy utilizada en los Estados Unidos de Norteamérica dentro de la vida útil de sus carreteras. Para dar certeza a lo comentado, cuando viajen a Estados Unidos podrán darse cuenta que el sellado de grietas es la única actividad visible en sus carreteras, pues evita “baches”, dando por consiguiente mayor seguridad, mayor confort, menor costo de operación, mayor satisfacción al usuario y disminuye la frecuencia y costo de rehabilitación. Sin embargo, en México desafortunadamente es una actividad escasa y mal ejecutada, pues no se utiliza el equipo y material requerido por las normas, lo que origina finalmente “baches”. Para evitar este tipo de deterioro es recomendable aplicar de inmediato el “sellado de grietas”, no sólo como política sino como una necesidad, utilizando las técnicas y asfaltos sellantes y no utilizar emulsiones asfálticas como actualmente se utiliza. El aplicar la técnica del mantenimiento preventivo resulta más económico y al no querer cambiar de paradigma seguiremos tirando dinero.
Diseño para el sellado de grieta Factores para tomar en cuenta en el diseño: • Condiciones de clima. • Clasificación de la carretera. • Nivel de tráfico y porcentajes de camiones. • Condición del pavimento y rehabilitación planeada. • Características de las grietas. • Materiales y configuración de las grietas. • Procedimiento y equipos. • Preparación de la grieta. • Control de calidad. Procedimiento para el sellado de grieta 1.- Configurar la grieta (ruteo). 2.- Aplicar aire comprimido a presión para eliminar materiales como tierra, piedra, basura, entre otros. 3.- La grieta debe estar completamente limpia y seca. 4.- Aplicar a presión asfalto. 5.- Aplicar asfalto termoplástico o elastómero. En este último punto es donde la norma mexicana falla al considerar la opción de utilizar emulsión asfáltica, ya que una grieta debe ser sellada para dar resistencia a los movimientos térmicos y cargas, por lo cual debe ser sellado con material con características que permitan a la carpeta asfáltica el desplazamiento tanto de dilatación como de contracción y esto se logra con asfalto con polímeros y aditivos con propiedades adhesivas; por ejemplo los asfaltos elastómeros dan buenos resultados en fisuras, pero cuando son grietas estructurales se recomienda los asfaltos termoplásticos.
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Imagen 1. Sellado de grieta en USA.
Imagen 2. Grieta por sellar, en México no se realiza.
El sellado de grieta ejecutado correctamente tiene una duración de vida útil de hasta siete años tal como lo indican las bibliografías, pero también lo pudimos confirmar con la tesis que se realizó en el área de postgrado de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Chihuahua; actualmente los trabajos de “sellado de grietas” siguen funcionando y se pueden constatar en la intercepción de la Av. Juárez y Av. Colón de la Cd. de Chihuahua
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20 Imagen 3.- Colocación de riego de sello sobre agrietamiento tipo piel de cocodrilo, pero se reflejaron las grietas al siguiente día por lluvia y carga vehicular (efecto bombeo). Faltó trabajo previo (sellado de grieta, bacheo y fresado) Carretera Chihuahua - Cuauhtémoc.
Imagen 4.- Sellado de grietas con emulsión asfáltica, debiendo ser con asfalto. Carretera Chihuahua-Sueco
Referencias: Hass. R. W. R. Hudson, and J. Zanieswski. (1994) Modem Pavement Management, krieger Publishing Co. Malablar, Fl. AASHTO. (1987) “Maintenance Manual,” American Association of State Highway and Trasportation Officials, Washington. DC. O´Brien,L.G., “Evolution and Benefits of Preventive Maintenance effectiveness,” SEP-H-358, Strategic Highway Research Program, National Research Council, Washington.
Imagen 5.- Bacheo con mezcla asfáltica que no cumple con las característica de la carpeta existente. Además, el sellado de grietas se ejecutó con emulsión asfáltica la cual no penetró, lo que ocasionó filtración del agua originando el bache. Carretera Chihuahua - Sueco
Imagen 6.- Falla agrietamiento tipo “piel de cocodrilo”, no se ejecutó el sellado de grieta en el momento de la formación de las primeras grietas. Bacheo mal ejecutado. Carretera Chihuahua - Sueco
HIDROLOGÍA
M.I. Guadalupe Estrada Gutiérrez Universidad Autónoma de Chihuahua/ Facultad de Ingeniería CICDECH Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
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Isla de calor
urbana
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lrededor de la mitad de la población mundial vive en zonas urbanas. En un futuro próximo se espera que la tasa global de urbanización aumente en un 70% de la población urbana mundial actual para 2030 (Wypych, S. y Bokwa, A., 2004) a medida que surjan aglomeraciones urbanas y continúe la migración de población de las zonas rurales a las urbanas y suburbanas. La urbanización es uno de los factores que más Impactos Negativos tiene hacia el Medio Ambiente (INMA) principalmente por la modificación de las propiedades físicas y químicas de la atmósfera, el cambio de uso de suelo de una cubierta natural a una cubierta impermeable y por la producción de contaminación de origen antrópica principalmente. Todos estos impactos provocan un efecto acumulativo reflejado en un aumento de la temperatura de cualquier área artificial (Figura 1) dando como resultado una “isla caliente”. Según Wypych, S. y Bokwa, A. (2004) las islas de calor pueden formarse en cualquier área rural o urbana y a cualquier escala espacial, siendo las ciudades más favorecidas, ya que sus superficies son propensas a liberar grandes cantidades de calor, afectando de forma negativa no sólo a los residentes de las zonas periurbanas, sino también a los ecosistemas asociados ubicados lejos de las ciudades. Se considera que los INMA están indirectamente relacionados con el cambio climático debido a su contribución al efecto invernadero y por lo tanto al calentamiento global.
Figura 1. Comportamiento de la temperatura medida al atardecer. Fuente: EPA, 2008.
En investigaciones llevadas a cabo por Wypych, S. y Bokwa, A. (2004) encontraron que en muchas ciudades la temperatura del aire es mayor en zonas densamente urbanizadas que en las zonas colindantes no urbanas en 0.5 - 0.8ºC de media y en invierno incluso 1.1 - 1.6 ºC. Estos hallazgos confirman el fenómeno denominado efecto isla de calor urbano. Por su parte, Correa et al. (2003) en un estudio sobre el efecto de los pavimentos en la isla de calor urbana mediante la aplicación del programa de simulación SIMEDIF, en el cual se realizó un ajuste de los datos medidos en el pavimento a diferentes profundidades, encontraron que la temperatura superficial del pavimento es superior en todos los casos a la temperatura ambiente, lo cual explica el efecto de los pavimentos en el incremento de la temperatura de la capa de la atmósfera en contacto con ellos. Como ya se comentó en párrafos anteriores, se ha observado que la urbanización modifica artificialmente el clima en las grandes ciudades a través del aumento de las temperaturas, disminución de la humedad del aire y velocidad del viento, favoreciendo las Islas de Calor Urbanas (ICU).
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Sarricolea, et al. (2008) dividieron las ICU en dos tipos: • “La ICU propiamente como tal corresponde a la mayor temperatura que registra la capa de aire que cubre la ciudad como consecuencia de la transmisión hacia ella del calor acumulado por las estructuras y cuerpos que la componen, tales como techos y paredes de las edificaciones, calles y avenidas, zonas industriales y estacionamientos. Estas superficies se caracterizan por estar construidas con materiales que almacenan y conducen gran cantidad de calor cuando reciben la insolación directa y que devuelven a la atmósfera posteriormente”. • “La Isla de Calor Urbana Superficial (ICUs) por el contrario, corresponde a las altas temperaturas de emisión que alcanzan las diferentes estructuras y cuerpos urbanos que son captados directamente por sensores infrarrojos (Sarricolea y Romero, 2006) como los disponibles en los satélites de observación terrestre. La ICUs no está́ sometida directamente a las compensaciones térmicas que realizan los flujos de aire, desde las superficies más cálidas a las más frías y que regulan la temperatura del aire de las ciudades, por lo que cabe esperar rasgos térmicos más marcados”. Arnfield (2003) establece que las correlaciones espaciales entre las islas de calor de superficie y del aire son altas en general por lo que asume que los patrones espaciales de ambas son semejantes en un alto grado, aunque no en lo que respecta a los niveles de temperatura registrados.
Las superficies reflectantes resultan simplemente de la pintura de color claro o blanca en la superficie de un material de construcción dado o de cubrir la superficie del material de construcción con una membrana blanca. Los techos fríos son especialmente importantes en edificios comerciales y residenciales, donde la demanda de energía significativa para el enfriamiento se puede ahorrar al reducir la ganancia de calor al edificio. Estratégicamente colocar los árboles frente a las ventanas y en los lados más soleados de una casa maximiza el ahorro de energía. Los árboles colocados en los lados este y oeste de una estructura son más eficaces porque bloquean el sol de la mañana, así como el sol de la tarde. Los árboles más grandes también tienden a ser más eficaces, ya que proporcionan una mayor cobertura de la cubierta y el área de sombra. Es importante aumentar la cubierta vegetal, centrándola principalmente en la plantación de árboles en las casas y edificios residenciales y comerciales. En algunas ciudades de Estados Unidos y Europa se ha hecho especial hincapié en la plantación de vegetación en los techos de edificios (es decir, techos verdes) con el fin de alcanzar el mismo objetivo que los techos de color claro.
Causas Es bien conocido el impacto que tiene la sustitución progresiva de superficies naturales por superficies urbanizadas, ya que las superficies naturales suelen estar compuestas de suelos de origen orgánico que junto con la vegetación se comportan como atrapadores de humedad. Desde el punto de vista de la relación radiación reflejada contra radiación incidente, en cubierta vegetal como bosque de pinos varía del 10 al 14% mientras que en las zonas urbanizadas esta relación aumenta del 15 al 25% (Estrada, G., 2008). Estas diferencias son debidas principalmente a que en la radiación absorbida en el proceso de evapotranspiración la vegetación libera vapor de agua que contribuye a enfriar el aire en su vecindad, mientras que las superficies urbanizadas construidas están compuestas por un alto porcentaje de materiales de construcción no reflectantes y prácticamente impermeables, por lo tanto tienden a absorber una proporción significativa de la radiación incidente que se libera como calor. Estas características hacen que su contribución al efecto de isla de calor urbana sea significativa, principalmente en climas áridos de la franca subtropical del planeta con elevados niveles de radiación. Estrategias de mitigación Wypych, S. y Bokwa, A. (2004) proponen dos estrategias principales de reducción de la isla de calor urbana: primero, aumentar la reflectividad superficial (es decir, alto albedo) para reducir la absorción de radiación de las superficies urbanas y segundo, aumentar la cobertura vegetal, principalmente en forma de bosques urbanos y parques para maximizar los múltiples beneficios de la vegetación en el control de la temperatura que sube.
Referencias Arnfield, J. (2003). Two Decades of Urban Climate Research: A Review of Turbulence, Exchanges of Energy and Water, and the Urban Heat Island. International Journal of Climatology, 23. 1-26. Correa E., Flores Larsen S. y Lesino G. (2003). Isla de calor urbana: Efecto de los pavimentos. Informe de avance. Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente ASADES Vol. 7, No 2. Estrada, G. (2008). Conceptos básicos de hidrología. Ed. Colección Textos Universitarios, No. 64. Universidad Autónoma de Chihuahua. Sarricolea P. Y Romero H (2006). Cambios de uso y coberturas del suelo entre 1998 y 2004 y sus efectos sobre la configuración de la isla de calor urbana de superficie de Santiago. Anales de la Sociedad chilena de ciencias geográficas. 207-210. Sarricolea, P; Aliste, E; Castro, P y Escobedo, C. (2008). Análisis de la máxima intensidad de la isla de calor urbana nocturna de la ciudad de Rancagua (Chile) y sus factores explicativos. Revista de climatología, Vol. 8. 71-84. Recuperado en 31 de julio de 2017, http://s3.amazonaws.com/ academia.edu. Wypych, S. y Bokwa, A. (2004). Efecto isla de calor urbano. Espere, Environmental Science Published for Everybody Round the Earth. Jagiellonian University, Cracovia, Polonia.
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INGENIERÍA CIVIL
I.C. Mario Arturo López Santa Anna Universidad Autónoma de Chihuahua/ Facultad de Ingeniería CICDECH Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
Mortero asfáltico
“slurry seal”
y microaglomerados
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os sellos de slurry seal y microalgomerados son una de las técnicas que se han utilizado ampliamente, pues son soluciones que permiten alargar la vida útil de un pavimento a un costo más bajo, lo cual implica una mayor eficiencia en la inversión de fondos de conservación vial. Estas alternativas se utilizan en superficies de rodadura que no tienen un nivel muy avanzado de deterioro como fatiga o deformación permanente. El uso adecuado de los slurry seal y microaglomerados permite brindar soluciones para sellar los pavimentos que presentan un estado de oxidación muy avanzado, calafateo, además permite restaurar la textura superficial y proveerla de mayor resistencia al deslizamiento, otro uso que se le da es la impermeabilización de las capas de rodadura y también se puede utilizar para corregir el desprendimiento de partículas. El tratamiento de pavimentos slurry seal y microaglomerado es utilizado mayormente en E.U.A. desde hace más de 50 años. En México se ha utilizado en un bajo porcentaje. El último antecedente en un tramo carretero fue a finales de la década de los ochenta en que la Secretaría de Comunicaciones y Transportes contrató su aplicación en la carretera PachucaQuerétaro donde se tendieron 11.2 kilómetros en el tramo de los límites de los estados Hidalgo, Querétaro y Pachuca, subtramo del Km 71+200 al Km 82+400 con excelentes resultados. Procedimiento de los trabajos Se construye sobre la superficie de una carpeta asfáltica mediante el tendido de una mezcla elaborada generalmente en frío con materiales pétreos de granulometría fina y cemento asfáltico, modificado o no en emulsión o rebajado con solventes con el objeto de restablecer o mejorar las características de resistencia al derrapamiento y la seguridad, así como corregir desprendimientos menores. Por lo general, son capas de rodadura delgadas de 3 mm a 10 mm de espesor por lo que no tiene función estructural. Su finalidad es sellar defectos superficiales y restituir las características operacionales de la
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capa de rodadura. Es un tratamiento con una vida útil de dos a cinco años, cuando se utiliza en la mezcla un agregado fino (arena) con emulsión, aditivos y agua se denomina mortero asfáltico slurry seal; en cambio, cuando se utiliza en lugar de arena natural un agregado pétreo producto de trituración de granulometría predeterminada entre 1/8” a 3/8” como tamaño máximo se le llama microaglomerado y el procedimiento de elaboración, tendido y equipo a utilizar es el mismo para ambas aplicaciones. Proporciones de la mezcla La mezcla está hecha con: agregados, emulsión asfáltica, agua y filler mineral. Agregados. Cualquier agregado que pasa la malla de 3/8” usado para mezcla en caliente es apropiado para el mortero asfáltico cumpliendo con los ensayos de calidad especificados en las normas AASHTO y ASTM. Por masa el agregado conforma del 87 al 94% de la mezcla. Emulsión asfáltica. Se utilizan emulsiones catiónicas que por su naturaleza de fraguar químicamente tienen la ventaja de un curado rápido. Gran parte de los agregados están cargados negativamente, las emulsiones catiónicas por tener carga po-
sitiva en las partículas de asfalto aseguran una gran afinidad árido-ligante. Las especificaciones técnicas están dadas en la norma AASHTO T 59 y ASTM D 2344. Agua. Es el insumo que controla la consistencia de la mezcla. Por masa compone del 4 al 12% del agregado seco. El agua debe humedecer previamente al agregado para que funcione como lubricante ante la emulsión, reduce la tensión superficial de las partículas de agregado facilitando a la emulsión el cubrimiento. Debe estar libre de sales solubles, suciedad y sedimentos. No debe ser dura.
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Filler. Tiene dos funciones principales, acelerar o retardar el rompimiento de la emulsión según el tipo que se emplee y también forma un gel que mantiene la emulsión en suspensión perfectamente bien distribuida en la mezcla. Se pueden emplear como filler cemento o cal hidratada, cuando se carece de una pequeña cantidad de cemento o cal la emulsión tiende a bajarse y escurrirse, el exceso de filler puede tener resultados negativos a la prueba de abrasión. Deben cumplir con las especificaciones de la norma ASTM D-242. Se usan entre 0.5 al 2.5 % en masa respecto al agregado seco. Se presenta en la Figura 1 un gráfico ilustrativo elaborado por la unidad de investigación en Costa Rica para detallar cuándo se recomienda la aplicación de estos sellos y su efectividad según el nivel de severidad de los deterioros. Conclusión Este procedimiento se usa cuando la superficie de rodaje tiene daños superficiales y jamás para fines estructurales. Es de rápida aplicación por lo que se logra una rápida recuperación del tramo. Económicamente es muy conveniente por su bajo costo relativo y su alto rendimiento, además de que reduce los costos de mantenimiento y de operación del transporte.
Referencias
Figura 1. Recomienda la aplicación de mortero asfáltico “slurry seal” y microaglomerados.
Guía de procedimientos y técnicas para la conservación de carreteras en México 2014 http://www.sct.gob.mx/fileadmin/DireccionesGrales/ DGST/Guias/guia-carreteras.pdfEvaluación de la factibilidad en la aplicación de sellos de lechada asfáltica “slurry seals” en Costa Rica http://www.lanamme.ucr.ac.cr/sitio-nuevo/images/publicaciones/ui-02-08.pdf
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La rebelión INGENIERÍA CIVIL
de las máquinas M.D.U. Luis Carlos Máynez Hernández Secretaría de Comunicaciones y Obras Públicas del Estado de Chihuahua CICDECH Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
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El poder de los sueños Dónde estaríamos sin autos? Se puede pensar que seguiríamos atrapados en el fango, anclados en el siglo XIX. Los coches han sido la herramienta básica y la más grande gloria de la era moderna. Los vehículos liberaron al agricultor del aislamiento y la ignorancia, así como contribuyeron a sacar a millones de la pobreza. Los autos unen a la gente y permiten a las familias ordinarias la posibilidad de ir a lugares que alguna vez fueron exclusivos para los pocos privilegiados. Incluso hoy en día, en los sitios de mayor pobreza un automóvil puede transformar vidas, no sólo al proporcionar un transporte conveniente a una familia o inclusive a toda una comunidad, sino también al acercarlos a nuevas fuentes de empleo y permitirles trabajos en la misma comunidad como choferes de taxi, en el transporte público o como repartidor de mercancías alrededor de una ciudad o a través del campo. Pero esas no son las únicas razones por las que las personas de bajos recursos sueñan con el coche en su futuro, también anhelan sentarse orgullosamente detrás del volante de una máquina reluciente y apisonar el acelerador para sentir por un momento que están dejando el mundo atrás. El coche combina la promesa de las emociones con la garantía autónoma de la movilidad. La movilidad es libertad y antes del coche ésta no estaba disponible, era lenta o como en el caso de los trenes era dependiente del capricho o de la buena voluntad de otros. No es de extrañar que los coches tengan el poder de acelerar la sangre como ninguna otra invención moderna. La vida es un sueño, el despertar es lo que nos mata Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
Y sin embargo, las voces disidentes nunca han podido ser silenciadas. De hecho también se preguntan ¿Dónde estaríamos sin coches? en una palabra, liberados. Los coches son el azote de la civilización. Nos hacen obesos y perezosos, insensibles y egoístas, prisioneros en nuestras jaulas de acero. Envenenan el aire y cambian el clima. Su voraz apetito por los recursos naturales nos une a los caprichos de los dictadores distantes que poseen los pozos petroleros; matan el equivalente a una docena de jumbo-jets que se desplomaran todos los días y lesionan y enferman mucho más. Devoran la tierra, nos obligan a separarnos hasta que estamos indefensos sin ellos, atrapados en carreteras obstruidas y difícilmente capaces de permitir moverse. Cuando lamentamos la dispersión suburbana y el declive de la comunidad estamos mirando la obra del automóvil. En los criterios que aún prevalecían en el reciente pasado se consideró que se debía dotar de una eficiente y abundante red de caminos para lograr que el transporte de personas y mercancías fuese rápido y seguro. Por lo tanto, cuando los caminos se congestionaron se procedió a construir vías alternas, pasos a desnivel, libramientos y así sucesivamente. Los caminos de dos carriles se convirtieron en carreteras de cuatro carriles; las autopistas de cuatro carriles se convirtieron en autopistas de seis carriles; siendo así el cuento sin fin, degradándose paulatinamente el medio ambiente, la seguridad, la calidad de vida y acabaron indiscriminadamente con el espacio y los recursos económicos presentes poniendo en peligro el patrimonio de las futuras generaciones.
De vez en cuando nos preocupamos por nuestra contribución personal a la escasez de energía y la contaminación atmosférica y el calentamiento global. Sin embargo, pocos de nosotros estaríamos dispuestos a cancelar un viaje en auto, ir a pie, en bicicleta o autobús simplemente para reducir nuestra huella de carbono. De hecho, la idea de quitarnos nuestros autos o forzarnos a manejar vehículos más pequeños o cobrarnos cuotas para conducir, estacionar o cerrar las calles a los coches hace que muchos nos indignemos en defensa de nuestro derecho a conducir. Pero luego, el saber que se tienen que hacer tantas diligencias frenéticas, inmovilizados en eternos congestionamientos de tráfico, en medio de cada vez más frecuentes manifestaciones violentas de los demás conductores hacen recelar sobre la conveniencia de conducir y la emoción de estar detrás del volante se vuelve miedo, tensión, aprehensión por lo que esta situación debe cambiar. Después de un siglo al volante ¿tanto el planeta como nosotros habremos llegado al límite? ¿podríamos llegar al final de la era automotriz? Quienes están en contra del vehículo privado ponderan las ventajas del transporte público masivo, así como las posibilidades renovadas para montar en bicicleta y las comunidades nuevamente diseñadas para caminar. Estos destellos de esperanza creen que pronto se convertirán en modelos indispensables para que las personas se vean influenciadas a dar por sentado el uso de sus coches. Los automotores son el mayor contribuyente a lo que nos dicen que es nuestro estilo de vida “insostenible”. Los precios volátiles de la gasolina suben mucho más de lo que bajan y parece claro que los suministros de petróleo sólo se harán más austeros.
indignante de un devorador de dos toneladas que transporta a una sola persona. Los vehículos son de hecho herramientas extraordinariamente eficaces para proporcionar la movilidad individual en torno a la cual se organizan las vidas modernas en muchos sentidos más eficientes que por ejemplo el transporte público. Todavía es posible hacer un caso convincente de que nuestra dependencia de los automóviles se ha convertido en una responsabilidad, en vista de la decadencia urbana, la disminución de los suministros de energía, la devastación medioambiental y el cambio climático. Sin embargo, tales argumentos, importantes como son, pueden en última instancia tener poco peso. Si los coches son o no una opción inteligente, la gente los ama y no puede imaginar la vida sin ellos. ¿Está llegando a su fin la era del automóvil? ¿o el coche todavía tiene un futuro brillante? Mucha gente proclamará lo uno u otro. Los profetas de la perdición no tienen un buen historial de predicción hasta ahora. El automóvil no fue estrangulado en su infancia, muy a su pesar se convirtió en un artífice de la consumición total y sobrevivió la condescendencia de los entendidos; obstruyó las viejas ciudades, pero las ciudades no lo derrotaron, de hecho tal vez derrotó a las ciudades aunque esa derrota aún no es definitiva; dejó un peaje terrible de muerte y envenenó el aire, comenzó una adicción al petróleo global, sin embargo se ha hecho mucho más seguro, más limpio y más eficiente, permitiéndole seguir ahogando, matando y mutilando a un ritmo más lento a sus creadores.
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Añada el asombroso precio en la vida humana que pagamos por nuestra automovilidad: treinta millones de muertos en el siglo XX y 1.2 millones más cada año desde entonces, la mayoría de ellos le ocurren a jóvenes sanos; además de todas las molestias de la familia suburbana poseedoras de por lo menos tres coches: la dependencia total de los automóviles para llegar a todas partes, las horas transcurridas para trabajar, hacer diligencias, transportar a los niños a cada actividad, incluso a la escuela y sin duda a las casas de los amigos ya que no es posible llegar de otra manera. El vehículo, una máquina exterminadora El problema con la visión de los que odian al coche en el mundo no es sólo que sus predicciones han sido erróneas y han subestimado el poder de permanencia del automóvil porque con demasiada frecuencia persisten en negar su atractivo. A menudo insisten en que si toda la corrupción y los intereses especiales fueran eliminados de la planificación del transporte, todos los subsidios injustos a los automóviles desaparecerían y la gente abandonaría gustosamente sus coches a favor del uso de trenes, bicicletas o zapatos cómodos para caminar. Su obstinación se centra en la ineficacia
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Cuanto más grande es el caos, más cerca está la solución
Honda Civic I 28
El cambio parece inevitable y vitalmente necesario. Sin embargo, no parece inminente. Durante décadas los optimistas tecnológicos han proclamado que los nuevos inventos estaban a punto de resolver los problemas de la congestión y el tráfico, el acceso y el estacionamiento, la contaminación y la energía. Pero ni los coches voladores, ni los minicars, monorrieles magnéticos o jetpacks han desplazado aún a los coches fuera de los caminos. Presumiblemente algunas de estas tecnologías futuristas algún día se incorporarán a los automóviles. Sin duda, el sistema de posicionamiento global hace factibles algunas de las propuestas realizadas décadas atrás para aumentar la capacidad y la seguridad de las autopistas al tener conductores que renuncien temporalmente al control de sus vehículos con alivio o reticencia a algún sistema centralizado. Algún día también puede ser posible separar los usos prácticos y recreativos de los coches. En sus primeros días el automóvil era principalmente un juguete y tal vez lo será de nuevo. Los profetas del progreso tecnológico han sostenido desde hace tiempo que en la era electrónica la movilidad física que ofrecen los automóviles ya importa menos de lo que lo hacía antes. Hasta ahora, sin embargo, la gente se está moviendo más en vez de menos. Los planificadores y los ingenieros seguirán buscando soluciones prácticas para mejorar la calidad de vida en las ciudades modernas. Bibliografía
Honda Civic V
Honda Civic IX
Babu, G. L., Sireesh Saride, and B M. Basha.(2016) Sustainability issues in civil engineering. Singapore: Springer. Print. Ladd, Brian. (2008) Autophobia : love and hate in the automotive age. Chicago: University of Chicago Press, Print. “Israel Is Building a Futuristic Transit System of Magnetic Pods” Consultado en: https://www.wired.com/2014/06/israel-pod-transport/ “The Long, Weird History of the Flying Car” Consultado en: http://www.popularmechanics.com/technology/infrastructure/g2021/history-of-flying-car/
TALENTO Y CREATIVIDAD
I.C. y M.A. Miguel Arturo Rocha Meza Colegio de Ingenieros Civiles de Chihuahua CICDECH Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
Frases célebres sobre
tecnología
¡La tecnología y las redes sociales han traído el poder a la gente! Marcos McKinnon.
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a investigación científica, la ingeniería, incluso las artes dan origen a la tecnología.
La palabra tecnología está compuesta por dos palabras griegas que son tekne que significa técnica, arte y logía que da una traducción de destreza, es decir, que es la técnica o destreza de algo o sobre algo, una variedad de conocimientos y experiencias que conducen a mejorar nuestra vida. La tecnología es el conjunto de conocimientos con los que el hombre desarrolla un mejor entorno, más saludable, agradable y sobre todo cómodo para la optimización de la vida. La tecnología combina la técnica de mejoramiento; la revolución industrial marcó un antes y un después en la tecnología, el trabajo a mano pasó a ser un trabajo en serie producido por una máquina. Hoy vivimos inundados de productos, procesos y sistemas en evolución constante que transforman nuestro modo de vida diariamente e incluso nos presentan además de retos intelectuales algunos dilemas éticos. Pensemos en las nuevas formas de reproducción, la biogenética, los transgénicos, el uso de los drones, las telecomunicaciones, la robótica y la nanotecnología, todo este avance nos maravilla y también confronta nuestra inteligencia.
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¡La tecnología se alimenta a sí misma. La tecnología hace posible más tecnología! Alvin Toffler. ¡Una máquina puede hacer el trabajo de cincuenta hombres ordinarios. Ninguna máquina puede hacer el trabajo de un hombre extraordinario! Elbert Hubbard. ¡El gran mito de nuestro tiempo es que la tecnología es la comunicación! Libby Larsen. ¡La educación fabrica máquinas que actúan como hombres y produce hombres que actúan como máquinas! Erich Fromm. ¡El espíritu humano debe prevalecer sobre la tecnología! Albert Einstein. ¡El gran motor del cambio, la tecnología! Alvin Toffler. ¡El problema real no es si las máquinas piensan, sino si lo hacen los hombres! B. F. Skinner. ¡La tecnología es siempre un arma de doble filo. Traerá muchos beneficios, pero también muchos desastres! Alan Moore. ¡La tecnología es un siervo útil, pero un amo peligroso! Christian Lous Lange.
¡La inteligencia consiste no sólo en el conocimiento, sino también en la destreza de aplicar los conocimientos en la práctica! Aristóteles ¡El verdadero peligro no es que las computadoras comenzarán a pensar como los hombres, sino que los hombres comenzarán a pensar como las computadoras! Sydney J. Harris. ¡Temo el día en que la tecnología sobrepase nuestra humanidad. El mundo sólo tendrá una generación de idiotas! Albert Einstein.
¡No es fe en la tecnología. Es fe en la gente! Steve Jobs. ¡Toda nuestra tecnología es completamente innecesaria para una vida feliz! Tom Hodgkinson. ¡Es sólo cuando las cosas salen mal que las máquinas te recuerdan lo poderosas que son! Clive James. ¡Hazlo todo tan simple como sea posible, pero no más simple! Albert Einstein.
¡Se ha vuelto terriblemente obvio que nuestra tecnología ha superado nuestra humanidad! Albert Einstein. Año 25, Núm. 156 / septiembre - octubre 2017
Forros, página principal y contraportada
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